微藻的循环养殖工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种生产微藻生物质的工艺方法，尤其涉及一种微藻的循环养殖工 -H- 〇
【背景技术】
[0002] 随着不可再生的化石能源的日渐枯竭和日益严峻的环境问题，全球面临影响广泛 的能源危机、气候变暖、粮食短缺、土地紧张、环境污染等全球性问题。因而，越来越多的自 然科学研究集中于新能源的开发利用、环境的生物修复、可循环材料的开发利用等领域。在 新能源的开发利用与环境的生物修复中，微藻因为具备一些独特的特点而成为研究热点材 料。这些特点包括：（1)微藻广泛分布在海洋、湖泊、滩涂等水域，种类繁多。微藻直接利用 阳光、二氧化碳和含氮、磷等元素的简单营养物质快速生长，并在细胞内合成大量油脂；（2) 与大豆、油菜和麻风树等油料植物相比，微藻的生长周期短，含油量高，油脂产率高，单位面 积产油量是大豆的数百倍，每公顷可年产几万升生物柴油。微藻可利用滩涂、盐碱地、荒漠 等非耕种土地及利用海水、荒漠地区的地下水等廉价水源，不与农作物争地、争水；（3)微 藻在培养过程中还可固定大量二氧化碳。据计算，每培养1吨微藻，可消耗约吨二氧化碳。 因此，利用微藻制造生物柴油能大量减少二氧化碳排放。此外，微藻还可在光自养培养过程 中利用废水中的氮、磷等营养成分而净化各种工业废水和城市生活污水。因此，微藻的用途 十分广泛，遍及水产养殖、医药制造、食品加工、环境保护、能源炼制等行业和领域。然而，微 藻生物质的大量获取是微藻养殖的最大瓶颈，集中体现在微藻的高密度培养和高效、低成 本采收环节。其中，以离心为主的采收过程占总成本的20%~30%，而絮凝技术可大幅浓 缩藻液、增大微藻粒径，从而降低采收成本。因此，本发明申请人前期发明中提出了氨絮凝 技术（专利号：201110390674. 3)。氨絮凝技术基于碱诱絮凝机理，具有絮凝效率高、不引入 外源金属离子、不影响后续产品炼制等优势。此外，Knuckey等还指出了来自碱诱絮凝的藻 粉更适用于水产养殖。尽管如此，该技术仍存在不足：一是氨氮回收所采用的C02中和协同 蒸氨法的处理方法，效率过低、能耗过大；二是后续培养中，微藻的生长状态不佳；三是后 续培养的藻液二次氨絮凝采收可行性未曾探明。
[0003] 鸟粪石沉淀法，即在氨氮废水中投加 PO43和Mg 2+，使之与NH/形成难溶于水的复 盐磷酸铵镁沉淀（俗称鸟粪石，一种优质缓释肥料）。
【发明内容】
[0004] 因此，本发明拟用鸟粪石沉淀法高效回收氨氮并改善后续培养中微藻的生长状 态，从而将氨絮凝-氨回收-微藻后续培养-再次氨絮凝采收串联为一体。
[0005] 本发明的目的是提供一种微藻的循环养殖工艺，本发明通过基于鸟粪石沉淀法回 收微藻絮凝后的培养液中的氨，并利用氨回收后的培养基再次进行微藻的培养，并可再次 使用氨絮凝方法来采收微藻。可解决微藻氨絮凝后的的氨回收难的问题，并将后续培养和 再次氨絮凝采收串联成一体化系统，大幅了提高氨絮凝工艺的工业可行性。
[0006] 为此，本发明提供的技术方案为：
[0007] -种微藻的循环养殖工艺，包括如下步骤：
[0008] 步骤一、向培养有微藻的培养液中加入氨，利用氨将所述微藻絮凝；之后进入步骤 ---，
[0009] 步骤二、将微藻絮凝和培养液分离，得到培养清液，之后向培养清液中加入PO4 3 _ 和Mg2+，使培养清液中的NH4+与PO 43 _和Mg2+反应以生成NH 4MgP04 · 6H20沉淀；之后进入步 骤三，
[0010] 步骤三、将NH4MgPO4 · 6H20沉淀与培养清液分离，得到处理清液，之后向处理清液 中添加一定组分构成新的培养液，并再利用该新的培养液循环培养微藻；以及，
[0011] 步骤四、依次重复步骤一、步骤二和步骤三的方法以实现微藻的循环养殖。
[0012] 优选的是，所述的微藻的循环养殖工艺中，所述步骤二中，向培养清液中加入 Na2HPO4 · 12H20以提供PO43 _，向培养清液中加入MgCl2 · 6H20以提供Mg2+，且N:P:Mg的摩尔 比例为 1:1. 05:1. 10。
