一种异养小球藻发酵废液再利用的方法与流程

本发明属于工业污水处理领域，具体涉及一种异养小球藻发酵废液再利用的方法。

背景技术：

小球藻(Chlorella)可以用来生产不饱和脂肪酸、小球藻蛋白、小球藻生长因子等高价值提取产物。由于光照效率的影响，小球藻自养培养最大生物量仅能达到2g/L、生产效率比较低、小球藻培养液深度不能超过50cm、导致占地面积比较大。相反异养小球藻(Heterotrophic chlorella)采用工业化发酵方法进行培养，使用传统发酵罐即可进行生产，由于不需要光照，理论上所用发酵罐可以无限大，而异养小球藻最大生物量可以达到60g/L以上，生产效率比自养小球藻大大提高。

异养小球藻虽然生产效率比自养状态下得到了极大的提高，但是发酵液含水量仍然高达80％以上，直接进行下游提取，会导致过程成本较高。目前的处理方法是对异养小球藻进行固液分离，仅对固相(小球藻细胞)部分进行有效成分提取，而液相(上清液)则需要排掉。小球藻发酵液中COD往往高达20000mg/L以上，直接排放环保压力较大。影响COD的主要成分包括了小球藻细胞、小球藻代谢产物、培养基中的营养物质等。

工业发酵方法培养异养小球藻，培养基中加入了部分营养盐，通常包括磷酸二氢钾、，硫酸镁、氯化钙、磷酸氢二钾、硫酸亚铁、硫酸锌、氯化锰、钼酸钠等，这些营养盐对异养小球藻细胞保持正常酶活起到不可或缺的作用。但异养小球藻对营养盐需求极小，采用连续发酵或半连续发酵培养异养小球藻，通常培养数罐后才再次补加营养盐，而过程中基本上只需要补加碳源和氮源即可。因此，异养小球藻的发酵废液再次利用有利于营养盐的循环使用，当然也可以根据需要适当补充碳源、氮源、营养盐。

小球藻生长因子C.G..F(Chlorella Growth Facter)是小球藻所独有的活性成分，能够刺激细胞的生长、增殖。小球藻采用工业方法进行异养培养，不可避免的会出现其他工业微生物发酵过程中出现的自溶，这样会导致C.G..F从异养小球藻胞内逃逸到胞外，在发酵废液再次利用时对微生物细胞起到刺激生长的作用。

随着水资源紧缺的加剧，加强水资源的循环利用是减轻污染和实现节能减排的重要途径。小球藻发酵废液处理的传统方法是灭活、过滤后直接送往污水处理厂，既增加了污水处理的成本，又无法对废液中的C.G..F、各种营养物质进行有效利用，导致了巨大的浪费。而通过对异养小球藻发酵废液进行再利用，既减轻了环境污染压力，又实现了有机废水的资源化利用。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出的一种对异养小球藻发酵废液进行综合利用和循环利用，从而实现节约水资源，减少污染排放的方法。

一种异养小球藻发酵废液再利用的方法，异养小球藻发酵废液再利用是按照如下步骤进行的：

1)使用异养小球藻发酵废液作为配料用水配制发酵培养基；

2)将得到的发酵培养基进行高温高压灭菌处理并降温；

3)微生物接种；

4)发酵；

一种异养小球藻发酵废液再利用的方法，异养小球藻发酵废液是指发酵结束后的离心上清液、发酵液使用酶解方法对菌体破壁并离心后得到的上层液体、发酵失败经灭菌得到的废液。

一种异养小球藻发酵废液再利用的方法，作为配料用水的异养小球藻废液使用比例为总配料用水体积的1-100％。

一种异养小球藻发酵废液再利用的方法，所用发酵培养基配方为，葡萄糖1-30g/100mL、酵母粉0.1-3g/100mL。

一种异养小球藻发酵废液再利用的方法，高温高压灭菌处理指的是120℃、0.15mpa、30min灭菌或使用喷射加热器100-120℃连续喷射灭菌。

一种异养小球藻发酵废液再利用的方法，所述微生物指异养小球藻、产油酵母、酿酒酵母等，接种比例为10-20％。

本发明的有益之处在于：

本发明有效地解决异养小球藻工业废水资源化利用，减少了有机废水对环境的破坏，取得了良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是在异养小球藻发酵上清液占配料用水30％、葡萄糖3g/100mL、酵母粉0.3g/100mL条件下，经灭菌实消并降温后，接入10％异养小球藻种子，在50L发酵罐补料发酵情况；

图2是在异养小球藻发酵液使用酶解方法破壁离心以后得到的上层液体占配料用水20％、葡萄糖3g/100mL、酵母粉0.3g/100mL条件下，经灭菌实消并降温后，接入10％异养小球藻种子，在50L发酵罐补料发酵情况；

图3是在异养小球藻发酵上清液占配料用水100％、葡萄糖30g/100mL、酵母粉0.3g/100mL条件下，经灭菌实消并降温后，接入10％酿酒酵母种子，在2L摇瓶发酵情况；

图4是在异养小球藻发酵液使用酶解方法破壁离心以后得到的上层液体占配料用水100％、葡萄糖30g/100mL、酵母粉3g/100mL条件下，经灭菌实消并降温后，接入10％酿酒酵母种子，在2L摇瓶发酵情况；

图5是在异养小球藻发酵上清液占配料用水30％、葡萄糖10g/100mL、酵母粉1g/100mL条件下，经灭菌实消并降温后，接入10％产油酵母种子，在50L发酵罐补料发酵情况；

