一种雨生红球藻-MBR耦合沼液净化装置及方法与流程

本发明涉及雨生红球藻培养，尤其涉及一种雨生红球藻-mbr耦合沼液净化装置及方法。

背景技术：

1、目前市面上虾青素主要有合成虾青素和天然虾青素两种，虾青素具有很强的抗氧化活性，是目前发现的抗氧化能力最强的物质。合成虾青素的功能结构难以控制，而且在合成过程中一些化学物质的使用造成安全性低等问题。因此，仅被允许在动物饲料添加剂中使用，而在食品、化妆品和医药领域被限制使用。天然虾青素的来源主要有三种：(1)甲壳类动物，如虾、蟹、鱼等；(2)部分真菌和细菌，如红发夫酵母，基因编辑后的大肠杆菌等；(3)微藻，如雨生红球藻(h.pluvialis,干重5％以上)、葡萄藻(botryococcus braunii,0.01％干重)、拟衣藻属(chloromonasnivalis,0.04％干重)。天然虾青素稳定性好、安全性高，通过动物毒理学实验和人体实验证明，对人体无毒无害。因此，在食品、动物饲料、化妆品及医药等领域中，天然虾青素被广泛使用。

2、雨生红球藻虾青素纯培养成本高，目前估计为7000美元/公斤，而合成虾青素的市场价格为2000美元，生产成本为1000美元/公斤。适宜的地理位置有利于微藻的高效栽培，可使雨生红球藻虾青素的生产成本降低至1800美元/公斤。废水处理是水排放回用的基础，在生态系统保护中扮演着重要角色。微藻在生物的生长和产物积累过程中可以去除营养物质和有机物，是环保水处理的候选者。这也为微藻与废水处理协同积累生物产物提供了新的范围，符合未来废水处理的新趋势。

3、目前，现有技术公开了一种雨生红球藻“一步法”专利技术，生产的全过程，包括绿色细胞的生长、游动细胞向不动孢子的转化和虾青素在孢子中的积累，都在开放式的培养池中完成，使用投资较少的开放池系统，而不是昂贵的封闭式系统进行生产，降低了投资和生产成本，为实现大规模的工业化生产创造了有利的条件。然而，该技术中开放系统易被污染，雨生红球藻作为一种环境敏感型藻类，易受微生物、光照、温度、天气等生物或非生物因素的影响，造成产率低甚至培养失败，其污染控制成本也是不可避免的成本。中国专利申请cn103589643b公开了一种雨生红球藻培养基，其重点在于改良了传统培养基配方用于光合自养培养雨生红球藻，能够显著促进雨生红球藻的生长，可使雨生红球藻迅速进入指数生长期，在短时间内达到较高的生长密度并保持其种群的优势地位，从而有助于在野外扩大培养过程中最大程度降低外来杂菌、杂藻和原生动物的污染几率，缩短生长周期，提高培养的成功几率。此技术方案与现有培养技术均为使用配方培养基进行雨生红球藻的生产，忽略了纯培养成本高的问题，选择的3-iba、6-ba等成分虽在极大程度促进了雨生红球藻的分裂生长，但同时增加了培养成本。因此，培养成本的降低能有效的提高雨生红球藻的生产价值。另外，还有技术研究发现雨生红球藻在生活二级出水中实现了高生物量、高效养分去除和高脂质积累。最大藻重为207mg/l，最大种群生长率为1.16×104个细胞ml-1d-1，最大藻生物量生产力为27.8mgl-1d-1。虽然二级出水氮磷比高达15:1，但经过稳定期后，微藻对氮和磷的去除率分别为93.8％和97.8％。此外，随着二级出水中营养物质的消耗，雨生红球藻的脂质含量增加了43％。脂质积累速率也达到最大值12.0mgl-1d-1。与文献报道的其他微藻相比，雨生红球藻在生产生物量、去除营养物质和在生活二级污水中积累油脂方面优于大多数其他微藻。然而该技术方案选择的废水中有机物、氮磷等相较其他废水低，因此可直接稀释后用于微藻的培养，其进行小规模实验并未验证放大可行性，且未进行藻粉安全性评估。虽然该研究证实雨生红球藻可作为基于微藻培养的废水处理与微藻生物燃料耦合系统工艺使用，但其并不适用高浓度、高污染废水的处理。

