一种多级膜分离技术处理螺旋藻养殖废水的方法
【专利摘要】一种多级膜分离技术处理螺旋藻养殖废水的方法，根据螺旋藻、不完整螺旋藻、胞外多糖等代谢产物物理大小差异，采用孔径不同的滤布和膜实现多级分离，以提高膜处理效率，从而达到处理螺旋藻养殖废水的目的；同时螺旋藻废水处理过程中回收的不完整螺旋藻可用作水产饵料等，避免资源浪费。本发明创新了螺旋藻养殖废水的处理方法，处理效率高，成本较低，实用性很强，易于规模化，是一种满足工业化需求、环境友好型的新方法。
【专利说明】
_种多级膜分禹技术处理螺旋藻养殖废水的方法
技术领域
[0001]本发明属于环境科学技术领域。
【背景技术】
[0002]螺旋藻是一类低等原核生物，由单细胞或多细胞组成的丝状体，体长200~500μπι， 宽5~ΙΟμπι，圆柱形，呈疏松或紧密的有规则的螺旋旋形弯曲。螺旋藻营养丰富，富含藻蓝蛋 白等蛋白质，蛋白质含量高达60~70%;此外，螺旋藻还含有维生素、叶绿素、类胡萝卜素、多不 饱和脂肪酸等物质，且生长繁殖快，单位面积产量高。螺旋藻生产受到国内外广泛关注，据 不完全统计，全世界螺旋藻年产量已达万余吨。世界卫生组织(WHO)评价螺旋藻一一"人类 21世纪最佳保健品"，联合国粮农组织(FA0)评价螺旋藻一一"21世纪最理想的食品"。
[0003]因螺旋藻营养全面，已广泛用于保健食品，广受国内外消费者的青睐。螺旋藻叶绿 素、类胡萝卜素等色素含量比较高，已成为天然叶绿素、类胡萝卜素生产载体，用于食品等领 域。因螺旋藻富含蛋白质、多不饱和脂肪酸等物质，螺旋藻已成为优质水产饵料。由于螺旋 藻具有抗氧化、抗衰老、抗疲劳、抗辐射等功效，螺旋藻已广泛应用于化妆品领域。螺旋藻藻 蓝蛋白含量比较高，藻蓝蛋白具有抑制癌细胞繁殖、提高免疫力等作用，故产自螺旋藻的藻 蓝蛋白应用于医药等工业领域。
[0004]螺旋藻养殖过程对水质的要求非常高，同时对水的量需求非常大，水也是螺旋藻 养殖成本的关键影响因素之一。目前，螺旋藻养殖方式主要是开放式大池养殖，大池中螺旋 藻生长繁殖到一定程度进行收获，由于螺旋藻生长繁殖过程中会代谢一些胞外产物，当胞 外产物在水中积累到一定程度，会抑制螺旋藻生长繁殖，严重影响水资源循环利用。螺旋藻 收获后所产生的大量养殖废水目前往往没有得到有效的处理，给生产企业带来沉重的成本 负担，同时对环境造成巨大的压力。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术螺旋藻规模化养殖过程中废水处理效率不高，产生的大量废水没有 得到有效处理等问题。本发明的目的在于提供一种多级膜分离技术处理螺旋藻养殖废水的 方法，提高废水处理效率，减轻水污染，降低生产成本，该方法水处理效率高、可规模化、实 现螺旋藻养殖环境友好。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0007] -种多级膜分离技术处理螺旋藻养殖废水的方法，其特征在于按以下步骤： (1)将螺旋藻藻种接种至培养液中，培养液组成如下（mg/L):NaH⑶3 16800; NaN035000；K2HP〇4 1000；NaCl 1000；K2SO4· 7H20 1000；MgS04 · 7H20 200；CaCl · 2H20 40； FeS04 · 7H20 10；Na2EDTA · 2H20 80；H3B03 2.86；MnCl2 · 4H20 1.8；ZnS04 · 7H20 0.22；Mo030.01；CuS〇4· 5H20 0.08；NH4V〇3 22.9；NiS03 · 7H20 47.8；Naff04 17.9；Ti(S04)2 40.0；C〇 (N03)2 · 6H2O 4.4。接种量1/10(体积比），于100升光生物反应器中培养，温度30°(：，光照强 度5000勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通3%C〇2气体，通气速率0.5vvm，培养周期10天。
