一种利用污水分阶段培养微藻的方法

摘要

本发明涉及一种利用污水分阶段培养微藻的方法，包括以下步骤：对污水进行稀释和灭菌后得到污水培养基；在所述污水培养基中培养抗逆性强的微藻，至微藻的生物量不再继续增加时，停止培养，过滤分离，得到抗逆性强的微藻和二次污水；调节所述二次污水中营养元素的浓度，得到二次污水培养基；在所述污水培养基中培养抗逆性弱的微藻，至微藻的生物量不再继续增加时，停止培养，过滤分离，得到抗逆性弱的微藻。本发明所述的方法既可得到多种微藻，还可起到对污水进行有效地处理，具有经济和环保两方面的意义。

说明书

技术领域

本发明属于污水处理及资源化利用领域，提供一种利用污水分 阶段培养微藻的方法。

背景技术

微藻因光合作用效率高、生长速率快、生产成本相对较低、油 脂及生物质产率高、环境效益显著(生长过程可以吸收氮、磷等营 养物质，并可以固定CO₂)等优势，吸引了越来越多学者关注，并成 为了新型生物质能源领域的研究前沿和热点。

近年来，随着我国人口的增长和工农业的发展，水资源的大量 使用，致使许多江、河、湖、水库等淡水资源被污染。如何合理的 处理、以及利用这些污水资源已经成为关系环境保护和工农业生产 可持续发展的重要问题。

目前，国内外利用微藻处理污水已经有很多的研究。但是，从 已有的文献资料分析，污水的处理主要针对单次单种微藻培养。微 藻在生长过程中会消耗培养基水体中的碳氮磷等元素，在水体中碳 氮磷元素变少以后微藻就会减慢并停止生长。不同种类的微藻自身 的生长速率和抗污能力是不同的，如果结合微藻特点和污水特点在 不同的培养阶段接种不同种类的微藻，则既可实现对更多种类的微 藻的培养还可实现对污水更彻底的处理。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对目前利用污水对微藻培养的过程中，主要方式为单次单种培 养，存在得到的藻类资源有限，废水的处理不彻底的缺陷，本发明提 供一种利用污水分阶段培养微藻的方法。

(二)技术方案

本发明所述的利用污水分阶段培养微藻的方法，包括如下步骤：

1)对污水进行稀释和灭菌后得到污水培养基；

2)在所述污水培养基中培养抗逆性强的微藻，至所述抗逆性强 的微藻的生物量不再继续增加时，停止培养，过滤分离，得到所述抗 逆性强的微藻和二次污水；

3)调节所述二次污水中营养元素的浓度，得到二次污水培养基；

4)在所述二次污水培养基中培养抗逆性弱的微藻，至所述抗逆 性弱的微藻的生物量不再继续增加时，停止培养，过滤分离，得到所 述抗逆性弱的微藻和处理后的废水。

本发明中，所述污水为沼液或浓缩沼液出水。沼液或浓缩沼液出 水中含有大量氮磷元素，对微藻生长起抑制作用的物质含量较少，稀 释后可以满足微藻的生长所需的营养条件。

本发明中，所述步骤1)中对所述污水进行稀释至污水中氨氮的 浓度为80～500mg/L。在沼液或浓缩沼液出水中的营养元素丰富， 但是其中氨氮含量较高，过高的氨氮含量对微藻的生长具有抑制作 用，将其中的氨氮含量调节到80～500mg/L的范围内，既不会对微 生物的生长产生抑制作用，还可以保证其他营养元素的浓度满足微 藻的生长需求。

本发明中，所述抗逆性强的微藻为小球藻。优选普通小球藻或 核蛋白小球藻。小球藻具有抗逆性强，可以承受高浓度氨氮的特点， 同时，沼液或浓缩沼液出水中的主要营养元素浓度的比例同小球藻 培养基中主要营养元素的浓度比例接近，对沼液或浓缩沼液出水的 浓度调节后适合小球藻的生长。

