一种膜光生物反应器中利用市政污水高密度培养微藻的方法技术

本发明专利技术公开了一种膜光生物反应器中利用市政污水高密度培养微藻的方法，属于环境工程和微藻培养技术领域。本发明专利技术于膜光生物反应器中添加市政污水，将藻细胞接种于反应器中，实现微藻的培养，基本能达到Zarrouk培养基的培养效果，且能够减少化学药品、淡水的使用，降低微藻生产成本。通过膜组件的过滤作用，将藻细胞截留在反应器中，实现高密度培养；同时将处理过的污水排出，实现对污水的处理。在微藻培养过程中，本发明专利技术可以节约水资源、节约营养盐，降低微藻培养成本，同时对污水进行净化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种膜光生物反应器中利用市政污水高密度培养微藻的方法，属于环境工程和微藻培养

技术介绍
藻细胞含蛋白质、维生素、微量元素及多糖等多种营养成份。微藻在生长繁殖过程中需吸收利用大量碳氮磷等营养物质。如何减少培养过程中营养盐和淡水的使用，是实现微藻规模化、商业化利用过程的关键。基于微藻对碳氮磷的较高吸收率特性，利用污水培养微藻近年来得到广泛研究。市政污水供应量大，且生活污水管网体系使之更加易于形成规模化的供应，同时市政污水污染程度相对较低、生化活性较高，易于实现微藻的培养。利用市政污水培养微藻既可获得微藻生物量、获得蛋白质、多糖等产品，降低生产成本，又可回收利用污水中氮磷等营养物质，净化污水。但是，与藻类培养基相比，市政污水的氮磷含量相对较低，利用市政污水培养微藻的过程中，如果无法实现藻水分离，则难以为微藻的生长提供足量持续的营养盐。且排水的同时易将藻细胞带出，反应器中难以保持藻细胞的高密度培养，同时导致出水水质达不到排放要求。为解决这个问题，利用膜光生物反应器(membranephotobioreactor,MPBR)培养微藻成为较优选择。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的主要目的是通过污水资源化利用来培养微藻，获得微藻生物量，降低微藻生产成本。通过选取初沉池出水，添加NaHCO3，将其作为螺旋藻培养基。以生物量表征螺旋藻的生长情况，检测MPBR进出水中的NH4+-N、TN、TP、HCO3-表征污水中碳氮磷利用情况。本专利技术的膜光生物反应器中利用市政污水高密度培养微藻的方法，是在市政污水中添加0.8g/L～8g/L的NaHCO3得到微藻培养基，然后将微藻培养基添加到膜光生物反应器中，将藻细胞接种于膜生物反应装置中，控制水力停留时间7d～1.5d，培养微藻；通过气体供给装置在光生物反应装置中连续曝气，曝气量为0.2vvm～0.4vvm；微藻培养过程中通过膜组件的过滤作用，将藻细胞截留在反应器中，排出污水；同时可排出浓藻液，实现微藻采收。在本专利技术的一种实施方式中，所述市政污水为无锡太湖新城污水处理厂初沉池出水。在一种实施方式中，所述市政污水的水质参数如下：pH范围为7.2～7.7，HCO3-浓度范围为0.2～0.4g/L，COD浓度范围为125～230mg/L，NH4+-N浓度范围为13～36mg/L，TN浓度范围为18～50mg/L，TP浓度范围为1.9～3.1mg/L。在本专利技术的一种实施方式中，所述市政污水为无锡太湖新城污水处理厂初沉池出水。在一种实施方式中，藻细胞的接种密度为0.3g/L～0.6g/L；光强为3000lux～6000lux，光源为自然光源或人造光源，光暗比为12:12～16:8；温度为25℃～35℃。在一种实施方式中，藻细胞的接种密度为0.5g/L，于光强3000Lux，温度(30±1)℃，光暗比16/8条件下培养。在一种实施方式中，微藻培养期间利用空气泵以曝气的方式向光生物反应器中不间断通入空气，气速为1.63L/min。在一种实施方式中，当藻细胞进入对数期(浓度较高且生长速率较快)时，采用半连续培养方式培养螺旋藻；通过膜组件的过滤作用，将藻细胞截留在反应器中，排出污水；初始水力停留时间(hydraulicdetentiontime，HRT)设置为7d，根据微藻生长和出水水质逐渐减小HRT；HRT＝1.75d时，采用连续培养方式培养螺旋藻，同时排出浓藻液，实现微藻采收。在一种实施方式中，所述方法是采用半连续培养；所述半连续培养为每天定时将反应器中污水排出，同时加入相同体积的市政污水，维持反应器中藻液体积不变。在一种实施方式中，所述方法是采用半连续培养或者连续培养。在一种实施方式中，所述是采用半连续培养；半连续培养的具体方法是：将螺旋藻接种至添加1g/LNaHCO3的市政污水中，当MPBR藻密度达到1g/L～1.2g/L时，进行半连续培养，初始HRT设置为7d，根据每天微藻的生长情况和污水中NH4+-N的去除情况逐渐减小HRT至1.5d，保持反应器的稳定运行。在一种实施方式中，所述方法是采用连续培养；所述连续操作培养为利用蠕动泵，持续将反应器中污水排出，同时利用蠕动泵持续向反应器中加入相同体积的市政污水，维持反应器中藻液体积不变。在一种实施方式中，所述连续培养的具体方法是：将螺旋藻接种至添加0.8g/LNaHCO3的市政污水中，当MPBR藻密度达到1.8g/L～2.0g/L时，进行连续培养，HRT为1.75d，微藻停留时间为25d，每天采收藻液，保持反应器的稳定运行。在一种实施方式中，所述水力停留时间为反应器中藻液总体积与每天加入至反应器中污水的体积之比，计算公式：式中HRT-水力停留时间，d；V-反应器中藻液总体积，7L；Vin-每天加入至反应器中污水的体积，L/d。在一种实施方式中，所述微藻为螺旋藻。在一种实施方式中，所述膜组件安装在光生物反应器中。在一种实施方式中，所述方法是利用PVDF平板膜进行藻水分离，膜孔径为1μm。在一种实施方式中，培养和采收过程中连续曝气，使藻液混合均匀同时减少膜污染。在一种实施方式中，所述膜光生物反应器包括光生物反应装置、光照装置、气体供给装置、膜渗透装置、渗透液收集装置；所述光照装置位于光生物反应装置外侧；所述光生物反应装置上部设有进样口和出气口，下部设有出样口和膜组件卡槽，底部设有微孔曝气管；所述气体供给装置通过管道与光生物反应装置底部的微孔曝气管相连；所述膜渗透装置安装在光生物反应装置中；所述膜渗透装置和渗透液收集装置通过蠕动泵相连。在一种实施方式中，所述光生物反应装置，顶部法兰固定并密封，法兰上插入溶氧检测探头、pH检测探头和CO2检测探头。根据溶氧检测探头、pH检测探头的在线监测数值，随时调控培养液的溶氧浓度和pH值，维持微藻适宜的生长条件。在一种实施方式中，所述光生物反应器，为9.0L光生物反应器(有效体积为7.0L)，于GXZ-380B光照培养箱中进行恒温培养。本专利技术还要求保护所述方法在食品、化工、药物制备方面的应用。本专利技术的优点和效果：(1)本专利技术利用市政污水培养螺旋藻，基本能达到Zarrouk培养基的培养效果，且能够减少化学药品、淡水的使用，降低微藻生产成本。(2)市政污水不需灭菌即可用于培养。(3)通过膜组件的过滤作用，将藻细胞截留在反应器中，实现微藻高密度培养；同时将处理过的污水排出，实现对污水的处理。附图说明图1：膜光生物反应器结构示意图；其中：1光生物反应装置，2膜渗透装置，3法兰，4微孔曝气管，5出样口，6膜组件卡槽，7进样口，8出气口，9气体供给装置，10气体流量计，11光照装置，12蠕动泵，13渗透液收集装置；图2：三种培养条件下螺旋藻的生长；图3：添加NaHCO3污水中碳氮磷的变化；图4：不同HRT下微藻生物量、pH值以及出水中氨氮变化；图5：连续培养过程中微藻生物量变化。具体实施方案下面是对本专利技术进行具体描述。实施例1：本专利技术所使用的膜光生物反应器结构如图1所示(与CN204727884U中图1的反应器基本一致)。所述膜光生物反应器包括光生物反应装置1、光照装置11、气体供给装置9、膜渗透装置2、渗透液收集装置13；所述光照装置11位于光生物反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜光生物反应器中利用市政污水高密度培养微藻的方法，其特征在于，所述方法是在市政污水中添加0.8g/L～8g/L的NaHCO3得到微藻培养基，然后将微藻培养基添加到膜光生物反应器中，将藻细胞接种于膜生物反应装置中，控制水力停留时间7d～1.5d，培养微藻；通过气体供给装置在光生物反应装置中连续曝气，曝气量为0.2vvm～0.4vvm；微藻培养过程中通过膜组件的过滤作用，将藻细胞截留在反应器中，排出污水；同时可排出浓藻液，实现微藻采收。

