一种微藻处理酱油废水的方法与流程

本发明涉及一种微藻处理酱油废水的方法，通过筛选获得耐盐耐污的微藻，然后加入到培养基中进行高密度培养，将收获的微藻细胞接入酱油废水中，在光照条件下进行振荡培养，大量消耗废水中的有机物、氮磷等物质，从而降低废水中的污染物浓度，达到净化废水的目的，收获的微藻生物质可用于后续的资源化利用，具体属于环境治理技术领域。

背景技术：

随着社会经济的发展，人民生活水平的提高，人们对于食物口味的追求越来越高，酱油作为一种传统的调味剂，其产量不断增加，酱油制造企业快速发展的同时，也产生了大量的酱油废水。由于酱油生产过程涉及多个工艺，其废水成分复杂、水质水量不稳定、色度高、盐度大、味道重，处理难度较大，是一类高浓度有机废水。若不加以处理或处理不达标排放将造成严重的水环境污染。

目前酱油废水处理多采用传统的生物处理法，但其成分复杂、色度高，微生物难以适应，且其高盐度会对活性污泥中微生物的生长及营养成分的利用产生抑制作用，进而影响废水处理效果。此外，传统生物处理法还存在着设备投入大，污泥产生量多、处理成本高等问题，经济效益不明显。目前，利用传统的好氧/厌氧微生物工艺处理酱油废水存在着诸多矛盾，一方面污水处理费用较高，限制了企业盈利；另一方面污水中营养物质不能得到有效回收利用，是一种资源的浪费。谭永桥等申请的专利“一种酱油酿造废水处理系统”（cn201720787158.7）中，通过组合传统的物理化学及生物工艺成一个大系统来处理酱油废水，其系统过于庞大、组合单元过多、设备投入大、能耗高、处理成本高、投加的试剂会造成二次污染、剩余污泥难处理等问题使其处理系统经济效益不明显。吕斯濠等申请的专利“酱油酿造工业废水的处理方法及处理系统”（cn201210039089.3）中，组合厌氧、缺氧生化池、好氧mbr池、混凝沉淀池、氧化脱色池等不同单元对酱油废水进行处理，其组合单元较多，投资成本大，不能同时去除废水中污染物，沉淀池及氧化池中加入的聚合氯化铝和次氯酸钠等药品可能会进一步污染水体，处理废水后的污泥产生量大，还需进行处理，无法实现废水中营养物质的回收利用，不满足资源循环利用理念。

微藻是一类重要的光合/兼养微生物，不同于细菌，微藻既可以通过代谢活动吸收废水中的有机物和氮磷等营养物质供自身生长，收获的生物质又可用于饲料饵料、生物燃料以及其他高附加值产品生产等方面。一方面实现了资源的回收利用，另一方面变废为宝，创造了额外的经济效益。关于微藻处理废水的研究已报道众多，国内外研究表明，筛选的本地微藻如小球藻、杜氏盐藻等对一些废水如浓缩性市政废水、养猪废水、垃圾渗滤液废水等有良好的去除效果，从而有效降低污水中的营养指标，达到净化水质的目的。此外有些微藻具有耐盐特性，能够在高盐环境下生存。而酱油废水中高浓度的有机物可以为微藻提供充足的营养源，采收后的微藻生物质可以进一步用于后续的资源化利用，充分实现了资源的循环利用。微藻处理酱油废水方式不仅能够有效降低微藻培养及废水处理成本，生物质的利用还能带来额外的经济收益。因此，利用微藻处理酱油废水具有较大的发展潜力,是一种新型废水处理方法。

技术实现要素：

本发明针对酱油废水处理方法存在的设备投入大、操作繁琐、处理成本高、易产生二次污染、资源未循环利用等问题，提出一种新型简单高效、成本低廉的微藻处理酱油废水的方法，涉及的微藻属于既能进行光合自养也能利用有机碳进行化能异养的藻类，由于其在代谢过程中可以吸收酱油废水中大量的有机碳及氮磷等营养物质供自身生长，从而去除废水中的污染物，达到净化废水的目的，同时收获的微藻生物质可用于后续的资源化利用。

本发明一种微藻处理酱油废水的方法包括以下步骤：

步骤1：微藻的分离纯化

在24孔板中，用自养培养基对自然水体中的微藻进行富集培养，长出藻落后，再通过重复平板划线分离获得纯种藻株；

自养培养条件：温度控制在20-45℃，通入空气或空气与co2的混合气体，通气量为80-120l/h，co2浓度0.9%-3%（l/l），采用10-200μmol.m^-2s^-1的日光照射，ph值控制在5-9，总培养时间120-200h；

