一種利用污水培養(yǎng)富油藻類并同時凈化水質(zhì)的新理念的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用污廢水培養(yǎng)富油藻類從而凈化水質(zhì)，并且可通過回收藻類，提取微囊油脂，實現(xiàn)污水資源化處理的新技術(shù)。通過對污水凈化和產(chǎn)油藻種的相關(guān)文獻(xiàn)分析，初步篩選五種藻種進(jìn)行實驗分析，分別是柵藻，小球藻，布朗葡萄藻，菱形藻和舟形藻。采用重慶市當(dāng)?shù)匚鬯?，通過考察藻種對污水的適應(yīng)性，包括測定生長速率，氮磷的去除率，生物質(zhì)產(chǎn)量的測定和藻類油脂含量的測定，最終篩選出最合適的藻種做為進(jìn)一步研究對象。對其中的優(yōu)勢藻種作進(jìn)一步分析，研究光照強(qiáng)度，污水濃度對藻類生長及污染物去除效率的影響，并初步測定了藻類細(xì)胞的油脂含量。
【專利說明】一種利用污水培養(yǎng)富油藻類并同時凈化水質(zhì)的新理念

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本創(chuàng)新理念涉及一種利用污廢水培養(yǎng)富油藻類從而凈化水質(zhì)，并且可通過回收藻類，提取微囊油脂，實現(xiàn)污水資源化處理的新理念，屬于水環(huán)境污染治理及污廢水資源化處理領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]面對新世紀(jì)的能源問題以及水污染問題，清潔能源的開發(fā)和水污染治理成為全世界科學(xué)家們研究的重點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，一些微藻的脂質(zhì)含量較高，可以直接提取用來生產(chǎn)生物柴油。生物質(zhì)能源的開發(fā)和利用不僅能夠緩解因為化石燃料日益枯竭給全球帶來的能源危機(jī)，還可以減少全球的碳排放，從而達(dá)到低碳、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。市政廢水中含有大量藻類生長所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，而目前市政廢水的處理成本又較昂貴，且面臨著許多問題，因此若能將產(chǎn)油微藻的培養(yǎng)與市政廢水處理結(jié)合起來，這樣不僅可以降低生物柴油的成本問題，而且還能夠提高污水處理的效果。近年來，微藻在制備生物柴油和污水深度脫氮除磷方面均得到了越來越多的重視，并逐步開展研究。而基于微藻培養(yǎng)的污水深度處理和生物柴油生產(chǎn)耦合系統(tǒng)則具有更加廣闊的發(fā)展前景。目前利用藻類對廢污水進(jìn)行處理的技術(shù)有高效藻類塘、活性藻、固定化藻、光生物反應(yīng)器等。這些技術(shù)的缺點(diǎn)都在于藻類的生長受到了外界因素的影響，從而影響出水的穩(wěn)定性，同時藻球的制備程序復(fù)雜、載體影響光能利用、藻收獲較繁瑣等，這些影響了該技術(shù)的應(yīng)用。
[0003]利用藻類生產(chǎn)生物燃料這一課題至今已經(jīng)開展了 50多年，與傳統(tǒng)的石化柴油相t匕，生物柴油具有動粘度較高，能夠提高運(yùn)動機(jī)件的潤滑性，降低磨損；環(huán)保無毒性，含芳香族烴類成分不具致癌性，有害物質(zhì)少，生物分解性良好(98%可降解)；閃點(diǎn)高，十六烷值較高，安全性高等特點(diǎn)，也正是生物柴油的這一系列優(yōu)點(diǎn)，使生物柴油成為全世界的研究熱點(diǎn)，成為世界各國應(yīng)對能源危機(jī)的戰(zhàn)略舉措，對于社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)等都具有深遠(yuǎn)的意義。目前，主要通過對富油藻類培養(yǎng)條件的優(yōu)化和基因工程改造以及油脂合成的代謝調(diào)控來提高藻細(xì)胞的油脂含量，主要技術(shù)有優(yōu)化選育法、基因工程法等，這些技術(shù)同樣不可避免的存有生產(chǎn)成本高、大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)會造成二次污染等問題，而最核心的問題在于產(chǎn)油微藻的含油率和生長速率之間存在著嚴(yán)重的矛盾，想要克服它，同時得到生長速率高和油脂含量高的藻類，需要進(jìn)一步的選育優(yōu)質(zhì)藻種，這正是本創(chuàng)新理念的目的及意義。