【技术特征摘要】
1.一种膜光生物反应器中利用市政污水高密度培养微藻的方法，其特征在于，所述方法是在市政污水中添加0.8g/L～8g/L的NaHCO3得到微藻培养基，然后将微藻培养基添加到膜光生物反应器中，将藻细胞接种于膜生物反应装置中，控制水力停留时间7d～1.5d，培养微藻；通过气体供给装置在光生物反应装置中连续曝气，曝气量为0.2vvm～0.4vvm；微藻培养过程中通过膜组件的过滤作用，将藻细胞截留在反应器中，排出污水；同时可排出浓藻液，实现微藻采收。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述市政污水的水质参数如下：pH范围为7.2～7.7，HCO3-浓度范围为0.2～0.4g/L，COD浓度范围为125～230mg/L，NH4+-N浓度范围为13～36mg/L，TN浓度范围为18～50mg/L，TP浓度范围为1.9～3.1mg/L。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法是采用半连续培养或者连续培养。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法半连续培养的具体方法是：将螺旋藻接种至添加1g/LNaHCO3的市政污水中，当MPBR藻密度达到1g/L～1.2g/L时，进行半连续培养，初始HRT设置为7d，根据每天微藻的生长情况和污水中NH4+-N的去除情况逐渐减小HRT至1.5d，保持反应器的稳定运行。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述连续培养的具体方法是...

【专利技术属性】
技术研发人员：任洪艳，王雪飞，阮文权，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32