申請日2015.06.12
公開(公告)日2015.08.26
IPC分類號C12R1/89; C12N1/12
摘要
本發(fā)明公開了一種利用餐廚廢水培養(yǎng)固碳螺旋藻的方法，屬于環(huán)境工程和微藻培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在餐廚廢水中加入微量元素制備成微藻培養(yǎng)基，用于培養(yǎng)微藻，基本能達到Zarrouk培養(yǎng)基的效果，減少了化學藥品的使用，減少了環(huán)境污染，同時降低了微藻生產(chǎn)成本，可用于可持續(xù)化微藻生產(chǎn)，同時培養(yǎng)基制備方法簡單，餐廚廢水不需要滅菌即可用于培養(yǎng)，本發(fā)明還實現(xiàn)了餐廚廢水的資源化利用，減少了環(huán)境污染，餐廚廢水中氨氮利用率可達100%，亞硝氮利用可達72.361%，硝氮利用量為7.849%，TN的利用為32.035%，固碳螺旋藻對氮元素的吸收能力為NH4+-N>NO2--N>NO3--N，并且廢水中的氮源足夠提供螺旋藻的生長;TP利用率為59.140%。
權(quán)利要求書
1.一種微藻培養(yǎng)基，其特征在于，所述微藻培養(yǎng)基是在餐廚廢水中加入微藻培養(yǎng)所需的微量 元素制成的培養(yǎng)基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微藻培養(yǎng)基，其特征在于，所述餐廚廢水已調(diào)整至TN濃度為 100～170mg/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微藻培養(yǎng)基，其特征在于，所述微藻為固碳螺旋藻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微藻培養(yǎng)基，其特征在于，所述微量元素與Zarrouk培養(yǎng)基的微量 元素A5液中的微量元素種類相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微藻培養(yǎng)基，其特征在于，所述培養(yǎng)基的pH調(diào)整至9.0-10.5。
6.一種固碳微藻的培養(yǎng)方法，其特征在于，所述方法是用在餐廚廢水中加入微藻培養(yǎng)所需的 微量元素制成的培養(yǎng)基，來培養(yǎng)固碳微藻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法是：(1)將餐廚廢水調(diào)整至TN濃 度為100～170mg/L，然后加入微量元素制成微藻培養(yǎng)基;(2)調(diào)節(jié)培養(yǎng)基pH至9.0-10.5， 將對數(shù)期的藻液接種至含有微藻培養(yǎng)基的光生物反應器中，使初始的OD560值在0.15-0.25， 間歇通入CO2，在光照3000-6000Lux，光暗比為16/8，溫度25-30℃的條件下進行培養(yǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法微量元素為H3BO3、MnCl2、 ZnSO4·7H2O、CuSO4·5H2O、MoO3。
9.利用權(quán)利要求1-5任一所述微藻培養(yǎng)基培養(yǎng)得到的微藻。
10.權(quán)利要求9所述微藻在食品、飼料、化妝品、藥物制備方面的應用。
說明書
一種利用餐廚廢水培養(yǎng)固氮螺旋藻的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種利用餐廚廢水培養(yǎng)固氮螺旋藻的方法，屬于環(huán)境工程和微藻培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)