步骤2：耐盐耐污微藻的筛选

按照体积比，用蒸馏水将酱油废水分别稀释至原始浓度的1/20、1/10、1/5，其后接入步骤1分离的藻株，置于光照摇床中进行培养，在28±5℃、120±20rpm、10-200μmol.m^-2s^-1的条件下培养96-120h，筛选出耐盐耐污的微藻，并接种至自养培养基固体斜面，于低温光照培养箱中保存；

步骤3：微藻细胞的高密度培养

将步骤2斜面培养藻种接种至生物反应器进行培养，在添加有机碳源的异养培养基中高密度培养，直到细胞对数生长期，细胞密度达到10⁶-10¹⁰个/ml以上；

所述的高密度培养条件：有机碳源葡萄糖浓度0.01-200g.l^-1，通入空气的通气量150-250l/h，采用5-40μmol.m^-2s^-1的日光照射，ph值控制在5-9，振荡速度100-150rpm，总培养时间介于100-150h；

步骤4：微藻细胞的收获

将步骤3高密度培养的微藻细胞以800-4000rpm的转速进行离心分离，收获的微藻细胞用无菌水冲洗2-3次后进行收获；

步骤5：微藻细胞在酱油废水中的培养及废水的净化

将步骤4收获的微藻细胞转接到不同稀释倍数的酱油废水中进行光照振荡培养，吸收酱油废水中各营养物质，降低酱油废水中污染物浓度，净化酱油废水；

所述的培养条件：酱油废水用蒸馏水或自来水按照体积比稀释5倍、稀释2倍或不稀释，微藻细胞的初始接种量为10⁶-10⁸个/ml，温度20-45℃，振荡速度100-150rpm，采用10-200μmol.m^-2s^-1的日光照射，总培养时间介于1-15d；

步骤6：微藻的生物质资源化利用

回收步骤5净化酱油废水后的微藻，对微藻进行生物质资源化利用，用作饲料、饵料或生物能源原料；

所述的自养培养基配方为：k2hpo4·3h2o0.04g/l，mgso4·7h2o0.075g/l，cacl2·2h2o0.036g/l，柠檬酸0.006g/l，柠檬酸铁铵0.006g/l，edta0.001g/l，nano31.5g/l，na2co30.02g/l，a5微量元素1.5ml/l；其中a5微量元素液组成：h3bo32.86g/l，mncl2·4h2o1.81g/l，znso4·7h2o0.222g/l，namoo4·2h2o0.39g/l，cuso4·5h2o0.079g/l和cocl2·6h2o0.05g/l；

所述的异养培养基配方：在自养培养基中加入有机碳源至初始还原糖浓度为1-20g.l^-1

所述的微藻包括但不限于小球藻属、筒柱藻属、螺旋藻、硅藻、菱形藻、裂壶藻、杜氏藻属、栅藻、微绿球藻、衣藻属、扁藻或空球藻属。

所述的有机碳包括但不限于单糖、二糖、多糖、有机酸或醇类。

本发明的有益效果：1、首次利用藻类处理酱油废水，基于微藻生长代谢特点，由于部分微藻既能光合自养又可以利用有机碳异养，且环境适应能力强，在有光的情况下，微藻能够利用酱油废水中的有机物、氮磷等进行生长，大大降低废水中的污染物质浓度，达到净化废水的目的，从而开发一种新型简单高效、成本低廉、经济效益明显的基于微藻的酱油废水处理方法。2、藻类处理酱油废水操作简单、设备投入小，大大降低了废水的处理成本及微藻的培养成本，满足了微藻工业化处理废水应用的要求，具有高效、环保、综合利用性高等优点。3、微藻高效吸收酱油废水中的有机物、氮磷等营养物质并转化为自身的生物质，收获的微藻细胞可用于后续的生物能源制备及饲料、饵料应用等，不仅增加了额外的经济收益，而且充分实现了资源的回收循环利用。

