一种利用污水培养富油藻类并同时净化水质的新理念的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用污废水培养富油藻类从而净化水质，并且可通过回收藻类，提取微囊油脂，实现污水资源化处理的新技术。通过对污水净化和产油藻种的相关文献分析，初步筛选五种藻种进行实验分析，分别是栅藻，小球藻，布朗葡萄藻，菱形藻和舟形藻。采用重庆市当地污水，通过考察藻种对污水的适应性，包括测定生长速率，氮磷的去除率，生物质产量的测定和藻类油脂含量的测定，最终筛选出最合适的藻种做为进一步研究对象。对其中的优势藻种作进一步分析，研究光照强度，污水浓度对藻类生长及污染物去除效率的影响，并初步测定了藻类细胞的油脂含量。
【专利说明】一种利用污水培养富油藻类并同时净化水质的新理念
【技术领域】
[0001]本创新理念涉及一种利用污废水培养富油藻类从而净化水质，并且可通过回收藻类，提取微囊油脂，实现污水资源化处理的新理念，属于水环境污染治理及污废水资源化处理领域。
【背景技术】
[0002]面对新世纪的能源问题以及水污染问题，清洁能源的开发和水污染治理成为全世界科学家们研究的重点。研究发现，一些微藻的脂质含量较高，可以直接提取用来生产生物柴油。生物质能源的开发和利用不仅能够缓解因为化石燃料日益枯竭给全球带来的能源危机，还可以减少全球的碳排放，从而达到低碳、经济、环保。市政废水中含有大量藻类生长所需的氮、磷等营养物质，而目前市政废水的处理成本又较昂贵，且面临着许多问题，因此若能将产油微藻的培养与市政废水处理结合起来，这样不仅可以降低生物柴油的成本问题，而且还能够提高污水处理的效果。近年来，微藻在制备生物柴油和污水深度脱氮除磷方面均得到了越来越多的重视，并逐步开展研究。而基于微藻培养的污水深度处理和生物柴油生产耦合系统则具有更加广阔的发展前景。目前利用藻类对废污水进行处理的技术有高效藻类塘、活性藻、固定化藻、光生物反应器等。这些技术的缺点都在于藻类的生长受到了外界因素的影响，从而影响出水的稳定性，同时藻球的制备程序复杂、载体影响光能利用、藻收获较繁琐等，这些影响了该技术的应用。
[0003]利用藻类生产生物燃料这一课题至今已经开展了 50多年，与传统的石化柴油相t匕，生物柴油具有动粘度较高，能够提高运动机件的润滑性，降低磨损；环保无毒性，含芳香族烃类成分不具致癌性，有害物质少，生物分解性良好(98%可降解)；闪点高，十六烷值较高，安全性高等特点，也正是生物柴油的这一系列优点，使生物柴油成为全世界的研究热点，成为世界各国应对能源危机的战略举措，对于社会经济的可持续发展、环境保护等都具有深远的意义。目前，主要通过对富油藻类培养条件的优化和基因工程改造以及油脂合成的代谢调控来提高藻细胞的油脂含量，主要技术有优化选育法、基因工程法等，这些技术同样不可避免的存有生产成本高、大规模的工业化生产会造成二次污染等问题，而最核心的问题在于产油微藻的含油率和生长速率之间存在着严重的矛盾，想要克服它，同时得到生长速率高和油脂含量高的藻类，需要进一步的选育优质藻种，这正是本创新理念的目的及意义。
[0004]目前对产油微藻的研究较多，但都局限于实验室阶段，在实际应用中存在许多问题，特别是实际污水成分复杂，产油微藻不一定能在实际中生长良好，而微藻生物柴油与市政污水处理耦合系统的关键就在于藻种的选择，必须筛选出既能够在污水中活性高，生长迅速又能够大量积累油脂的藻类，现阶段许多研究都是在实验室内利用人工合成污水或者采用向生活污水中添加无机氮、无机磷、柠檬酸铁铵以及微量元素等来进行研究。
[0005]本创新理念的创新之处在于:直接采用城市生活污水来培养藻类，不向其中添加任何其他物质，从根本上减少了成本的投入；研究5种产油微藻对污水的耐受性以及对污染物质的去除效率和油脂含量，以期找到一种能够在实际污水中生长良好并能够积累油脂同时净化水质的优势藻类，微藻生物柴油与市政污水处理耦合系统的研究提供数据支持。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术的不足，通过实验将当地废水作为藻类培养的原料，进一步筛选和培养出油脂含量较高的藻类，收集后提取藻类油脂，并达到处理废水的目的。利用无添加废水养藻，不仅能够处理废水，还能够从中提取生物柴油，且不向废水中添加任何其它物质，可以有效解决藻类生物柴油成本高的问题。
[0007]这是一种具有创新意义的理念，由于富营养化的湖泊容易引发水华，那么本理念就从相反的方向切入，提出利用城市生活污水来培养藻类，以达到利用藻类的新陈代谢及其他微生物作用来净化生活污水的目的，同时培养的富油藻类也可回收利用，作为生物柴油的直接原料。通过一系列的实验对比，发现这种理念可行，能够找到一种能够在实际污水中生长良好并能积累油脂同时净化水质的优势藻类。
具体的研究内容:
[0008]( I)通过对污水净化和产油藻种的相关文献分析，初步筛选五种藻种进行实验分析，供选择的藻种有栅藻、小球藻、布朗葡萄藻、菱形藻和舟形藻。通过考察藻种对污水的适应性，包括测定生长速率、光密度值、氮磷的去除率、生物质产量的测定和藻类油脂含量的测定，最终筛选出最合适的藻种做为进一步研究对象。
[0009](2)分别考察五种不同微藻对重庆本地市政污水中污染物的去除情况，分析各自的生长速率及油脂含量。
[0010](3)对其中的优势藻种作进一步分析，研究光照强度，污水浓度对藻类生长及污染物去除效率的影响。
[0011](4)本发明采用了重庆市当地污水直接考察了五种油脂含量较高的藻类对污水浓度的耐受性及适应性，实验结果表明栅藻各方面指标都较理想，污水耐受性最高，在100%污水中仍生长良好，藻密度最高为143X105个/ml。
[0012](5)在不同浓度的污水中培养五种藻种，栅藻的脂肪产量最高，为细胞干重的26.34%，由高到低依次为栅藻、小球藻、布朗葡萄藻、菱形藻和舟形藻。
[0013](6)五种藻类对污水中TN、TP的去除均较理想，其中栅藻的去除率最高，去除率达到了 95%以上，这和藻种对污水的耐受性以及它们的生长情况一致。因此采用原始污水来培养藻类可行，且既能达到较好的净化市政污水的效果还能够获得藻类油脂。
[0014](7)在不同光照强度下培养,栅藻的藻密度在30001ux条件下要高于lOOOlux,其中栅藻在30001UX下培养时最大藻密度为268X105个/ml，明显高于其他三组，但在后期藻类的生长速率变慢，可能是因为随着藻生物量的增大而产生了相互间的隐蔽作用，从而降低了有效光强。
[0015](8)不同光强下，栅藻在光照为lOOOlux和30001ux条件下TN去除率分别为90%和94% ;栅藻对TP的去除效率情况基本与TN的趋势一致，栅藻lOOOlux和栅藻30001ux条件下TP去除率分别为98%和99% ;说明在一定范围内，提高光强能够提高藻类降解污染物的能力。
【具体实施方式】
[0016](I)因购买的藻种体积不足以完成实验，需要对其进行转接和扩大培养。本实验分别采用BGll和Dl液体培养基培养绿藻和栅藻。接种前，为防止藻种被污染，培养用的工具与器皿都需要经过严格的灭菌，然后在净化工作台操作，实验时采用高压蒸汽灭菌锅灭菌的方法，将需要灭菌的培养基、接种工具、培养容器等放入灭菌锅中，压力1.05kgf/cm2，温度120°C，30min即可。培养条件:培养温度为25±1°C，光照条件2000Lux，12Hr昼/12Hr夜，培养期间每天定时摇动3次，使得藻分布均匀。
[0017](2)将实验藻种-普通小球藻，栅藻，布朗葡萄藻，菱形藻，舟形藻分别按照1:3(藻液:污水)的比例分别接入25%，50%，100%的污水中培养，同时设置一组对照组，藻的初始密度为1.3X105个/ml。培养条件:在人工气候箱中培养，培养温度25摄氏度，光照2000Lux，光暗比12h:12h，每天人工摇瓶1-2次，使藻种均匀分布。每隔两天采样测TN、TP，藻密度以及叶绿素a含量。
[0018](3)选择栅藻作为优势藻种，将培养处在对数期的栅藻分别接种至污水中，在人工气候箱中培养，实验采用不同于培养条件的光强(20001UX)，考察了藻类在弱光照lOOOlux和较强光照30001UX下的生长情况，并设了两组平行样，分析其藻密度以及对污水TN、TP的降解效率。藻类的培养条件:在人工气候箱中培养，培养温度25摄氏度，光照2000LUX，光暗比12h:12h，每天人工摇瓶1-2次，使藻种均匀分布。
[0019](4)利用超声波细胞粉碎机及氯仿/甲醇(2:1，V/V)溶剂提取并测定藻细胞的含油量，并对其中油脂含量最高的栅藻进行了光强实验。
【专利附图】
【附图说明】
图1是不同浓度下舟形藻的污水适应性筛选实验图。
图2是葡萄藻的污水耐受性实验图。
图3是栅藻油脂的提取图。
图4是藻类油脂提取图。
【权利要求】
1.一种利用污水培养富油藻类并同时净化水质的新理念，其特征在于:提出通过城镇生活污水对富油藻类进行培养，利用藻类的新陈代谢及其他微生物作用对生活污水进行净化，同时回收富油藻类，直接作为提取生物柴油的原材料的一种全新理念。
2.根据权利要求1所述的利用污水培养富油藻类并同时净化水质的新理念，其特征在于:通过不同浓度的污水培养栅藻、小球藻、布郎葡萄藻、菱形藻和舟形藻5种藻类，研究其对污水中TN、TP的去除效果以及其脂肪产量和生长情况。
3.根据权利要求1所述的利用污水培养富油藻类并同时净化水质的新理念，其特征在于:筛选出栅藻作为其优势藻种，进一步研究污水浓度对藻类生长及污染物去除率的影响，并初步测定了藻类细胞的油脂含量。
【文档编号】C12N1/12GK104513799SQ201310452259
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】钟成华, 周晓琴, 安雅敏, 蒋佳凌, 左轻扬, 毛雪梅, 彭图恒, 陈梅, 刘尚俭, 徐瑞, 钱珍余 申请人:重庆工商大学, 钟成华, 周晓琴