图6是在异养小球藻发酵液使用酶解方法破壁离心以后得到的上层液体占配料用水30％、葡萄糖60g/100mL、酵母粉1g/100mL条件下，经灭菌实消并降温后，接入10％产油酵母种子，在50L发酵罐补料发酵情况；

图7是在异养小球藻发酵失败后的发酵液占配料用水100％、葡萄糖10g/100mL、酵母粉1g/100mL条件下，经灭菌实消并降温后，接入100％酿酒酵母种子，在2L摇瓶发酵情况；

具体实施方式

本发明为异养小球藻发酵废液再利用的方法，该技术的关键在于利用异养小球藻发酵废液代替自来水，配制发酵培养基，并通过发酵的方式实现了废液的资源化利用的方法。

具体步骤如下

一、使用异养小球藻发酵废液作为配料用水配制发酵培养基；二、将得到的发酵培养基进行高温高压灭菌处理；三、微生物接种；四、发酵；

所述的异养小球藻发酵废液是指发酵结束后的离心上清液、发酵液使用酶解方法对菌体破壁并离心后得到的上层液体、发酵失败经灭菌得到的废液。。

所述作为配料用水的异养小球藻废液使用比例为占总配料用水体积的1-100％。

所用发酵培养基配方为，葡萄糖1-30g/100mL、酵母粉0.1-3g/100mL。

高温高压灭菌处理指的是120℃、0.15mpa、30min灭菌或使用喷射加热器100-120℃连续喷射灭菌。

所述微生物指异养小球藻、产油酵母、酿酒酵母等，接种比例为10-20％。

下面通过实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实例1

对在异养小球藻发酵上清液占配料用水30％、葡萄糖3g/100mL、酵母粉0.3g/100mL条件下，异养小球藻发酵废液对异养培养小球藻的影响，结果见图1所示。

经过256h的异养间歇补料流加培养，葡萄糖在发酵前48h利用得较为缓慢，而过了48h后，葡萄糖消耗迅速，每间隔12h就应补料，在发酵240h细胞干重质量浓度达到平衡。在整个发酵过程中细胞干重质量浓度在不断提升，表明异养小球藻发酵上清液适用于异养发酵培养高密度的小球藻。

实施例2

对在异养小球藻发酵液使用酶解方法破壁离心以后得到的上层液体占配料用水20％、葡萄糖3g/100mL、酵母粉0.3g/100mL条件下，异养小球藻发酵废液对异养培养小球藻的影响，结果见图2所示。

经过256h的异养间歇补料流加培养，葡萄糖在发酵前48h利用得较为缓慢，而过了48h后，葡萄糖消耗迅速，每间隔12h就应补料，在发酵240h细胞干重质量浓度达到最大值。在整个发酵过程中细胞干重质量浓度在不断提升，表明异养小球藻发酵液使用酶解方法破壁离心后得到的上层液体适用于异养发酵培养高密度的小球藻。

实例3

对在异养小球藻发酵上清液占配料用水100％、葡萄糖30g/100mL、酵母粉0.3g/100mL条件下，异养小球藻发酵废液对厌氧培养酿酒酵母的影响，结果见图3所示。

经过114h的厌氧培养，在整个发酵过程中乙醇含量在不断提升，表明异养小球藻发酵上清液适用于厌氧培养酿酒酵母。

实例4

对在异养小球藻发酵液使用酶解方法破壁离心以后得到的上层液体占配料用水100％、葡萄糖30g/100mL、酵母粉0.3g/100mL条件下，异养小球藻发酵废液对厌氧培养酿酒酵母的影响，结果见图4所示。

经过114h的厌氧培养，在整个发酵过程中乙醇含量在不断提升，表明异养小球藻发酵液使用酶解方法破壁离心后得到的上层液体适用于厌氧培养酿酒酵母。

实例5

对在异养小球藻发酵上清液占配料用水30％、葡萄糖10g/100mL、酵母粉1g/100mL条件下，异养小球藻发酵废液对异养培养产油酵母的影响，结果见图5所示。

经过160h的异养间歇补料流加培养，葡萄糖在发酵前24h利用得较为缓慢，而过了24h后，葡萄糖消耗迅速，每间隔12h就应补料，在发酵160h细胞干重质量浓度达到平衡。在整个发酵过程中细胞干重质量浓度在不断提升，表明异养小球藻发酵上清液适用于异养发酵培养高密度的产油酵母。

实例6

对在异养小球藻发酵液使用酶解方法破壁离心以后得到的上层液体占配料用水20％、葡萄糖6g/100mL、酵母粉0.6g/100mL条件下，异养小球藻发酵废液对异养培养产油酵母的影响，结果见图6所示。

经过168h的异养间歇补料流加培养，葡萄糖在发酵前24h利用得较为缓慢，而过了24h后，葡萄糖消耗迅速，每间隔12h就应补料，在发酵168h细胞干重质量浓度达到平衡。在整个发酵过程中细胞干重质量浓度在不断提升，表明异养小球藻发酵上清液适用于异养发酵培养高密度的产油酵母。

实施例7

对异养小球藻发酵失败后的发酵液占配料用水100％、葡萄糖30g/100mL、酵母粉0.3g/100mL条件下，异养小球藻发酵废液对厌氧培养酿酒酵母的影响，结果见图7所示。

经过66h的厌氧培养，在整个发酵过程中乙醇含量在不断提升，表明异养小球藻发酵液使用酶解方法破壁离心后得到的上层液体适用于厌氧培养酿酒酵母。