隨著化石燃料的燃燒以及汽車尾氣的排放，導致以CO2為主的溫室氣體急劇增加，全球 溫室效應加劇等，一系列威脅到人類的生存與發(fā)展的環(huán)境問題。因此全球的關(guān)注焦點在致力 于減少CO2的排放，目前關(guān)于減排CO2的技術(shù)主要包括物理、化學和生物三種方法，但因微 藻在CO2減排方面存在可以通過光合作用固定CO2合成有機化合物，生長速度快、周期短、 效率高的特點，然而多數(shù)研究表明微藻生物燃料的生產(chǎn)是一個高能耗過程，過高的生產(chǎn)成本 使其商業(yè)化發(fā)展任重道遠。在微藻培養(yǎng)過程中，使用化學藥品作為微藻培養(yǎng)的營養(yǎng)來源可以 減少培養(yǎng)基的污染，收獲生物質(zhì)的上清液因此可回用于微藻的再培養(yǎng)實現(xiàn)水的再利用。然而， 最新的LCA研究指出50%的能源過分利用及溫室氣體排放都與化學藥品的使用有關(guān)。從長遠 來看，用化學藥品培養(yǎng)微藻不可持續(xù)發(fā)展。Norsker等報道指出約有7～11%的微藻培養(yǎng)成本來 自于化學藥品的使用，其中，氮磷是微藻培養(yǎng)所需的主要化學藥品，占80～85%。因此，急需 尋求一些經(jīng)濟可行的營養(yǎng)物資源，尤其是氮磷來實現(xiàn)微藻培養(yǎng)的可持續(xù)發(fā)展。
除營養(yǎng)物質(zhì)及能源短缺外，水資源短缺是全球范圍內(nèi)抑制面臨的重大問題，廢水的資源 化利用迫在眉睫。微藻生長所需的大量元素主要為氮磷，這些營養(yǎng)物質(zhì)大都可以從市政污水、 工業(yè)廢水及農(nóng)業(yè)廢水中獲得。用廢水培養(yǎng)微藻在經(jīng)濟和環(huán)境上可以實現(xiàn)雙贏的目標，是一種 可持續(xù)的微藻生產(chǎn)方式。
餐廚垃圾是城市廢棄物的重要組成部分，占城市垃圾的50%以上。據(jù)中華人民共和國國 家統(tǒng)計局，截止到2013年年底，中國人口數(shù)量為13.6億，城鎮(zhèn)常住人口7.31億人，城鎮(zhèn)化 率為53.73%。假設(shè)每人每天產(chǎn)生餐廚垃圾0.1～0.15kg，則我國城鎮(zhèn)餐廚垃圾日產(chǎn)量將接近 7～11萬噸，年產(chǎn)量至少超過2500萬噸。餐廚垃圾處理需求巨大，國家“十二五”規(guī)劃要求，到 2015年餐廚垃圾的處理能力達到3萬噸/日，處理設(shè)施數(shù)量力爭達到242座。一方面，經(jīng)過提 純處理大量的餐廚垃圾生產(chǎn)可利用的生物柴油等;另一方面，處理餐廚垃圾時必不可少的會 產(chǎn)生大量的餐廚廢水。餐廚廢水含有豐富的有機物和氮、磷、鉀、鈣及各種微量元素使其再 利用價值增高，充分利用廢水中的氮磷元素來培養(yǎng)微藻成為一種較有發(fā)展前景的方式。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是通過廢水資源化利用來降低微藻生產(chǎn)成本，通過在餐廚廢水工藝段 中選取好氧區(qū)廢水，將其作為氮磷來源，進行固碳螺旋藻的批次混養(yǎng)培養(yǎng)。以生物量及葉綠 素a表征固碳螺旋藻的生長情況，以每天檢測培養(yǎng)液中的TN、NO3--N、NO2--N、NH4+-N、 TP表征廢水中氮磷回收率。
本發(fā)明的第一個目的是提供一種微藻培養(yǎng)基，所述培養(yǎng)基是在餐廚廢水中加入微藻培養(yǎng) 所需的微量元素制成的培養(yǎng)基。
所述餐廚廢水，在本發(fā)明的一種實施方式中，其總氮(TN)濃度為100～170mg/L。TN 濃度不在這一范圍的，可通過加水或者濃縮等方法進行調(diào)節(jié)。
所述餐廚廢水，在本發(fā)明的一種實施方式中，是餐廚好養(yǎng)廢水。
所述餐廚廢水，在本發(fā)明的一種實施方式中，是取自餐廚廢水工藝段中好氧區(qū)的廢水。 在本發(fā)明的一種實施方式中，所含的COD、總氮(TN)及總磷(TP)濃度分別在1480～3000、 800～1200、12～46mg/L。