[0004]目前對產(chǎn)油微藻的研究較多，但都局限于實驗室階段，在實際應(yīng)用中存在許多問題，特別是實際污水成分復(fù)雜，產(chǎn)油微藻不一定能在實際中生長良好，而微藻生物柴油與市政污水處理耦合系統(tǒng)的關(guān)鍵就在于藻種的選擇，必須篩選出既能夠在污水中活性高，生長迅速又能夠大量積累油脂的藻類，現(xiàn)階段許多研究都是在實驗室內(nèi)利用人工合成污水或者采用向生活污水中添加無機(jī)氮、無機(jī)磷、檸檬酸鐵銨以及微量元素等來進(jìn)行研究。
[0005]本創(chuàng)新理念的創(chuàng)新之處在于:直接采用城市生活污水來培養(yǎng)藻類，不向其中添加任何其他物質(zhì)，從根本上減少了成本的投入；研究5種產(chǎn)油微藻對污水的耐受性以及對污染物質(zhì)的去除效率和油脂含量，以期找到一種能夠在實際污水中生長良好并能夠積累油脂同時凈化水質(zhì)的優(yōu)勢藻類，微藻生物柴油與市政污水處理耦合系統(tǒng)的研究提供數(shù)據(jù)支持。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過實驗將當(dāng)?shù)貜U水作為藻類培養(yǎng)的原料，進(jìn)一步篩選和培養(yǎng)出油脂含量較高的藻類，收集后提取藻類油脂，并達(dá)到處理廢水的目的。利用無添加廢水養(yǎng)藻，不僅能夠處理廢水，還能夠從中提取生物柴油，且不向廢水中添加任何其它物質(zhì)，可以有效解決藻類生物柴油成本高的問題。
[0007]這是一種具有創(chuàng)新意義的理念，由于富營養(yǎng)化的湖泊容易引發(fā)水華，那么本理念就從相反的方向切入，提出利用城市生活污水來培養(yǎng)藻類，以達(dá)到利用藻類的新陳代謝及其他微生物作用來凈化生活污水的目的，同時培養(yǎng)的富油藻類也可回收利用，作為生物柴油的直接原料。通過一系列的實驗對比，發(fā)現(xiàn)這種理念可行，能夠找到一種能夠在實際污水中生長良好并能積累油脂同時凈化水質(zhì)的優(yōu)勢藻類。
具體的研究內(nèi)容:
[0008]( I)通過對污水凈化和產(chǎn)油藻種的相關(guān)文獻(xiàn)分析，初步篩選五種藻種進(jìn)行實驗分析，供選擇的藻種有柵藻、小球藻、布朗葡萄藻、菱形藻和舟形藻。通過考察藻種對污水的適應(yīng)性，包括測定生長速率、光密度值、氮磷的去除率、生物質(zhì)產(chǎn)量的測定和藻類油脂含量的測定，最終篩選出最合適的藻種做為進(jìn)一步研究對象。
[0009](2)分別考察五種不同微藻對重慶本地市政污水中污染物的去除情況，分析各自的生長速率及油脂含量。
[0010](3)對其中的優(yōu)勢藻種作進(jìn)一步分析，研究光照強(qiáng)度，污水濃度對藻類生長及污染物去除效率的影響。
[0011](4)本發(fā)明采用了重慶市當(dāng)?shù)匚鬯苯涌疾炝宋宸N油脂含量較高的藻類對污水濃度的耐受性及適應(yīng)性，實驗結(jié)果表明柵藻各方面指標(biāo)都較理想，污水耐受性最高，在100%污水中仍生長良好，藻密度最高為143X105個/ml。
[0012](5)在不同濃度的污水中培養(yǎng)五種藻種，柵藻的脂肪產(chǎn)量最高，為細(xì)胞干重的26.34%，由高到低依次為柵藻、小球藻、布朗葡萄藻、菱形藻和舟形藻。
[0013](6)五種藻類對污水中TN、TP的去除均較理想，其中柵藻的去除率最高，去除率達(dá)到了 95%以上，這和藻種對污水的耐受性以及它們的生長情況一致。因此采用原始污水來培養(yǎng)藻類可行，且既能達(dá)到較好的凈化市政污水的效果還能夠獲得藻類油脂。
[0014](7)在不同光照強(qiáng)度下培養(yǎng),柵藻的藻密度在30001ux條件下要高于lOOOlux,其中柵藻在30001UX下培養(yǎng)時最大藻密度為268X105個/ml，明顯高于其他三組，但在后期藻類的生長速率變慢，可能是因為隨著藻生物量的增大而產(chǎn)生了相互間的隱蔽作用，從而降低了有效光強(qiáng)。