附图说明

图1为本发明不同初始接种量小球藻在不同稀释倍数酱油废水中的生长情况；

图2为本发明不同初始接种量小球藻对不同稀释倍数酱油废水中氨氮去除情况；

图3为本发明不同初始接种量小球藻对不同稀释倍数酱油废水中cod去除情况；

图4为本发明不同初始接种量小球藻对不同稀释倍数酱油废水中总氮去除情况；

图5为本发明不同初始接种量小球藻对不同稀释倍数酱油废水中总磷去除情况；

图6为本发明螺旋藻在不同稀释倍数酱油废水中的生长情况；

图7为本发明螺旋藻对不同稀释倍数酱油废水中氨氮的去除情况；

图8为本发明螺旋藻对不同稀释倍数酱油废水中cod的去除情况；

图9为本发明螺旋藻对不同稀释倍数酱油废水中总氮的去除情况。

具体实施方式

本发明将通过以下实例作进一步说明。

实施例1：

耐盐耐污藻株—小球藻(chlorellapyrenoidosa)于本地水环境中分离筛选，该藻株既能在光合作用下自养生长，又能利用有机碳进行异养生长，同时还能在光照条件下进行兼养生长。其在酱油废水中的适应情况及生长特性如图1所示。

上述微藻培养涉及的自养培养基配方为：k2hpo4·3h2o0.04g/l，mgso4·7h2o0.075g/l，cacl2·2h2o0.036g/l，柠檬酸0.006g/l，柠檬酸铁铵0.006g/l，edta0.001g/l，nano31.5g/l，na2co30.02g/l，a5微量元素液1.5ml/l，其中a5微量元素液组成：h3bo32.86g/l，mncl2·4h2o1.81g/l，znso4·7h2o0.222g/l，namoo4·2h2o0.39g/l，cuso4·5h2o0.079g/l，cocl2·6h2o0.05g/l.

异养培养基配方同上，并加入有机碳源至初始还原糖浓度为0.1-200g/l，优选15g/l。

酱油废水在培养微藻之前需经过沉淀、过滤或离心等预处理过程去除废水中存在的部分大颗粒物。

于自然环境中采集水样与培养基比例混合进行富集培养，长出藻落后用接种环重复平板划线直至分离出纯种微藻，将分离的微藻接入不同稀释比例的酱油废水中生长，筛选获得生长状况良好、适应性强的小球藻。然后将小球藻接种至250ml摇瓶中摇床培养，温度控制在28℃±5℃；当细胞进入对数生长末期后，接入含有有机碳的培养基在生物反应装置中进行高密度培养。生物反应装置包括摇瓶、光生物反应器、光发酵罐和开放培养池等。在上述适宜条件下培养，细胞密度在对数生长期达到10⁶-10¹⁰。最后取对数生长后期或稳定期的小球藻细胞，用离心机低转速（800-4000rpm）离心进行收获，收获的小球藻细胞用去离子水冲洗2-3次后按一定的初始接种量加入不同稀释比例的酱油废水中在光照3000lux、120rpm、28℃下培养，结果显示小球藻能够高效利用酱油废水中的营养物质、净化废水，具体见图2、图3、图4、图5。

实施例2：

耐盐耐污藻株—螺旋藻(spirulina)由实验室早期分离纯化获得。该藻株也能适应酱油废水中高浓度的有机物。其在酱油废水中的适应情况及生长特性如图6所示。

上述微藻培养涉及的培养基配方为：nahco316.8g/l，nano32.5g/l，nacl1.0g/l，k2hpo40.5g/l，k2so41.0g/l，mgso4·7h2o0.2g/l，cacl2·2h2o0.04g/l，edta0.08g/l，a5微量元素1ml/l，b6微量元素1ml/l。其中a5微量元素液组成：h3bo32.86g/l，mncl2·4h2o1.81g/l，znso4·7h2o0.222g/l，namoo4·2h2o0.39g/l，cuso4·5h2o0.079g/l，cocl2·6h2o0.05g/l；b6微量元素液组成：nh4vo322.9mg/l，crk(so4)2·12h2o96.0mg/l，niso4·6h2o47.8mg/l，nawo4·2h2o17.9mg/l，co(no3)2·6h2o44.0mg/l，ti(so4)240.0mg/l。

酱油废水在培养微藻之前需经过沉淀、过滤或离心等预处理过程去除废水中存在的部分大颗粒物。

将生长在固体培养基上的螺旋藻单菌落接种至250ml摇瓶中摇床培养，温度控制在28℃±5℃；当细胞进入对数生长末期后，接入生物反应装置中进行高密度培养。生物反应装置包括摇瓶、光生物反应器、光发酵罐和开放培养池等。在光照条件下培养，细胞密度在对数生长期达到10⁶-10¹⁰。最后取对数生长后期或稳定期的螺旋藻细胞，用离心机低转速（800-4000rpm）离心收获，收获的螺旋藻细胞用去离子水冲洗2-3次后按一定的初始接种量（od560≈0.4）加入不同稀释比例的酱油废水中在光照3000lux、120rpm、28℃下培养，结果显示螺旋藻能够高效利用酱油废水中的营养物质，净化废水情况见图7、图8、图9。