一种利用人尿液代替氮磷化学试剂培养产油小球藻的方法
【专利摘要】本发明公开了一种培养产油小球藻的方法，所述方法的特征在于：利用人尿液代替氮磷化学试剂作为氮磷来源来培养所述产油小球藻。
【专利说明】一种利用人尿液代替氮磷化学试剂培养产油小球藻的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微藻培养产生物燃料【技术领域】，更具体地，本发明涉及一种利用人尿液代替氮磷化学试剂培养产油小球藻的方法。
【背景技术】
[0002]全球范围内面临的环境可持续发展问题得到了愈加广泛的关注，比如，过度碳排放引起的全球变暖温室效应，能源、营养盐短缺，水体污染引起的富营养化等。大气中高浓度CO2的产生主要是由于化石燃料的大量使用，而且化石燃料是不可再生的有限资源，因此，必须减少对化石燃料的依赖，加快发展可再生的碳中和性替代能源。针对气候变化及能源问题，可持续且能再生的生物燃料是解决方法之一。2012年8月，全球行业分析有限公司发布全球生物燃料的全球综合报告。报告称，到2018年，全球生物燃料消费量将达到5110亿升，生物乙醇、生物柴油等生物燃料已经得到越来越多的关注，尤其是以可固定CO2的微藻为原料生产环境友好型生物柴油的第三代生物燃料。
[0003]另一方面，城镇化的快速推进使得越来越多的城市面临着日趋严峻的环境污染问题。据2013年联合国世界经济及社会调查，在1950年至2010年间，全球城镇人口增长了23亿，而且在接下来的几十年里依旧会维持这样的增长趋势。城镇化必定是势不可挡的，营养盐短缺及环境污染会更加严峻，探究可持续发展的环境污染处理方法，尤其是废物资源化，是非常必要的。
[0004]现有的城市系统的厕所粪便随冲厕水经过城市管道被运送到生活污水处理厂集中处理，这不仅使营养盐流失，而且造成城市水体污染。传统生活污水处理方法成本高，且由于被高度稀释而致使营养盐及能源回收效率低。分离式厕所的研发使得粪便可以在源头上被分开收集及处理，在减缓整体城市水体污染的同时可以实现营养盐的集中回收。据数据统计，城市生活污水中绝大部分营养盐(氮、磷、钾)都来自于尿液，尿液贡献了 69~80%总氮、40~55%总磷及60%钾，这充分证明城市生活污水中绝大部分营养盐可直接从在源分离尿液中回收。目前，大规模回收源分离尿液中氮磷的方法只有鸟粪石沉淀法及氨吹脱法。鸟粪石沉淀法主要回收磷，只能回收少部分氮；氨吹脱法可以高效回收氮但能耗太高。培养以氮磷为主要营养盐的微藻可以作为一种同时回收尿液中氮磷的方法。通过培养微藻回收利用尿液中的氮、磷，不仅可以在实现人体尿液资源化的同时生产可转变为生物燃料的微藻生物质，而且可以降低微藻培养成本，减轻城市生活污水处理压力，缓解全球范围内能源、营养盐及水资源短缺问题。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的是通过废物资源化利用来降低微藻生物燃料生产成本，可通过以下技术方案实现:在源头上收集人尿液，将其作为氮磷来源，进行产油小球藻的半连续兼养培养。培养液中其它营养成分与BGll培养基中相同，培养周期为2~3天。以叶绿素a及生物量表征产油小球藻生长状况，以氮磷利用率表征尿液中氮磷回收率。[0006]尿液性质很大程度上取决于人的饮食，其所含总有机碳(TOC)、总氮(TN)及总磷(TP)浓度分别为1600~20000，2000~16000及90~600mg/L，依据测定结果，以培养液中最终总氮浓度为40~220mg/L为标准，加入适量体积至添加了其它营养成分的培养液中。尿液pH为5.5~7.2，加入产油小球藻培养系统后，不需要调节培养液pH。
[0007]培养过程中，依据培养液中氮浓度，添加适量磷酸盐储备液。每个周期结束时，收获1/2~3/4体积的培养液，并补充相应体积的新进料。收获的培养液经离心后得到微藻生物质，生物量可达1.2~2.93g/L。
[0008]每个培养周期后期会经历氮缺陷阶段，刺激产油小球藻的油脂累积，收获的生物质使用有机溶剂提取法所得平均油脂含量达36.8%，且品质与BGll培养的相当，可作为良好的微藻生物柴油生产基质。
[0009]通过微藻培养可回收利用人体尿液中超过84%总氮及100%总磷。尿液未经过城市管网混入生活污水再被集中处理，而是在源头上被分离收集，用于产油微藻的培养。
[0010]向新鲜配置的培养液中添加人体尿液及产油小球藻接种液，培养条件如下:每个培养器配有一个自制的插入通气管的培养棉塞，以0.05~0.15vvm的速率持续通入5%CO2O培养灯光来自于3个突光灯,光照强度为157.2±5.1 μ mol photons/m2/s,光照时间为24h。培养温度控制在25~30°C。
[0011]通过将尿液在其被排放至污水处理厂之前分离回收，既可以减免从污水处理厂中回收营养盐需要的额外能源、金钱及化学药品，还可以实现尿液资源化利用。若源分离厕所可以大规模应用于城市卫生系统，可观数量的尿液可以被回收，营养盐也可以得以循环。微藻生物柴油的规模 化发展也正面临着微藻培养成本高的巨大挑战，将两者结合起来不仅可以实现尿液资源化利用，回收其中的营养盐，而且可以降低微藻培养成本，促进生物燃料规模化生产。
[0012]尿液中氮的主要形式为85%尿素及5%氨氮，这两种形态的氮均比硝态氮更容易被微藻吸收，尿液的加入，会促进微藻的迅速生长，累积生物量。
[0013]本发明的方法可以用于培养所有种类的产油小球藻，如Chlorellaprotothecoides, Chlorella vulgaris, Chlorella viscose, Chlorella pyrenoidosa 和Chlorella sorokiniana等。在优选的实施方案中,适合使用本发明的方法培养的是产油小球藻 Chlorella sorokiniana。