[0015](8)不同光強(qiáng)下，柵藻在光照為lOOOlux和30001ux條件下TN去除率分別為90%和94% ;柵藻對TP的去除效率情況基本與TN的趨勢一致，柵藻lOOOlux和柵藻30001ux條件下TP去除率分別為98%和99% ;說明在一定范圍內(nèi)，提高光強(qiáng)能夠提高藻類降解污染物的能力。

【具體實施方式】
[0016](I)因購買的藻種體積不足以完成實驗，需要對其進(jìn)行轉(zhuǎn)接和擴(kuò)大培養(yǎng)。本實驗分別采用BGll和Dl液體培養(yǎng)基培養(yǎng)綠藻和柵藻。接種前，為防止藻種被污染，培養(yǎng)用的工具與器皿都需要經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌，然后在凈化工作臺操作，實驗時采用高壓蒸汽滅菌鍋滅菌的方法，將需要滅菌的培養(yǎng)基、接種工具、培養(yǎng)容器等放入滅菌鍋中，壓力1.05kgf/cm2，溫度120°C，30min即可。培養(yǎng)條件:培養(yǎng)溫度為25±1°C，光照條件2000Lux，12Hr晝/12Hr夜，培養(yǎng)期間每天定時搖動3次，使得藻分布均勻。
[0017](2)將實驗藻種-普通小球藻，柵藻，布朗葡萄藻，菱形藻，舟形藻分別按照1:3(藻液:污水)的比例分別接入25%，50%，100%的污水中培養(yǎng)，同時設(shè)置一組對照組，藻的初始密度為1.3X105個/ml。培養(yǎng)條件:在人工氣候箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度25攝氏度，光照2000Lux，光暗比12h:12h，每天人工搖瓶1-2次，使藻種均勻分布。每隔兩天采樣測TN、TP，藻密度以及葉綠素a含量。
[0018](3)選擇柵藻作為優(yōu)勢藻種，將培養(yǎng)處在對數(shù)期的柵藻分別接種至污水中，在人工氣候箱中培養(yǎng)，實驗采用不同于培養(yǎng)條件的光強(qiáng)(20001UX)，考察了藻類在弱光照lOOOlux和較強(qiáng)光照30001UX下的生長情況，并設(shè)了兩組平行樣，分析其藻密度以及對污水TN、TP的降解效率。藻類的培養(yǎng)條件:在人工氣候箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度25攝氏度，光照2000LUX，光暗比12h:12h，每天人工搖瓶1-2次，使藻種均勻分布。
[0019](4)利用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)及氯仿/甲醇(2:1，V/V)溶劑提取并測定藻細(xì)胞的含油量，并對其中油脂含量最高的柵藻進(jìn)行了光強(qiáng)實驗。
【專利附圖】

【附圖說明】
圖1是不同濃度下舟形藻的污水適應(yīng)性篩選實驗圖。
圖2是葡萄藻的污水耐受性實驗圖。
圖3是柵藻油脂的提取圖。
圖4是藻類油脂提取圖。
【權(quán)利要求】
1.一種利用污水培養(yǎng)富油藻類并同時凈化水質(zhì)的新理念，其特征在于:提出通過城鎮(zhèn)生活污水對富油藻類進(jìn)行培養(yǎng)，利用藻類的新陳代謝及其他微生物作用對生活污水進(jìn)行凈化，同時回收富油藻類，直接作為提取生物柴油的原材料的一種全新理念。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用污水培養(yǎng)富油藻類并同時凈化水質(zhì)的新理念，其特征在于:通過不同濃度的污水培養(yǎng)柵藻、小球藻、布郎葡萄藻、菱形藻和舟形藻5種藻類，研究其對污水中TN、TP的去除效果以及其脂肪產(chǎn)量和生長情況。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用污水培養(yǎng)富油藻類并同時凈化水質(zhì)的新理念，其特征在于:篩選出柵藻作為其優(yōu)勢藻種，進(jìn)一步研究污水濃度對藻類生長及污染物去除率的影響，并初步測定了藻類細(xì)胞的油脂含量。
【文檔編號】C12N1/12GK104513799SQ201310452259
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】鐘成華, 周曉琴, 安雅敏, 蔣佳凌, 左輕揚(yáng), 毛雪梅, 彭圖恒, 陳梅, 劉尚儉, 徐瑞, 錢珍余 申請人:重慶工商大學(xué), 鐘成華, 周曉琴