[0008] (2)培养周期结束的螺旋藻，用孔径为20~50微米的滤布采收;滤液经1~5微米滤布 过滤，再次经超滤膜装置处理后，废水可达到排放标准。
[0009] 步骤(2)中所述的超滤膜装置中的膜组件为陶瓷膜或中空纤维素膜，孔径为0.01~ 0.2微米。
[0010]步骤(2)中所述的超滤膜装置中的膜组件为陶瓷膜时，工作温度25~30°C，工作压 力0 · 4~1 · 2MPa，错流速率2~4m/s。
[0011] 步骤(2)中所述的超滤膜装置中的膜组件为中空纤维素膜时，工作温度26~32°C， 工作压力〇 · 2~0 · 8MPa，错流速率1~3m/s。
[0012] 本发明步骤(2)中所述滤液经1~5微米滤布再次过滤的目的，主要是将螺旋藻采收 过程中残留在滤液中的不完整螺旋藻收集，可用作水产饵料等，同时也是超滤的预处理，可 提高膜处理效率。
[0013] 本发明步骤(2)中所述超滤膜装置处理，主要是为了去除水中螺旋藻养殖过程的 代谢产物如胞外多糖等。
[0014] 本发明建立多级膜分离技术处理螺旋藻养殖废水的方法，根据螺旋藻、不完整螺 旋藻、代谢产物胞外多糖等物理大小差异，采用孔径不同的滤布和膜等来实现分离，从而达 到处理螺旋藻养殖废水的目的，本发明废水处理效率高、易于规模化，是一种实用性很强且 满足工业化需求的新方法。
【具体实施方式】
[0015] 本发明将通过以下实施例作进一步说明。
[0016] 以下实施例所用到的螺旋藻为极大螺旋藻（Spirulinamaxima)和钝顶螺旋藻 (Spirulinaplatensis)，可从中国科学院野生生物种质库----淡水藻种库获得，其保藏编 号分别为 FACHB-438 和 FACHB-834。
[0017] 以下实施例所用的超滤膜装置购自天邦膜技术国家工程研究中心有限责任公司。
[0018] 所列的C0D、总氮、总磷的测定方法分别为GB11914-89、GB11894-89和GB11893-89。
[0019] 实施例1。
[0020] 将极大螺旋藻藻种接种至培养液中，接种量1/10(体积比），培养液组成如下(mg/ L)：NaHC03 16800；NaN03 5000；K2HP04 1000；NaCl 1000；K2S04 · 7H20 1000；MgS04 · 7H20 200；CaCl · 2H20 40；FeS04 · 7H20 10；Na2EDTA · 2H20 80；H3B03 2.86；MnCl2 · 4H20 1.8； ZnS04*7H20 0.22；Mo03 0.01； CuS04 · 5H20 0.08；NH4V03 22.9； NiS03 · 7H20 47.8；Naff0417.9;Ti(S〇4)2 40.0;Co(N03)2 ·6Η20 4.4。于100升光生物反应器中培养，温度30°(：，光照强 度500勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通空气，通气速率O.lvvm，培养10天后，采收螺旋 藻。用孔径为20微米的滤布采收;滤液经1微米滤布过滤，再次经孔径为0.01微米超滤膜装 置处理，膜组件为陶瓷膜，超滤膜装置工作温度25°C，工作压力0.4MPa，错流速率4m/s。结果 见表1。
[0021] 实施例2。
[0022]将极大螺旋藻藻种接种至培养液中，接种量1/10(体积比），培养液组成如下(mg/ L)：NaHC03 16800；NaN03 5000；K2HP04 1000；NaCl 1000；K2S04 · 7H20 1000； MgS04 · 7H20 200；CaCl · 2H20 40；FeS04 · 7H20 10；Na2EDTA · 2H20 80；H3B03 2.86； MnCl2 · 4H20 1.8； ZnS04 · 7H20 0.22；Mo03 0.01 ；CuS04 · 5H20 0.08；NH4V03 22.9；NiS03 · 7H20 47.8；Naff0417.9;Ti(S〇4)2 40.0;Co(N03)2 ·6Η20 4.4。于100升光生物反应器中培养，温度30°(：，光照强 度500勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通空气，通气速率O.lvvm，培养10天后，采收螺旋 藻。用孔径为50微米的滤布采收;滤液经5微米滤布过滤，再次经孔径为0.2微米超滤膜装置 处理，膜组件为陶瓷膜，超滤膜装置工作温度30°C，工作压力1.2MPa，错流速率2m/s。结果见 表1。
