一种利用餐厨废水培养固氮螺旋藻的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用餐厨废水培养固氮螺旋藻的方法，属于环境工程和微藻培养
技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着化石燃料的燃烧以及汽车尾气的排放，导致以CO2为主的温室气体急剧增加， 全球温室效应加剧等，一系列威胁到人类的生存与发展的环境问题。因此全球的关注焦点 在致力于减少CO2的排放，目前关于减排CO 2的技术主要包括物理、化学和生物三种方法， 但因微藻在〇)2减排方面存在可以通过光合作用固定CO 2合成有机化合物，生长速度快、周 期短、效率高的特点，然而多数研宄表明微藻生物燃料的生产是一个高能耗过程，过高的生 产成本使其商业化发展任重道远。在微藻培养过程中，使用化学药品作为微藻培养的营养 来源可以减少培养基的污染，收获生物质的上清液因此可回用于微藻的再培养实现水的再 利用。然而，最新的LCA研宄指出50%的能源过分利用及温室气体排放都与化学药品的使 用有关。从长远来看，用化学药品培养微藻不可持续发展。Norsker等报道指出约有7~ 11 %的微藻培养成本来自于化学药品的使用，其中，氮磷是微藻培养所需的主要化学药品， 占80~85%。因此，急需寻求一些经济可行的营养物资源，尤其是氮磷来实现微藻培养的 可持续发展。
[0003] 除营养物质及能源短缺外，水资源短缺是全球范围内抑制面临的重大问题，废水 的资源化利用迫在眉睫。微藻生长所需的大量元素主要为氮磷，这些营养物质大都可以从 市政污水、工业废水及农业废水中获得。用废水培养微藻在经济和环境上可以实现双赢的 目标，是一种可持续的微藻生产方式。
[0004] 餐厨垃圾是城市废弃物的重要组成部分，占城市垃圾的50%以上。据中华人民共 和国国家统计局，截止到2013年年底，中国人口数量为13. 6亿，城镇常住人口 7. 31亿人， 城镇化率为53. 73 %。假设每人每天产生餐厨垃圾0. 1~0. 15kg，则我国城镇餐厨垃圾日产 量将接近7~11万吨，年产量至少超过2500万吨。餐厨垃圾处理需求巨大，国家"十二五" 规划要求，到2015年餐厨垃圾的处理能力达到3万吨/日，处理设施数量力争达到242座。 一方面，经过提纯处理大量的餐厨垃圾生产可利用的生物柴油等；另一方面，处理餐厨垃圾 时必不可少的会产生大量的餐厨废水。餐厨废水含有丰富的有机物和氮、磷、钾、钙及各种 微量元素使其再利用价值增高，充分利用废水中的氮磷元素来培养微藻成为一种较有发展 前景的方式。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的是通过废水资源化利用来降低微藻生产成本，通过在餐厨废水 工艺段中选取好氧区废水，将其作为氮磷来源，进行固碳螺旋藻的批次混养培养。以生物量 及叶绿素 a表征固碳螺旋藻的生长情况，以每天检测培养液中的TN、N(V-N、N(V-N、NH4+-N、 TP表征废水中氮磷回收率。
[0006] 本发明的第一个目的是提供一种微藻培养基，所述培养基是在餐厨废水中加入微 藻培养所需的微量元素制成的培养基。
[0007] 所述餐厨废水，在本发明的一种实施方式中，其总氮（TN)浓度为100~170mg/L。 TN浓度不在这一范围的，可通过加水或者浓缩等方法进行调节。
[0008] 所述餐厨废水，在本发明的一种实施方式中，是餐厨好养废水。
[0009] 所述餐厨废水，在本发明的一种实施方式中，是取自餐厨废水工艺段中好氧区的 废水。在本发明的一种实施方式中，所含的COD、总氮（TN)及总磷（TP)浓度分别在1480~ 3000、800 ~1200、12 ~46mg/L。