[0014]更具体地，本发明提供以下各项:
[0015]1.一种培养产油小球藻的方法，其特征在于:利用人尿液代替氮磷化学试剂作为氮磷来源来培养所述产油小球藻。
[0016]2.根据I所述的方法，其中所述产油小球藻的培养模式为半连续兼养培养。
[0017]3.根据I所述的方法，其中通过用人尿液代替NaNO3和K2HPO4.3H20作为BGll培养基中的氮磷来源来制备用于培养所述产油小球藻的培养液。
[0018]4.根据I所述的方法，其中所述产油小球藻的所述半连续培养中的每个培养周期为2~3天。
[0019]5.根据I所述的方法，所述方法包括:在每个培养周期开始的当天收集人尿液，充分混匀后，经滤膜过滤测得所述人尿液中的TOC、TN及TP浓度，依据测定结果，以培养液中最终总氮浓度为40~220mg/L为标准加入人尿液。[0020]6.根据I所述的方法，所述方法还包括:在培养过程中，依据培养液中氮浓度，以6:1的氮磷比补充磷酸盐储备液。
[0021]7.根据I所述的方法，所述方法还包括:在每个培养周期结束时，收获1/2~3/4体积的培养液，并补充相应体积的新鲜培养液。
[0022]8.根据I所述的方法，所述方法还包括:将所述收获的培养液离心从而收集所述产油小球藻，并且所述产油小球藻的生物量可达1.2~2.93g/L。
[0023]9.根据I所述的方法，所述方法还包括:使所述产油小球藻在每个培养周期后期经历氮缺陷阶段，从而刺激所述产油小球藻的油脂累积。
[0024]10.根据I所述的方法,其中所述产油小球藻是Chlorella sorokiniana。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1:尿液及BGll培养液中微藻的叶绿素a浓度。
[0026]图2:尿液及BGll培养液中总氣总憐的浓度。
[0027]图3:尿液及BGll培养液中微藻的生物量。
【具体实施方式】
[0028]下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于此。 [0029]本实施例中所用小球藻为Chlorella sorokiniana211/8k(C.sorokiniana),其购买于英国剑桥藻类及原生生物培养中心(UTEX#1666)。在进行半连续兼养培养之前，先进行C.sorokiniana的接种培养:接种培养在8个250mL经灭菌处理的蓝盖试剂瓶中进行，培养基为BG11，其主要成分及配置使用方法见表1。每个瓶子配有一个自制的插入通气管的培养棉塞，以10mL/min (0.05vvm)的速率持续通入5% C02。培养灯光来自于3个40W荧光灯，光照强度为62.1 ±3.2 μ mol photons/m2/s，光照时间为24h。培养温度控制在27±2°C。接种培养历5~10天,处于对数生长期的藻液在3500r/min转速下离心5min进行浓缩,用蒸馏水洗两遍后，将浓缩的藻细胞溶于适量蒸馏水中备用。
[0030]表1BGll培养基的成分及配制使用方法
[0031]
【权利要求】
1.一种培养产油小球藻的方法，其特征在于:利用人尿液代替氮磷化学试剂作为氮磷来源来培养所述产油小球藻。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述产油小球藻的培养模式为半连续兼养培养。
3.根据权利要求1所述的方法，其中通过用人尿液代替NaNOjPK2HPO4 WH2CHtSBGll培养基中的氮磷来源来制备用于培养所述产油小球藻的培养液。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述产油小球藻的所述半连续培养中的每个培养周期为2~3天。
5.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括:在每个培养周期开始的当天收集人尿液，充分混匀后，经滤膜过滤测得所述人尿液中的T0C、TN及TP浓度，依据测定结果，以培养液中最终总氮浓度为40~220mg/L为标准加入人尿液。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括:在培养过程中，依据培养液中氮浓度，以6:1的氮磷比补充磷酸盐储备液。
7.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括:在每个培养周期结束时，收获1/2~3/4体积的培养液，并补充相应体积的新鲜培养液。
8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括:将所述收获的培养液离心从而收集所述产油小球藻，并且所述产油小球藻的生物量可达1.2~2.93g/L。
9.根据权利要求1 所述的方法，所述方法还包括:使所述产油小球藻在每个培养周期后期经历氮缺陷阶段，从而刺激所述产油小球藻的油脂累积。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述产油小球藻是ChlorellaSorokiniana0
【文档编号】C12R1/89GK103992950SQ201410185176
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】刘和, 张姗姗, 符波, 刘宏波 申请人:江南大学