利用淀粉加工废水厌氧发酵液培养小球藻的方法技术

一种利用淀粉加工废水厌氧发酵液培养小球藻的方法，包括以下步骤：（1）预处理厌氧发酵后的淀粉生产废水，得到淀粉厌氧发酵废水；对酸化后的有机废水进行预处理，得到废水酸化液；将废水酸化液添加入淀粉厌氧发酵废水中，得到培养液；（2）将人工培养基中生长的藻种在培养液中驯化培养；（3）光生物反应器培养，进行温度控制、pH控制、CO

Cultivation of Chlorella by anaerobic fermentation of starch processing wastewater

【技术实现步骤摘要】
利用淀粉加工废水厌氧发酵液培养小球藻的方法
本专利技术涉及一种利用淀粉加工废水厌氧发酵液培养小球藻的方法，属于微藻培养

技术介绍
产油微藻具有生长周期短，生长速率快，油脂产量高等优势，是制备生物柴油的良好材料。但产油微藻的规模培养仍然面临一系列技术和经济难题，其中可持续的水资源和营养元素供给是其规模化培养面临的主要两大难题。水资源量的缺乏以及限制性磷元素的不可再生使得仅依靠人工培养基无法维持持续规模化的产油微藻培养。从废弃物中寻求廉价的可替代淡水资源和营养元素用于微藻培养潜在可行的方式。废水水量巨大，来源稳定，并含有丰富的有机碳、氮、磷等营养元素，是微藻培养基的理想来源。同时，产油微藻在废水中生长可有效去除多种污染物质，与传统废水处理工艺相比，不仅有效较低了废水处理成本，同时实现了废水中水资源和营养元素的资源化利用。与其他废水相比，厌氧发酵废水用于产油微藻培养具有一定优势，一方面厌氧发酵废水营养元素含量高，可实现微藻高密度生长，藻生物质产量一般高于其它废水；另外经过厌氧发酵处理后，废水中的大部分营养元素以可溶性形态存在，例如大部分氮元素以氨氮形式存在、磷元素以可溶性磷酸盐形式存在，这些可溶性营养元素可直接被微藻利用；同时厌氧工艺可有效杀死废水中的病原菌，使废水稳定化，可减少室外微藻培养系统中病原菌的快速繁殖。目前相关研究主要在实验室内，但是实验室内的成功培养并不一定意味着室外培养真的可行。实验室培养过程中，厌氧废水先后经过离心、0.45μm膜滤、高温高压杀菌措施消除了悬浮物、细菌和藻类捕食者对微藻生长的影响，然而这在实际的室外规模化培养中，如此复杂的预处理是难以实现的。在实际运行中，废水一般仅通过预沉淀或预过滤等简单预处理措施，而废水中可能含有的细菌、藻类病毒、杂藻以及藻类捕食者等直接进入藻类培养系统，这些非目标生物的快速生长会可能会抑制微藻生长甚至导致整个系统的崩溃。另外，不同于实验室稳定有利的培养条件，室外规模培养条件通常波动剧烈，例如季节变化导致的温度、光强、光照时间波动等，会对废水室外培养微藻带来严峻挑战。CN105039163A公开的一种利用方便面厂排放的废水废气培养小球藻的方法，未能解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术为解决现有淀粉加工废水培养小球藻存在的技术问题，针对废水微藻培养工程应用面临的风险，进行了室外工程应用研究，对系统稳定性、季节交替变化影响、运行模式、生物质产量、油脂提高策略以及污染物去除等方面进行了系统研究，提出了一种利用淀粉加工废水厌氧发酵液培养小球藻的方法。本专利技术的利用淀粉加工废水厌氧发酵液培养小球藻的方法，包括以下步骤：(1)培养液的制备：①对淀粉加工废水进行厌氧发酵后预处理，使废水中的TSS浓度低于70mg/L，得到淀粉厌氧发酵废水(ADSW)；②对酸化后的有机废水(如酒精生产废水)进行预处理，使废水中的TSS浓度低于70mg/L，得到废水酸化液(如酒精废水酸化液)；③制备培养液：将预处理后得到的废水酸化液添加入淀粉厌氧发酵废水中，进行混合，得到培养液；其中发酵废水添加比例(体积)不大于淀粉厌氧发酵废水的10％。(2)藻种驯化培养将人工培养基中生长的藻种首先在步骤(1)得到的培养液中驯化培养，在光强10000～14000lux和27～30℃适宜温度的条件下，连续培养驯化13～17天，得到驯化藻种；(3)培养液和驯化藻种进入光生物反应器培养(将藻种在光生物反应器中培养)，控制参数为：①温度控制在7～39℃；②pH控制(通过1M盐酸和氢氧化钠调节)在5.8～7.8；③CO2曝气控制：曝气为CO2与空气的混合气体，CO2体积比例为5～10％，每小时曝气量为光反应器容积的0.95～2倍。④水力停留时间控制(水力停留时间一般是反应器容积与流量的比值，即培养液进入反应器到出反应器的时间)：春季、夏季和秋季，最佳水力停留时间为3～5天；冬季，最佳水力停留时间为7～13天。所述步骤(1)中的预处理是先进行沉淀，然后过滤。所述步骤(1)中废水酸化液添加比例为淀粉厌氧发酵废水(ADSW)的4～6％。所述步骤(1)中废水酸化液为淀粉加工废水沉淀分离出的颗粒物进行发酵生产酒精所产生的酒精加工废水酸化而成。所述步骤(2)中人工培养基的初始接种浓度为0.15±0.02g/L。所述步骤(3)中光生物反应器为斜板光生物反应器或管式光生物反应器。所述步骤(3)中当光生物反应器为板式光反应器时，CO2与空气的混合气体中CO2体积比例为5～8％，为管式光生物反应器时CO2与空气的混合气体中CO2体积比例为8～10％。所述步骤(3)中当光生物反应器为板式光反应器时，每小时曝气量为光反应器容积的1.4～2倍；为管式光生物反应器时每小时曝气量为光反应器容积的0.95～1.65倍。所述步骤(3)中的CO2是淀粉加工废水厌氧发酵过程中产生的CO2。本专利技术实现了废水资源化，一方面小球藻作为优良的生物质柴油原料，回收了资源；另一方面以低耗能的方式处理了废水，保护环境。这种将产油微藻培养和污水处理相结合的方法，其主要优势包括废水净化及营养元素回收利用、温室气体捕获、富油微藻生物质收获等。首先，原始有机废水中氮、磷等营养物质以不溶性形态存在，经过厌氧处理后，大部分转化为可溶性的氨氮、磷酸盐等形态，这些无机形态物质可以被微藻生长直接利用和去除；更为重要的是，稳定化后的厌氧废水可以防止微藻系统中出现病原菌及其它细菌过度繁殖等现象。由于厌氧废水富含氨氮、磷酸盐等营养物质，于其它废水培养相比，可以获得更高的生物质产量；同时，厌氧过程中产生的CO2(或者沼气燃烧后的废气)可以作为微藻光合生长所需的无机碳源，并被转化为脂类或碳水化合物，是一种快速、安全、经济的碳减排方式。整个流程中实现了高浓度有机废水处理碳减排、营养元素资源回收与利用，实现了高浓有机废水处理从单纯污染物去除到资源循环利用的变革。附图说明图1是本专利技术利用淀粉加工废水厌氧发酵液培养小球藻的方法的流程示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术利用淀粉加工废水厌氧发酵液培养小球藻的方法，是将淀粉加工废水通过网格沉淀池分离出颗粒物，颗粒物进行发酵生产酒精；网格沉淀池出水进行厌氧发酵，随后进行沉淀过滤的预处理，酒精发酵废水经冷却和酸化后，进行沉淀过滤；经预处理后，淀粉厌氧发酵废水和酒精发酵废水以一定比例混合进入光生物反应器进行小球藻培养，最后经藻液膜分离器分离出小球藻和净化后的出水。厌氧发酵产生的CO2或CH4燃烧气，进入光生物反应器补充碳源。具体控制过程包括以下步骤。(1)培养液的制备①厌氧淀粉生产废水预处理由于淀粉废水厌氧发酵液仍然含有高浓度悬浮物(TSS)，TSS浓度可达数百毫克每升以上，高浓度悬浮物导致的遮光效应会显著降低藻细胞的光合生长速率，同时也增加了细菌和藻类捕食者增殖风险。因此，在废水进入光生物反应器之前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用淀粉加工废水厌氧发酵液培养小球藻的方法，其特征是，包括以下步骤：/n(1)培养液的制备：/n①对淀粉加工废水进行厌氧发酵后预处理，使废水中的TSS浓度低于70mg/L，得到淀粉厌氧发酵废水；/n②对酸化后的有机废水进行预处理，使废水中的TSS浓度低于70mg/L，得到废水酸化液；/n③制备培养液：/n将预处理后得到的废水酸化液添加入淀粉厌氧发酵废水中，进行混合，得到培养液；其中发酵废水添加比例不大于淀粉厌氧发酵废水的10％；/n(2)藻种驯化培养/n将人工培养基中生长的藻种首先在步骤(1)得到的培养液中驯化培养，在光强10000～14000lux和27～30℃适宜温度的条件下，连续培养驯化13～17天，得到驯化藻种；/n(3)培养液和驯化藻种进入光生物反应器培养，控制参数为：/n①温度控制在7～39℃；/n②pH控制在5.8～7.8；/n③CO

