一种微藻在低温条件下处理糖蜜废水同步产能的方法技术

本发明专利技术公开了一种微藻在低温条件下处理糖蜜废水同步产能的方法，属于废水处理领域。本发明专利技术要解决低温条件下废水处理效率低、能源回收率低的技术问题。本发明专利技术方法：一、采用温度递减驯化培养方法将微藻的生长温度控制在10℃以下；二、取糖蜜废水，调节pH值，将温度控制在驯化培养后的生长温度，然后接种经步骤一驯化后的微藻，摇床中震荡培养，收集微藻后提取油脂。本发明专利技术利用废水进行发酵产能，不仅有效地处理了废水，解决了微藻培养的底物问题，也提供了一种同步进行能源回收的方法。本发明专利技术对于糖蜜废水的COD、TN和TP去除率分别可达81％、82％和80％，微藻的生物量和油脂含量可达30％和2.9g/L。

【技术实现步骤摘要】
一种微藻在低温条件下处理糖蜜废水同步产能的方法
本专利技术属于废水处理领域；具体涉及一种微藻在低温条件下处理糖蜜废水同步产能的方法。
技术介绍
由于对化石燃料的过度依赖，能源短缺和环境污染已经成为了世界性难题。生物质能源凭借其可再生、不对生态环境造成污染等特性，受到了越来越多的关注。其中，微藻生物柴油技术为新型生物质能源的开发和利用提供了新的方向。然而，这项技术仍然被高昂的生产成本所限制，放缓了实现工业化生产的步伐。因此，寻求适合于微藻生长的廉价底物，乃是微藻生物柴油技术在未来发展的重中之重。废水处理通常采用传统的活性污泥法，然而这种方法需要额外的处理单元才能够达到更好的氮、磷去除效果。同时，处理过程中产生的大量活性污泥也需要进一步处置。相比于活性污泥法，微藻处理废水不仅可以实现碳、氮、磷的同步去除，而且没有活性污泥产生，更重要的是，微藻可以积累油脂，从而在废水处理过程中实现能源的同步回收。我国北方地区冬季寒冷，为保证废水处理效率，常常采用加热等方法以确保活性污泥中的微生物活性，大大增加了废水的处理成本。
技术实现思路
本专利技术要解决低温条件下废水处理效率低、能源回收率低的技术问题，而提供了一种微藻在低温条件下处理糖蜜废水同步产能的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术中的一种微藻在低温条件下处理糖蜜废水同步产能的方法是按下述步骤进行的：步骤一、采用温度递减驯化培养方法将微藻的生长温度控制在10℃以下；步骤二、取糖蜜废水，调节pH值，将温度控制在驯化培养后的生长温度，然后接种经步骤一驯化后的微藻，摇床中震荡培养，收集微藻后提取油脂。步骤一中温度递减驯化培养过程中，每当微藻细胞处于对数期时，将驯化温度降低5-10℃，然后重新接种于新的培养基中进行培养。步骤一中所述的微藻为栅藻、小球藻、硅藻、隐甲藻、扁藻、杜氏藻、螺旋藻及金藻中的一种或其中几种的组合；当微藻为组合物时，各种微藻之间按任意比混合。步骤一中采用温度递减驯化培养方法将微藻的生长温度控制在0～10℃。步骤二中所述的糖蜜废水为甘蔗糖蜜废水。步骤二中将糖蜜废水的pH值调节至6～10。步骤二中利用浓度为1mol/L的HCl溶液或浓度为1mol/L的NaOH溶液来调节pH值。步骤二的接种量占糖蜜废水总体积的10％～15％。步骤二中隔绝空气条件下震荡培养，培养条件光照强度1000lux～5000lux，摇床转速100r/min～200r/min，培养时间48h～240h。步骤二中采用氯仿-甲醇法提取藻种的油脂。本专利技术通过等温递降培养法由最适温度降至低温条件的方式培养生命力旺盛、代谢可塑性强的微藻细胞，采用本专利技术的温度规律性递减能够让微藻更好地适应低温条件，避免因温度的随机降低造成细胞活性不稳定的情况。同时，本专利技术对微藻采用每个温度条件下培养2-3个细胞周期再进入下一个温度的培养方法，这有利于维持细胞在每一个温度条件下的活性，从而更好地适应下一个温度条件，确保微藻在低温条件下的细胞活性。本专利技术中采用温度递减方法驯化微藻细胞，将处于对数期的、生长旺盛的细胞转接至低温条件，并在25℃条件下培养两个细胞周期，然后再转接至更低的温度条件，直至最终的温度条件为10℃。经过一系列的接种、培养，微藻细胞可以逐渐适应低温条件，并在低温条件下维持较好的生长状态。本专利技术的原料为废水或者废弃物，解决了微藻培养的底物问题，有利于降低产能的成本。本专利技术利用微藻在低温条件下将废水中的有机物、氮、磷等物质转化为自身物质，从而实现了废水处理和能源的同步回收，减轻了对环境的污染，也为我国北方的废水处理提供了新的思路。本专利技术对于糖蜜废水的COD、TN和TP去除率分别可达76％、78％和80％，微藻的生物量和油脂含量可达30％和2.9g/L，具有良好的经济和环境效益。附图说明图1为10℃条件下微藻细胞经尼罗红染液染色后的照片；图2为15℃条件下微藻细胞经尼罗红染液染色后的照片；图3为20℃条件下微藻细胞经尼罗红染液染色后的照片；图4为25℃条件下微藻细胞经尼罗红染液染色后的照片；图5为微藻细胞在不同温度条件下对糖蜜废水的处理效果。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式中的一种微藻在低温条件下处理糖蜜废水同步产能的方法是按下述步骤进行的：步骤一、通过等温递减驯化培养方法采用BG11培养基将小球藻的生长温度由25℃降低至10℃，等温递减驯化培养过程中，每当小球藻的细胞处于对数期时，将驯化温度降低5℃，并以接种比为10％的体积重新接种于新的BG11培养基中进行培养；即步骤一先在25℃条件下，将小球藻以接种量为10％(体积)接种于BG11培养基后培养两个细胞周期，然后在20℃条件下以接种量为10％(体积)接种在新的BG11培养基中培养两个细胞周期，再在15℃条件下以接种量为10％(体积)接种在新的BG11培养基中培养两个细胞周期，然后在10℃条件下以接种量为10％(体积)接种在新的BG11培养基中培养两个细胞周期。步骤二、取甘蔗糖蜜废水，用浓度为1mol/L的HCl溶液调节pH值至7(同时测定甘蔗糖蜜废水的初始COD值、TN值和TP值)，将步骤一驯化后的小球藻接种于甘蔗糖蜜废水中，接种量占甘蔗糖蜜废水总体积的10％，置于摇床中，在温度为10℃、光照强度2000lux、隔绝空气培养、摇床转速150r/min条件下，震荡培养192h，培养后离心收获小球藻，烘干后称重获得生物量，并采用氯仿-甲醇法提取藻种的油脂。随着温度从25℃递减至10℃，微藻细胞经尼罗红染液染色后的照片如图1-4所示。由图1-4可知，随着温度的降低，微藻细胞内的荧光强度和油滴数量逐渐减少，说明温度对于细胞的生长和油脂合成有重要影响。在不同温度条件下，微藻细胞去除糖蜜废水COD、总氮和总磷的能力如图5所示。在25℃下获得了最高的COD、TN和TP去除率，分别为90％、89％和88％。随着温度的降低，COD、TN和TP的去除率也逐渐降低，在10℃分别为76％、78％和79％。然而，我国北方冬季寒冷，温度均在0℃以下，保证微藻细胞对废水的最佳处理效果意味着维持细胞生长的最适温度(25-30℃)，这需要大量的能量输入。这里，比较了不同温度条件下微藻生物柴油生产过程中的主要能量输入和输出，见表1。随着温度的升高，能量总输入明显增加，而能量输出却增加并增加并无显著，导致能量输出/输入呈现逐渐减小的趋势。这表明在10℃的低温条件下用微藻细胞处理糖蜜废水是可行的。表1表2注：①本计算以培养1L的微藻培养基为基础，能量单位为kJ。②提高水温的能量＝cw×m×(t-t0)，式中，cw为水的比热容，等于4.2×103J/(kg·℃)。m为1L培养基的质量，约为1kg。温度t分别为10℃、15℃、20℃和25℃，考虑到北方冬季温度以及计算的简化，t0设为0℃。③用于微藻培养和收获的能量＝Eh×生物量×油脂含量×90％，式中，Eh为每生产1吨生物柴油用于微藻培养和收获的能量，等于2288kWht-1(1kWh＝3.6×106J)。转酯化效率设为90％。④用于生物柴油制备的能量＝Ep×生物量×油脂含量×90％，式中，Eh为每生产1吨生物柴油所需的能量输入，等于9kWht-1，转酯化效率为90％。⑤生物柴油燃烧过程中释放的热量＝Q×生物量×油脂含量×90％，式中，Q为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微藻在低温条件下处理糖蜜废水同步产能的方法，其特征在于该方法是按下述步骤进行的：步骤一、采用温度递减驯化培养方法将微藻的生长温度控制在10℃以下；步骤二、取糖蜜废水，调节pH值，将温度控制在驯化培养后的生长温度，然后接种经步骤一驯化后的微藻，摇床中震荡培养，收集微藻后提取油脂。