好氧廢水的pH大都呈中性。所述微量元素，在本發(fā)明的一種實施方式中，與Zarrouk培 養(yǎng)基的微量元素A5液中的微量元素種類相同。
所述微量元素，在本發(fā)明的一種實施方式中，在微藻培養(yǎng)基中的終濃度為：H3BO35.72 mg/L、MnCl23.62mg/L、ZnSO4·7H2O 0.44mg/L、CuSO4·5H2O 0.16mg/L、MoO30.02mg/L。
所述微藻培養(yǎng)基，在本發(fā)明的一種實施方式中，是將餐廚廢水調(diào)整至TN濃度為100～170 mg/L，然后加入微量元素H3BO3、MnCl2、ZnSO4·7H2O、CuSO4·5H2O、MoO3，制成微藻培 養(yǎng)基。
所述微藻培養(yǎng)基，在本發(fā)明的一種實施方式中，調(diào)整pH至9.0-10.5。
所述微藻，在本發(fā)明的一種實施方式中，是固碳螺旋藻。
所述微藻，在本發(fā)明的一種實施方式中，為固碳螺旋藻FACHB-901(購自中科院水生生 物研究所淡水藻種庫)。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種培養(yǎng)固碳微藻的方法。所述方法是利用按上述任一方法 制備得到的微藻培養(yǎng)基，來培養(yǎng)固碳微藻。
所述方法，在本發(fā)明的一種實施方式中，是用來培養(yǎng)螺旋藻。
所述方法，在本發(fā)明的一種實施方式中，是：(1)將餐廚廢水調(diào)整至TN濃度為100～170 mg/L，然后加入微藻培養(yǎng)所需的微量元素，制成微藻培養(yǎng)基;(2)調(diào)節(jié)培養(yǎng)基pH至9.0-10.5 將對數(shù)期的藻液接種至含有微藻培養(yǎng)基的光生物反應器中，使初始的OD560值在0.15-0.25， 間歇通入CO2，在光照3000-6000Lux，光暗比16/8，溫度25-30℃的條件下進行培養(yǎng)。
所述通入CO2，提供微藻生長所必須的CO2量即可。在本發(fā)明的一種實施方式中，是在 開始培養(yǎng)時通入一次，在培養(yǎng)過程間歇鼓入。
所述餐廚廢水，在本發(fā)明的一種實施方式中，是取自餐廚廢水工藝段中好氧區(qū)的廢水。
所述光生物反應器，在本發(fā)明的一種實施方式中，內(nèi)置溶氧、pH及CO2探頭�？梢詫崟r 監(jiān)測培養(yǎng)液中溶氧、pH值以及反應器液面以上的CO2濃度，同時以曝氣的方式通入CO2。
所述光生物反應器，在本發(fā)明的一種實施方式中，為10L光生物反應器(有效體積為8.5 L)，于GXZ-380B光照培養(yǎng)箱中進行恒溫培養(yǎng)。
所述方法，在本發(fā)明的一種實施方式中，具體是：向新鮮稀釋的餐廚廢水制成的培養(yǎng)基 中(調(diào)節(jié)pH為9.5～10.5)添加生長至對數(shù)期的藻液，使其初始的OD560值在0.2左右，通入 CO2，在培養(yǎng)箱中設(shè)置光照為3000Lux，光暗比為16/8，培養(yǎng)箱溫度控制在30±1℃。
本發(fā)明的有益效果：(1)本發(fā)明的微藻培養(yǎng)基用于培養(yǎng)微藻，基本能達到Zarrouk培養(yǎng) 基的效果，減少了化學藥品的使用，減少了環(huán)境污染，同時降低了微藻生產(chǎn)成本，可用于可 持續(xù)化微藻生產(chǎn);(2)培養(yǎng)基制備方法簡單，餐廚廢水不需要滅菌即可用于培養(yǎng);(3)實現(xiàn) 了餐廚廢水的資源化利用，減少了環(huán)境污染，餐廚廢水中氨氮利用率可達100%，亞硝氮利用 可達72.361%，硝氮利用量為7.849%，TN的利用為32.035%，固碳螺旋藻對氮元素的吸收能 力為NH4+-N>NO2--N>NO3--N，并且廢水中的氮源足夠提供螺旋藻的生長;TP利用率為 59.140%。