4、因此，如何提供一种成本低、适用高浓度、高污染废水的微藻-废水净化耦合处理方法对雨生红球藻的低成本培养以及后续天然虾青素的提取局域重要价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种雨生红球藻-mbr耦合沼液净化装置及方法，解决现有技术提供的雨生红球藻培养存在的上述问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种雨生红球藻-mbr耦合沼液净化装置，该装置包括沼液进水桶、mbr膜处理装置、储水装置和雨生红球藻培养装置；

4、所述沼液进水桶通过进水管与所述mbr膜处理装置相连；

5、所述mbr膜处理装置通过出水管与所述储水装置相连；

6、所述储水装置的出水进入雨生红球藻培养装置。

7、优选的，在上述一种雨生红球藻-mbr耦合沼液净化装置中，所述mbr膜处理装置包括中空纤维膜组件、好氧沉淀池、清水池、曝气装置、抽滤装置；

8、所述中空纤维膜组件由多个平行并列排布的中空纤维超滤膜组成；

9、所述曝气装置由两根平行中空管构成，中空管上分布有出气孔，通过空气流量计控制通入的空气。

10、优选的，在上述一种雨生红球藻-mbr耦合沼液净化装置中，所述抽滤装置包括抽水泵、出水管、流量计；所述抽水泵与出水管、中空纤维膜组件相连，抽水泵连接中空纤维膜组件将好氧沉淀池中的沼液排入清水池，再经抽水泵泵入储水装置。

11、优选的，在上述一种雨生红球藻-mbr耦合沼液净化装置中，所述储水装置包括紫外灭菌灯和储水桶。

12、优选的，在上述一种雨生红球藻-mbr耦合沼液净化装置中，所述雨生红球藻培养装置包括锥形瓶。

13、本发明还提供了利用上述一种雨生红球藻-mbr耦合沼液净化装置进行雨生红球藻-mbr耦合沼液净化的方法，包括以下步骤：

14、将沼液进水桶中的沼液通过进水管进入mbr膜处理装置，在mbr膜处理装置中，沼液进入好氧沉淀池，进行好氧处理，控制曝气的溶氧量为6.0mg/l，然后进行3h沉淀处理，水力停留时间为48h；然后经抽滤装置将沼液排入清水池，得到mbr膜处理装置处理后的沼液；

15、将mbr膜处理装置处理后的沼液通过抽水泵进入出水管，进入储水装置；经储水装置的紫外灭菌灯紫外灭菌后，调节ph，得到出水；将出水通入雨生红球藻培养装置培养雨生红球藻。

16、优选的，在上述雨生红球藻-mbr耦合沼液净化的方法中，所述通入空气的流量为20～30l/min；

17、所述好氧沉淀池中曝气的时间为3h，沉淀的时间为3h。

18、优选的，在上述雨生红球藻-mbr耦合沼液净化的方法中，所述出水的ph为7；所述紫外灭菌的时间为30～40min。

19、优选的，在上述雨生红球藻-mbr耦合沼液净化的方法中，所述培养雨生红球藻分为两阶段培养；第一阶段培养为绿色期培养，第二阶段培养为红色期培养；

20、所述绿色期培养的温度为23～25℃，光照强度为2500lx，光暗比为12h：12h；

21、所述红色期培养的温度为30℃，光照强度为6500lx，连续光照。

22、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

23、(1)本发明的雨生红球藻-mbr耦合沼液净化工艺，将沼液中的有机物和氮、磷、钾、微量元素等营养元素作为雨生红球藻生长的必需元素，减少了雨生红球藻培养外源营养物质的投加，降低了培养成本，且雨生红球藻可以对废水进行深度处理，达到净化处理的目的，同时产出高附加产物虾青素，提高了经济效益。

24、(2)本发明的方法可以降低达标处理成本，传统的废水处理工艺能耗较大，其中主要是曝气引起的电能的消耗。雨生红球藻在水体中利用co2进行光合作用释放o2，减少外部供氧，从而减少了电能的消耗。同时借助雨生红球藻光合速率快，固定co2积累生物质的特点，实现co2减排，降低温室效应。

25、(3)本发明利用沼液进行雨生红球藻培养，减少土地消纳量，降低下渗水中营养物质和重金属的含量，减轻沼液对地下水和地表径流的污染。废水得到深度处理，mbr作为高标准废水处理工艺，结合雨生红球藻深度处理，对废水进行达标处理，符合绿色生态循环理念，减少了污染。