本发明中，所述步骤2)中过滤分离过程采用膜孔径为 5000～15000dalton的超滤膜进行。小球藻为单细胞水藻类，直径约 为3～8微米，采用5000～15000dalton的超滤膜可实现有效的分离。

本发明中，所述过滤条件如下：膜的渗透流量不超过最大设计 通量的2/3，流量计流量10L/H～50L/H；水流压力为 0.01MPa～0.3Mpa。在此压力范围内可以延长滤膜的寿命，在此流量 条件下可以减少微藻过滤中电量的消耗。

本发明中，所述步骤3)中，调节所述氨氮的浓度为20-40mg/L。 氨氮的浓度为20-40mg/L可满足螺旋藻对氨氮的需求，同时也不会 因浓度过高而抑制螺旋藻的生长。

本发明中，所述抗逆性弱的微藻为螺旋藻。经小球藻处理后的 污水中营养元素的比例适合螺旋藻生长，且螺旋藻生长速率快，对 水体中氨氮的处理能力强，培养12天生物量即可累积5倍以上。

本发明中，所述步骤4)中过滤分离过程采用孔径为25000～ 50000dalton的超滤膜进行。螺旋藻为多细胞藻类，为螺旋的丝状体， 体长200～500μm，宽为5～10μm采用25000～50000dalton的超 滤膜可实现有效的分离。

本发明所述的培养方法，优选包括如下步骤：

1)对沼液或浓缩沼液出水进行稀释至其中的氨氮浓度为80～ 500mg/L,对其进行灭菌后得到污水培养基；

2)在所述污水培养基中培养普通小球藻或核蛋白小球藻，至所 述小球藻的的生物量不再继续增加时，停止培养，过10000～ 15000dalton的超滤膜，得到小球藻和二次污水；

3)将所述二次污水与螺旋藻Zarrork培养基混合，至二次污水中 的氨氮浓度为20-40mg/L得到二次污水培养基；

4)在所述二次污水培养基中培养螺旋藻，至螺旋藻的生物量不 再继续增加时，停止培养，过30000～50000dalton的超滤膜，得到 螺旋藻和处理后的废水。

(三)有益效果

本发明所述的得用污水分阶段培养微藻的方法，具有如下有益效 果：

1)根据废水的特点，在不同的阶段培养不同种类的微藻，可得 到更多种类的微藻产品，具有更高的经济效益。

2)不同种类的微藻生长所需的营养元素的浓度和种类有差别， 在污水中培养不同种类的微藻对污水的处理更彻底，经本发明所述的 微藻处理后，最后污水中的氨氮浓度为0，总氮的去除率达70％以上。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例涉及一种利用污水分阶段培养微藻的方法，其具体步骤 如下：

1)取养鸡场浓缩沼液出水，浓缩沼液出水为沼液浓缩后剩余的 污水，其中浓缩沼液制备方法参照专利CN10458799A。的对污水稀释 8倍后，测得其中总磷29.7mg/L，总氮409mg/L，氨氮406mg/L，总碳 1227mg/L，有机碳811mg/L，无机碳415mg/L，以此作为污水培养基。

2)在所述污水培养基中接种浓度为0.08g/L的普通小球藻，于 温度28℃，光照强度2500lux的条件下进行培养，当小球藻浓度达 到0.39g/L时，小球藻的浓度不再增加，停止培养，将含有小球藻的 污水培养基过分子量为10000dalton的超滤膜，得到小球藻和过滤后 的污水。测得所述污水中总磷24.6mg/L，总氮328mg/L，氨氮311mg /L，总碳535mg/L，有机碳362mg/L，无机碳173mg/L。第一阶段总 磷去除率17％，总氮去除率20％，氨氮去除率31％，总碳去除率56％， 有机碳去除率55％，无机碳去除率为58％。