[0023] 实施例3。
[0024]将钝顶螺旋藻藻种接种至培养液中，接种量1/10(体积比），培养液组成如下(mg/ L)：NaHC03 16800；NaN03 5000；K2HP04 1000；NaCl 1000；K2S04 · 7H20 1000；MgS04 · 7H20 200；CaCl · 2H20 40；FeS04 · 7H20 10；Na2EDTA · 2H20 80；H3B03 2.86；MnCl2 · 4H20 1.8； ZnS04 · 7H20 0.22；Mo03 0.01 ；CuS04 · 5H20 0.08；NH4V03 22.9；NiS03 · 7H20 47.8；Naff0417.9;Ti(S〇4)2 40.0;Co(N03)2 ·6Η20 4.4。于100升光生物反应器中培养，温度30°(：，光照强 度500勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通空气，通气速率O.lvvm，培养10天后，采收螺旋 藻。用孔径为20微米的滤布采收;滤液经1微米滤布过滤，再次经孔径为0.01微米超滤膜装 置处理，膜组件为中空纤维素膜，超滤膜装置工作温度26°C，工作压力0.2MPa，错流速率lm/ s。结果见表1。
[0025] 实施例4。
[0026] 将钝顶螺旋藻藻种接种至培养液中，接种量1/10(体积比），培养液组成如下(mg/ L)：NaHC03 16800；NaN03 5000；K2HP04 1000；NaCl 1000；K2S04 · 7H20 1000；MgS04 · 7H20 200；CaCl · 2H20 40；FeS04 · 7H20 10；Na2EDTA · 2H20 80；H3B03 2.86；MnCl2 · 4H20 1.8； ZnS04 · 7H20 0.22；Mo03 0.01 ；CuS04 · 5H20 0.08；NH4V03 22.9；NiS03 · 7H20 47.8；Naff0417.9;Ti(S〇4)2 40.0;Co(N03)2 ·6Η20 4.4。于100升光生物反应器中培养，温度30°(：，光照强 度500勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通空气，通气速率O.lvvm，培养10天后，采收螺旋 藻。用孔径为50微米的滤布采收;滤液经5微米滤布过滤，再次经孔径为0.2微米超滤膜装置 处理，膜组件为中空纤维素膜，超滤膜装置工作温度32°C，工作压力0.8MPa，错流速率3m/s。 结果见表1。
[0027] 对比例1。
[0028]将极大螺旋藻藻种接种至培养液中，接种量1/10(体积比），培养液组成如下(mg/ L)：NaHC03 16800；NaN03 5000；K2HP04 1000；NaCl 1000；K2S04 · 7H20 1000；MgS04 · 7H20 200；CaCl · 2H20 40；FeS04 · 7H20 10；Na2EDTA · 2H20 80；H3B03 2.86；MnCl2 · 4H20 1.8； ZnS04 · 7H20 0.22；Mo03 0.01 ；CuS04 · 5H20 0.08；NH4V03 22.9；NiS03 · 7H20 47.8；Naff0417.9;Ti(S〇4)2 40.0;Co(N03)2 ·6Η20 4.4。于100升光生物反应器中培养，温度30°(：，光照强 度500勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通空气，通气速率O.lvvm，培养10天后，采收螺旋 藻。用孔径为25微米的滤布采收。滤液曝气2小时，常温下静置沉淀24小时，取分层后的 5000mL上层废水。接入取至城市生活污水处理厂二级沉淀池中的活性污泥25g，搅拌转速 100转/分钟，处理5天，常温下静置沉淀12小时，后取上清液评价废水净化效果。结果见表1。