[0010] 好氧废水的pH大都呈中性。所述微量元素，在本发明的一种实施方式中，与 Zarrouk培养基的微量元素A5液中的微量元素种类相同。
[0011] 所述微量元素，在本发明的一种实施方式中，在微藻培养基中的终浓度为： Η3Β035· 72mg/L、MnCl23. 62mg/L、ZnSO4 · 7H20 0· 44mg/L、CuSO4 · 5H20 0· 16mg/L、MoO30.0 2mg/ L0
[0012] 所述微藻培养基，在本发明的一种实施方式中，是将餐厨废水调整至TN浓度为 100 ~170mg/L，然后加入微量元素 H3B03、MnCl2、ZnSO4 · 7H20、CuSO4 · 5H20、MoO3，制成微藻 培养基。
[0013] 所述微藻培养基，在本发明的一种实施方式中，调整pH至9. 0-10. 5。
[0014] 所述微藻，在本发明的一种实施方式中，是固碳螺旋藻。
[0015] 所述微藻，在本发明的一种实施方式中，为固碳螺旋藻FACHB-901 (购自中科院水 生生物研宄所淡水藻种库）。
[0016] 本发明的第二个目的是提供一种培养固碳微藻的方法。所述方法是利用按上述任 一方法制备得到的微藻培养基，来培养固碳微藻。
[0017] 所述方法，在本发明的一种实施方式中，是用来培养螺旋藻。
[0018] 所述方法，在本发明的一种实施方式中，是：（1)将餐厨废水调整至TN浓度为 100~170mg/L，然后加入微藻培养所需的微量元素，制成微藻培养基；（2)调节培养基pH 至9. 0-10. 5将对数期的藻液接种至含有微藻培养基的光生物反应器中，使初始的0056。值 在0. 15-0. 25,间歇通入CO2，在光照3000-6000Lux，光暗比16/8,温度25-30°C的条件下进 行培养。
[0019] 所述通入CO2，提供微藻生长所必须的CO2量即可。在本发明的一种实施方式中， 是在开始培养时通入一次，在培养过程间歇鼓入。
[0020] 所述餐厨废水，在本发明的一种实施方式中，是取自餐厨废水工艺段中好氧区的 废水。
[0021] 所述光生物反应器，在本发明的一种实施方式中，内置溶氧、pH及CO2探头。可以 实时监测培养液中溶氧、PH值以及反应器液面以上的CO 2浓度，同时以曝气的方式通入C02。
[0022] 所述光生物反应器，在本发明的一种实施方式中，为IOL光生物反应器（有效体积 为8. 5L)，于GXZ-380B光照培养箱中进行恒温培养。
[0023] 所述方法，在本发明的一种实施方式中，具体是：向新鲜稀释的餐厨废水制成的培 养基中（调节pH为9. 5~10. 5)添加生长至对数期的藻液，使其初始的OD56tl值在0. 2左 右，通入CO2，在培养箱中设置光照为3000LUX，光暗比为16/8,培养箱温度控制在30 ± I °C。
[0024] 本发明的有益效果：（1)本发明的微藻培养基用于培养微藻，基本能达到Zarrouk 培养基的效果，减少了化学药品的使用，减少了环境污染，同时降低了微藻生产成本，可用 于可持续化微藻生产；（2)培养基制备方法简单，餐厨废水不需要灭菌即可用于培养；（3) 实现了餐厨废水的资源化利用，减少了环境污染，餐厨废水中氨氮利用率可达100%，亚硝 氮利用可达72. 361 %，硝氮利用量为7. 849%，TN的利用为32. 035%，固碳螺旋藻对氮元素 的吸收能力为NH4+-N > NCV-N > NCV-N，并且废水中的氮源足够提供螺旋藻的生长；TP利 用率为59. 140%。
【附图说明】
[0025] 图I :10L光生物反应器装置局部图；其中1-溶氧探头插口、2-CO2探头插口、3- pH探头插口；
[0026] 图2 :实验装置流程图；其中1 一0)2气体罐、2-气体过滤器、3-气体流量计、4一 空气泵、5-光照、6-出气口、7-进样口、8-取样口、9一藻液；
[0027] 图3 :灭菌条件下的餐厨废水的稀释倍数实验；
