利用喷泉式新型光生物反应器培养蛋白核小球藻的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用喷泉式光生物反应器培养产油蛋白核小球藻的方法。污泥浓缩池上清液含有丰富的N、P等营养元素，所以用污泥浓缩池上清液促进微藻生长。微藻的生长除了需要氮磷等营养元素之外还需要光照以及曝气。用潜污泵从污泥浓缩池中抽出污泥浓缩池上清液到喷泉池，在喷泉池中接种OD＝0.1蛋白核小球藻，喷泉池进行喷出，这样可以使微藻得到充足的光照与空气。在此光照生物反应器中培养蛋白核小球藻，微藻生物产量达到2.5g/l，油脂含量达到44％，油脂产率达到58mg/l·d，污水水质总氮去除率为99％，总磷99％，总碳去除率为89.9％。

Culture of Chlorella pyrenoidosa in a new fountain photobioreactor

【技术实现步骤摘要】
利用喷泉式新型光生物反应器培养蛋白核小球藻的方法
本专利技术涉及一种生产生物柴油的方法，尤其涉及利用喷泉式新型光生物反应器培养蛋白核小球藻(城市生活污水厂的污泥浓缩池清液培养基)的方法。
技术介绍
能源危机关系到人类未来的发展，因此新能源的开发引起了人们越来越多的重视。与能源危机并行的另一大危机是水资源与水质危机。淡水资源短缺是制约我国未来发展的主要瓶颈之一。污水再生利用是解决这一问题的重要途径，而水体富营养化控制是再生水回用于景观水体时需要解决的首要问题。污泥脱水液为典型的高氨氮、低碳氮比、低碱度废水，所含氨氮约占城市污水厂总氮负荷的25％。通常直接将其回流到调节池与未处理污水混合后再进行处理，这将加大污水处理厂脱氮除磷的难度，这也是污水处理厂脱氮除磷效率低的主要原因之一，最终会影响出水水质；如果将污水处理厂污泥脱水液单独处理，又会大大增加成本。但是污泥浓缩池上清液培养蛋白核小球藻，可以达到一级出水标准。光生物反应器是用来较大规模进行微藻培养的一种装置，和一般的生物反应器在结构上相似，都有光、温度和pH值、溶解氧、二氧化碳气体等影响微藻培养的条件的调节和控制系统。总的分为两种类型。一种是开放池塘式，另一种是封闭式光生物反应器(主要有柱状、管状、板状)。每一种光生物反应器都有其各自的一些优点和缺点。开放塘或循环跑道池是一种可以连续运行的闭合回路池，一般是由混凝土或压实土构成池体，单个池子或多个池子串联而成。使用叶轮来实现池内培养液的混合和循环，使藻细胞保持很好的悬浮状态从而增强光能利用率。因为微藻细胞可以利用太阳光为光源，以空气中CO2为碳源，所以大大降低了成本。。另外与封闭式光生物反应器相比，它们易于操作和扩大化。但是该培养系统也存在很多缺点：(1)无法保持无菌状态，易受外界菌体污染。(2)光照和温度日变化和季节变化较大。(3)水分蒸发严重，CO2供给不足。较低的产率又会导致后续的微藻采收等处理环节的成本上升。由于光遮挡原因，池体的深度受到限制，浅池虽能够提高光照面积，但是占地面积大，增加了成本。封闭式池子虽能够避免来自空气中细菌的污染，但问题在于如何找到廉价的无菌的CO2来源。有研究发现，烟囱气中的CO2可以很好地适用于该系统。世界上最大的藻类培养的工厂位于美国的地升农场(EarthriseFarms)，是属于开放式跑道池反应器，占地超过了440000m2。封闭式光生物反应器越来越成为研究的热点，反应器材料为玻璃、塑料等透明材料，藻液不直接暴露在空气中，而且由于微藻生长在封闭的环境中，跟开放式培养系统比起来培养条件更易控制，不易受污染，水分也不易蒸发。所以所得微藻产率较高，能够大大降低收获的成本。具体的来说，封闭式光生物反应器优点如下：(1)能有效降低污染，实现藻种的单种、纯种培养；(2)培养条件易于调节、控制，全年生产期较长；(3)能够维持较高的藻液浓度，易收获；(4)使用的藻种广泛，尤其适于代谢产物的生产；(5)比表面积大，光能和二氧化碳利用率高。已经运行的最大的封闭式光生物反应器位于德国，属于管道式光生物反应器，管道的总长度500000m，总体积700m3，占地10000m2，每年能生产130～150吨的干生物质。光生物反应器在设计时需要考虑以下几点：低设计成本；光源品质、具有高的光照比表面积，以增强透光率；合适的循环装置，以保证在达到混合效果的同时尽量减小剪切力对藻细胞的伤害；二氧化碳的溶解及气液传质、光合放氧时的氧气蓄积问题等。封闭式光生物反应器主要有以下几种类型。搅拌罐式光生物反应器可以以传统的发酵罐反应系统为依托，有丰富的放大经验可循，混合效果好，反应条件易于控制，容易灭菌。但其不足之处是反应器体积较大，单位体积受光面积小，自然光照不足，仅靠自然光源无法满足微藻的生长需要，故需提供内置光源增大反应器内的微藻的受光面积，故对光源的安装、保护、防水、散热等要求较高。平板光生物反应器的构成材料一般为透明玻璃，PVC材料等，形状呈扁平长方体型。反应器主要构成系统有光源、循环系统、温控系统等组成。光源一般为太阳光或卤素灯，光强可通过调节入射光强、光源与反应器的距离以及光辐射入射方向加以控制。