3)取100mL所述过滤后的污水，在其中加入700mL螺旋藻 Zarrouk培养基，并接种0.16g/L的螺旋藻。测得第二阶段进水总磷 217mg/L，总氮1394mg/L，氨氮40mg/L；在同第一阶段培养条件 相同的条件下培养至螺旋藻的生物量不再增加，将螺旋藻和二次污 水培养基过分子量为30000dalton的超滤膜，对螺旋藻和二次污水培 养基进行过滤分离。出水总磷144mg/L，总氮342mg/L，氨氮0mg/L。 第二阶段总磷去除率34％，总氮去除率75％，氨氮去除率100％，藻 干重从0.16g/L增长到2.95g/L。

实施例2

本实施例涉及一种利用污水分阶段培养微藻的的方法，其具体 步骤如下：

同实施例1相比，其区别在于，步骤3)中，取80mL所述过滤 后的污水，在其中添加720mL螺旋藻Zarrouk培养基，测得上述混 合培养基中进水总磷219mg/L，总氮1382mg/L，氨氮30mg/L；出 水总磷111mg/L，总氮234mg/L，氨氮0mg/L。第二阶段总磷去除 率49％，总氮去除率83％，氨氮去除率100％。藻干重从0.16g/L增 长到3.15g/L。

实施例3

本实施例涉及一种利用污水分阶段培养微藻的方法，其具体步 骤如下：

同实施例1相比，其区别在于，取50mL所述过滤后的污水， 在其中添加750mL螺旋藻Zarrouk培养基，测得其中第二阶段进水 总磷218mg/L，总氮1396mg/L，氨氮20mg/L；出水总磷46mg/L， 总氮221mg/L，氨氮0mg/L，。第二阶段总磷去除率79％，总氮去 除率84％，氨氮去除率100％。螺旋藻的干重从0.15g/L增加到 3.45g/L。

实施例4

1)取养鸡场沼液，对沼液稀释5倍后，测得其中总磷20.7mg/L， 总氮108mg/L，氨氮100mg/L，总碳432mg/L，有机碳284mg/L，无机 碳150mg/L，对上述稀释后的沼液在温度121±2℃，蒸气压力105kPa 灭菌15分钟，得污水培养基。

2)在所述污水培养基中接种浓度为0.08g/L的核蛋白小球藻， 于温度28℃，光照强度2500lux的条件下进行培养，当小球藻浓度 达到0.26g/L时，小球藻的浓度不再增加，停止培养，将含有小球藻 的污水培养基过分子量为15000dalton的超滤膜，得到小球藻和过滤 后的污水。测得所述污水中总磷14.5mg/L，总氮54mg/L，氨氮59mg /L，总碳151.2mg/L，有机碳105.1mg/L，无机碳45.4mg/L。第一阶 段总磷去除率30％，总氮去除率50％，氨氮去除率41％，总碳去除 率65％，有机碳去除率63％，无机碳去除率为69％。

3)取100mL所述过滤后的污水，在其中加入200mL螺旋藻 Zarrouk培养基，并接种0.16g/L的螺旋藻。测得第二阶段进水总磷 156mg/L，总氮1094mg/L，氨氮20mg/L；在同第一阶段培养条件 相同的条件下培养至螺旋藻的生物量不再增加，将螺旋藻和二次污 水培养基过分子量为30000dalton的超滤膜，对螺旋藻和二次污水培 养基进行过滤分离。出水总磷95mg/L，总氮256mg/L，氨氮0mg/L。 第二阶段总磷去除率39％，总氮去除率76％，氨氮去除率100％，藻 干重从0.16g/L增长到2.45g/L。

对比例1

同实施例1相比，其区别在于，所述步骤3)中，取200mL所 述过滤后的污水，在其中加入600mL螺旋藻Zarrouk培养基，第二 阶段进水总磷227mg/L，总氮1313mg/L，氨氮78mg/L，出水总磷 186mg/L，总氮516mg/L，氨氮0.59mg/L，第二阶段总磷去除率18％， 总氮去除率61％，氨氮去除率99％，藻干重从0.16变为0.06，增长 率为-0.62。

对比例2

同实施例1相比，其区别在于，所述步骤2)中在污水培养基中 接种螺旋藻，螺旋藻的生物量从0.08g/L下降到0.02g/L，螺旋藻无 法在污水培养基中正常生长。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详 尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对 本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的 基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。