[0013] 更优选的是，所述的微藻的循环养殖工艺中，所述步骤二中，首先向培养清液中加 入Na2HPO4 · 12H20和MgCl2 · 6H20, lOOr/min搅拌lOmin，之后自然沉降5h，再进入所述步骤 _-O
[0014] 优选的是，所述的微藻的循环养殖工艺中，所述步骤一中，首先将培养有微藻的培 养液的PH调至9. 00,再向所述培养有微藻的培养液中加入氨，利用氨将所述微藻絮凝，
[0015] 所述氨为浓度为12~28 %的氨水或氨气。
[0016] 更优选的是，所述的微藻的循环养殖工艺中，将所述氨水加入培养有微藻的培养 液中至氨氮终浓度为59. 85~159. 60mmol · L 1O
[0017] 优选的是，所述的微藻的循环养殖工艺中，所述步骤一中，所述培养液为f/2培养 液。
[0018] 更优选的是，所述的微藻的循环养殖工艺中，所述步骤三中，所述一定组分包括微 量元素和维生素，所述微量元素和维生素的用量与所述f/2培养液中微量元素和维生素的 用量比例相同。
[0019] 更优选的是，所述的微藻的循环养殖工艺中，所述步骤三中，所述一定组分还包括 PO/呙子，所述PO/呙子的用量与所述f/2培养液中PO43的用量比例相同。
[0020] 更优选的是，所述的微藻的循环养殖工艺中，所述步骤三中，所述一定组分还包括 Ca2+和Mg 2+离子，所述Ca 2+和Mg 2+离子的用量与所述f/2培养液中Ca 2+和Mg 2+离子的用量 比例相同。
[0021] 更优选的是，所述的微藻的循环养殖工艺中，所述步骤三中，所述一定组分还包括 NO3、Ca2+和Mg 2+离子，其中，所述NO 3、Ca2+和Mg 2+离子的用量与所述f/2培养液中Ca 2+和 Mg2+离子的用量比例相同。
[0022] 本发明至少包括以下有益效果：
[0023] 本发明微藻的循环养殖工艺包括：微藻氨絮凝采收后的氨回收工艺；氨回收后的 微藻后续培养工艺；再次氨絮凝工艺。微藻氨絮凝采收后的氨回收工艺，是基于鸟粪石沉淀 法的高效回收氨的方式。氨回收后的培养基有利于微藻的后续培养，并可再次使用氨絮凝 方法来采收微藻。本发明可解决氨絮凝的氨回收难的问题，并将后续培养和再次氨絮凝采 收串联成一体化系统。
[0024] 鸟粪石沉淀法可解决微藻氨絮凝的氨氮回收问题，回收率达98. 8%，较前期发明 (专利号：201110390674. 3)的CO2中和协同蒸氨法更为有效、便捷。其处理过程较曾庆玲 等、蒋京东等、李金页等报道的鸟粪石沉淀法先进。首先，曾庆玲等、蒋京东等、李金页等报 道的方法是在外源氢氧化钠维持pH的条件下，于淡水中回收氯化铵型氨氮。而本发明直接 在碱性高含氮海水培养基中实现高效脱氨，省去外源氢氧化钠的添加。其次，溶液的PH在 反应结束后降至最佳的培养pH，无需前期工作的CO2中和处理就可直接培养微藻。再者，鸟 粪石颗粒通过简单的过滤就可收获，避免了膜交换法脱氨后仍需蒸发、结晶硫酸铵稀溶液 的问题。最后，处理后的培养基，其磷源和镁源得到补充。一方面，培养基无需专门补加氮、 磷、镁源就可直接培养微藻；另一方面，提供了再次氨絮凝所需的镁离子。而后续培养中优 于对照组的藻体生长表现和较均衡的代谢物组成为微藻高密度培养、污水处理、类胡萝卜 素生产等提供了新的方法和启迪。因此，鸟粪石沉淀法有效地改善了微藻氨絮凝的后续培 养，并具有一定的优越性。
[0025] 该方法低成本、高效、绿色环保、节约人工海水资源，并大幅提高氨絮凝工艺的工 业可行性，适用于规模化养殖微藻和采收微藻生物质。
[0026] 本发明进一步完善了微藻氨絮凝技术，从而促进了氨絮凝在工业化规模上的应 用，具有重大的指导意义。
[0027] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本 发明的发明和实践而为本领域的技术人员所理解。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明所述的微藻的循环养殖工艺的流程