【技术特征摘要】
1.一种微藻在低温条件下处理糖蜜废水同步产能的方法，其特征在于该方法是按下述步骤进行的：步骤一、采用温度递减驯化培养方法将微藻的生长温度控制在10℃以下；步骤二、取糖蜜废水，调节pH值，将温度控制在驯化培养后的生长温度，然后接种经步骤一驯化后的微藻，摇床中震荡培养，收集微藻后提取油脂。2.根据权利要求1所述的一种微藻在低温条件下处理糖蜜废水同步产能的方法，其特征在于步骤一中温度递减驯化培养过程中，每当微藻细胞处于对数期时，将驯化温度降低5～10℃，然后重新接种于新的培养基中进行培养。3.根据权利要求1所述的一种微藻在低温条件下处理糖蜜废水同步产能的方法，其特征在于步骤一中所述的微藻为栅藻、小球藻、硅藻、隐甲藻、扁藻、杜氏藻、螺旋藻及金藻中的一种或其中几种的组合。4.根据权利要求1所述的一种微藻在低温条件下处理糖蜜废水同步产能的方法，其特征在于步骤一中采用温度递减驯化培养方法将微藻的生长温度控制在0～10℃。5.根据权利要求1所述的一种微藻在低温...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冰峰，马超，邢德峰，裴轩瑗，任南琪，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23