混合系统有机械搅拌混合、气升式混合或底部鼓泡混合。该类型光生物反应器具有结构相对简单，易于加工制造，易于放大培养，光能利用率高，放置角度可调，易实现高密度培养等优点，但也存在不易于控温、微藻贴壁生长和需大量支持材料的缺点。根据摆放角度可分为水平放置的板式光生物反应器、垂直方式的光生物反应器、倾斜放置的光生物反应器等。管式光生物反应器可由玻璃管或塑料管等透明材料建造，一般呈水平式、水平多层式、垂直式、倾斜式等结构，由泵或者气升系统实现系统内的混合和循环。它具有较大的光照表面积，适合户外培养、相对高产、成本相对较低的优点，但同时也具有pH分布不均，管内溶解氧积累，管壁上结垢较难清洗等缺点。为增大藻液的受光面积，增大藻细胞产量，反应器设计为小内径多层管道式。但这种设计存在着问题：(1)因为较长的管道和较小的内径，培养微藻时，管道内藻液的pH值、CO2和O2浓度等生长参数比较难以进行调节和控制，从而一定程度上减低了生产效率。(2)由于管径小，当微藻细胞浓度较低、光强强时容易产生光抑制现象。(3)由于反应器管道内径过小，反应器中藻液的热容量小，在极端高温或低温的情况下，会降低微藻脂质细胞的合成量。且温度较高时，为维持温度恒定，需要消耗更多的水用于反应器的降温，从而增加了能耗。(4)为避免“自我阴影”现象，相邻管道之间要有足够的间距，反应器占用面积大。(5)由于反应器管道层数过多、过高，管道外壁不易进行自动清洗，故需要建大棚防止灰尘，这样便增大了投资成本，且不利于生产维护。(6)较小的管道内径，较长的管道长度和较多的弯头，给采用自动清洗部件清洗管道内壁带来了技术上的困难。柱状光生物反应器是由玻璃或塑料制成的柱状反应器，主要有鼓泡柱式，内环流柱式，外环流柱式光生物反应器。内环流柱式光生物反应器其主要特点是内部有导流板，可将液体分为上升区和下降区两个区域，通过外加气体驱动液体在反应器内的循环运动。柱状光生物反应器的优点是结构简单、成本低，高的传质效率，混合效果好且剪切力小，低的能量消耗，易于扩大化和控温，降低光抑制和光氧化作用。但柱状光生物反应器放大后单位体积受光面积下降较快，影响细胞的光合作用。光纤光生物反应器是以安装在反应器外的氙灯为光源，光纤则直接安置在培养液中，通过利用光导纤维的光传递性将光引入光生物反应器，再经过反应器内的光分散系统使光均匀地照射在藻液上。由于光通路短，大大提高了光能利用率。该系统采用超滤技术，不断地将产物从系统中分离出去，同时不断补充新鲜培养液，从而实现高密度培养的目的，最大生物量可达10g/L。因此，在微藻的培养过程中，如何增大其单位体积的受光面积至关重要。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的问题，本专利技术构建了一种利用喷泉式新型光生物反应器培养蛋白核小球藻(城市生活污水厂的污泥浓缩池清液培养基)的方法，不需要外加曝气，不需要外加光照强度，节约能源；同时，对微藻进行大规模培养，最终使生物柴油产业化。本专利技术的技术方案是：一种利用城市生活污水厂的污泥浓缩池上在喷泉式新型光生物反应器清液培养蛋白核本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用喷泉式新型光生物反应器培养蛋白核小球藻的方法，其特征在于，包括如下步骤：A、污泥浓缩池上清液的抽出：在污泥浓缩池中安装泵，将城市生活污水厂的污泥浓缩池上清液抽到喷泉池中；B、喷泉池中培养蛋白核小球藻：在喷泉池中接种蛋白核小球藻，喷泉不间断喷出水培养时间为5天；C、收集微藻：采用滤膜收集微藻，实现藻水分离。

【技术特征摘要】
1.一种利用喷泉式新型光生物反应器培养蛋白核小球藻的方法，其特征在于，包括如下步骤：A、污泥浓缩池上清液的抽出：在污泥浓缩池中安装泵，将城市生活污水厂的污泥浓缩池上清液抽到喷泉池中；B、喷泉池中培养蛋白核小球藻：在喷泉池中接种蛋白核小球藻，喷泉不间断喷出水培养时间为5天；C、收集微藻：采用滤膜收集微藻，实现藻水分离。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A城市生活污水厂污泥浓缩池上清液含有丰富的氮磷含量，总氮的浓度大约为150mg/l、总磷大约为45mg/l。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中污泥浓缩池的泵为潜污泵，优选型号为400QW2000-15-132。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B中蛋白核小球藻接种密度为0.1。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B喷泉池圆形直径D＝6m、高h＝1.3m、水深保持在0.7m。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：周旭，涂仁杰，韩松芳，席晶晶，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东,44