[0029] 对比例2。
[0030] 将钝顶螺旋藻藻种接种至培养液中，接种量1/10(体积比），培养液组成如下(mg/ L)：NaHC03 16800；NaN03 5000；K2HP04 1000；NaCl 1000；K2S04 · 7H20 1000；MgS04 · 7H20 200；CaCl · 2H20 40；FeS04 · 7H20 10；Na2EDTA · 2H20 80；H3B03 2.86；MnCl2 · 4H20 1.8； ZnS04 · 7H20 0.22；Mo03 0.01 ；CuS04 · 5H20 0.08；NH4V03 22.9；NiS03 · 7H20 47.8；Naff0417.9;Ti(S〇4)2 40.0;Co(N03)2 ·6Η20 4.4。于100升光生物反应器中培养，温度30°(：，光照强 度500勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通空气，通气速率O.lvvm，培养10天后，采收螺旋 藻。用孔径为25微米的滤布采收。滤液曝气2小时，常温下静置沉淀24小时，取分层后的 5000mL上层废水。接入取至城市生活污水处理厂二级沉淀池中的活性污泥25g，搅拌转速 100转/分钟，处理5天，常温下静置沉淀12小时，后取上清液评价废水净化效果。结果见表1。 [0031]表1实施例及对比结果
【主权项】
1. 一种多级膜分离技术处理螺旋藻养殖废水的方法，其特征在于按以下步骤： (1) 将螺旋藻藻种接种至培养液中，培养液组成如下(mg/L):NaH⑶3 16800; NaN〇3 5000；K2HP〇4 1000；NaCl 1000；K2SO4· 7H20 1000；MgS04 · 7H20 200；CaCl · 2H20 40； FeS04 · 7H20 10；Na2EDTA · 2H2O 80；H3B03 2.86；MnCl2 · 4H20 1.8；ZnS04 · 7H20 0.22；Mo03 0.01；CuS〇4· 5H20 0.08；NH4V〇3 22.9；NiS03 · 7H20 47.8；Naff04 17.9；Ti(S04)2 40.0；C〇 (N〇3)2 · 6H20 4.4;接种量1/10(体积比），于100升光生物反应器中培养，温度30°(：，光照强 度5000勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通3%C0 2气体，通气速率0.5vvm，培养周期10天。 (2) 培养周期结束的螺旋藻，用孔径20~50微米的滤布采收;滤液经1~5微米滤布过滤， 再次经超滤膜装置处理。2. 根据权利要求1所述的多级膜分离技术处理螺旋藻养殖废水的方法，其特征是在步 骤(2)所述的超滤膜装置中的膜组件为陶瓷膜或中空纤维素膜，孔径为0.01~0.2微米。3. 根据权利要求2所述的多级膜分离技术处理螺旋藻养殖废水的方法，其特征是所述 的超滤膜装置中的膜组件为陶瓷膜时，工作温度25~30°C，工作压力0.4~1.2MPa，错流速率2 ~4m /s〇4. 根据权利要求2所述的多级膜分离技术处理螺旋藻养殖废水的方法，其特征是所述 的超滤膜装置中的膜组件为中空纤维素膜时，工作温度26~32°C，工作压力0.2~O.SMPa，错 流速率1~3m /s。
【文档编号】C12R1/89GK105838612SQ201610262921
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】郑洪立, 阮榕生, 刘玉环, 唐娟, 高振, 万益琴, 黄和, 薛松, 曹旭鹏
【申请人】南昌大学