【技术特征摘要】
1.一种利用淀粉加工废水厌氧发酵液培养小球藻的方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)培养液的制备：
①对淀粉加工废水进行厌氧发酵后预处理，使废水中的TSS浓度低于70mg/L，得到淀粉厌氧发酵废水；
②对酸化后的有机废水进行预处理，使废水中的TSS浓度低于70mg/L，得到废水酸化液；
③制备培养液：
将预处理后得到的废水酸化液添加入淀粉厌氧发酵废水中，进行混合，得到培养液；其中发酵废水添加比例不大于淀粉厌氧发酵废水的10％；
(2)藻种驯化培养
将人工培养基中生长的藻种首先在步骤(1)得到的培养液中驯化培养，在光强10000～14000lux和27～30℃适宜温度的条件下，连续培养驯化13～17天，得到驯化藻种；
(3)培养液和驯化藻种进入光生物反应器培养，控制参数为：
①温度控制在7～39℃；
②pH控制在5.8～7.8；
③CO2曝气控制：曝气为CO2与空气的混合气体，CO2体积比例为5～10％，每小时曝气量为光反应器容积的0.95～2倍。
④水力停留时间控制：
春季、夏季和秋季，最佳水力停留时间为3～5天；冬季，最佳水力停留时间为7～13天。


2.根据权利要求1所述的利用污泥厌氧消化液培养小球藻的方法，其特征是，所述步骤(1)中的预处理是首先进行沉淀，然后过滤。


3.根据权利要求1所述的利用污泥厌氧消化液培养小球藻的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭晓波，万喜萍，魏垒垒，赵先超，孟静，黄丽媛，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43