[0028] 图4 :10L光生物反应器中微藻的0056(|及叶绿素 a的变化；
[0029] 图5 :餐厨废水培养液中总氮、硝氮、亚硝氮、氨氮的浓度。
【具体实施方式】
[0030] 实施例1 :螺旋藻的保种培养
[0031] 本实施例中所用的螺旋藻Spirulina platensis，其购自中科院水生生物研宄所 淡水藻种库，编号FACHB-901。在进行反应器废水培养之前，先进行Spirulina platensis 的保种培养：保种培养在IL的含600mL经过灭菌处理培养液的玻璃锥形瓶中进行，培养基 为改良的Zarrouk培养基，其主要成分及配置使用方法见表1、2 (A5液按每L培养基加入 2mL)。培养箱设置光照为3000LUX，光暗比为16/8,培养箱温度控制在30 ± I °C。保种培养 历8~10天。
[0032] 表1改良的Zarrouk培养基的成分
[0033]
【主权项】
1. 一种微藻培养基，其特征在于，所述微藻培养基是在餐厨废水中加入微藻培养所需 的微量元素制成的培养基。
2. 根据权利要求1所述的微藻培养基，其特征在于，所述餐厨废水已调整至TN浓度为 100 ~170mg/L。
3. 根据权利要求1所述的微藻培养基，其特征在于，所述微藻为固碳螺旋藻。
4. 根据权利要求1所述的微藻培养基，其特征在于，所述微量元素与Zarrouk培养基的 微量元素A5液中的微量元素种类相同。
5. 根据权利要求1所述的微藻培养基，其特征在于，所述培养基的pH调整至 9. O-IO. 5〇
6. -种固碳微藻的培养方法，其特征在于，所述方法是用在餐厨废水中加入微藻培养 所需的微量元素制成的培养基，来培养固碳微藻。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法是：（1)将餐厨废水调整至 TN浓度为100~170mg/L，然后加入微量元素制成微藻培养基；（2)调节培养基pH至 9. 0-10. 5,将对数期的藻液接种至含有微藻培养基的光生物反应器中，使初始的OD56tl值在 0. 15-0. 25,间歇通入CO2，在光照3000-6000Lux，光暗比为16/8,温度25-30°C的条件下进 行培养。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法微量元素为H 3B03、MnCl2、 ZnSO4 ? 7H20、CuSO4 ? 5H20、MoO30
9. 利用权利要求1-5任一所述微藻培养基培养得到的微藻。
10. 权利要求9所述微藻在食品、饲料、化妆品、药物制备方面的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种利用餐厨废水培养固碳螺旋藻的方法，属于环境工程和微藻培养技术领域。本发明在餐厨废水中加入微量元素制备成微藻培养基，用于培养微藻，基本能达到Zarrouk培养基的效果，减少了化学药品的使用，减少了环境污染，同时降低了微藻生产成本，可用于可持续化微藻生产，同时培养基制备方法简单，餐厨废水不需要灭菌即可用于培养，本发明还实现了餐厨废水的资源化利用，减少了环境污染，餐厨废水中氨氮利用率可达100％，亚硝氮利用可达72.361％，硝氮利用量为7.849％，TN的利用为32.035％，固碳螺旋藻对氮元素的吸收能力为NH4+-N＞NO2--N＞NO3--N，并且废水中的氮源足够提供螺旋藻的生长；TP利用率为59.140％。
【IPC分类】C12R1-89, C12N1-12
【公开号】CN104862231
【申请号】CN201510323106
【发明人】任洪艳, 徐倩, 阮文权
【申请人】江南大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月12日