申请日2017.04.12
公开(公告)日2017.06.30
IPC分类号C12P23/00; C12P5/02; C05F9/04
摘要
本发明提出了一种利用微藻处理废水并生产类胡萝卜素、气体燃料和有机肥的方法，属于微藻技术领域，能够将微藻高效用于污水处理领域的同时，获得较好的高价值附加产物，使微藻作为可持续资源得到了全面利用。本发明能够使微藻在应用于污水处理领域的同时，具备较高的附加值。
权利要求书
1.一种利用微藻处理废水并生产类胡萝卜素、气体燃料和有机肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将水中的微藻在太阳光照射条件下在合理的温度、光照强度和盐度的范围下，利用废水中的营养物质和二氧化碳合成微藻生物质，得到微藻液;
对所述微藻液进行破壁处理，向处理后的微藻液中加入植物油进行混合，静置后回收上层液并进行吸附处理，得到类胡萝卜素;
将静置后得到的下层液在暗条件下进行厌氧发酵，收集沼气，并对沼气发酵后残留的沼渣和沼液进行分离,将分离后的沼渣进行好氧发酵，得到有机肥;
对所收集的沼气进行净化处理，分别收集甲烷和二氧化碳;
将部分沼液离心取上清液，对所述上清液进行培养，并将培养得到的微生物接种到微生物电解装置中对所收集的二氧化碳进行电解处理，使二氧化碳完全还原为甲烷，合并所得到的甲烷制备气体燃料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，合理的温度范围为15℃-35℃，合理的光照强度范围为50-250μmol/(㎡s)，合理的盐度范围为15-45。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微藻每天内的光照时间不少于8-16小时，生长时间为2-15天。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废水中的营养物质的主要成分为氮磷盐，所述氮磷盐的浓度比在1:2-2:1之间，废水中的初始氮磷盐的浓度范围为2-50mg/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述植物油与微藻液的体积比为1:3-1:1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用超声波对所述微藻液进行破壁处理，处理时的超声频率为2×104HZ-2×109HZ。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所收集的沼气进行净化处理具体包括：
对所收集的沼气进行脱硫，将脱硫后的沼气压缩至预定压力后与增压至预定压力的循环水在吸收装置内进行逆流吸收，对吸收装置出口处的气体进行分子筛脱水，得到甲烷，并将吸收有二氧化碳的循环水在解析装置内被解析。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，脱硫后的沼气与循环水的体积比为4:1-8:1，循环水的温度为5-15℃，所述预定压力为5-15bar。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述植物油选自大豆油、玉米油、葡萄籽油和橄榄油中的至少一种。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述微藻为淡水微藻，所述淡水微藻选自栅藻(Scenedesmus)、小球藻(Chlorella)、葡萄藻(Botryococcus)、衣藻(Chlamydomonas)、根支藻(Rhizoclonium)、螺旋藻(Spirulina)和颤藻(Oscillatoria)中的至少一种。
说明书
利用微藻处理废水并生产类胡萝卜素、气体燃料和有机肥的方法
技术领域
本发明属于微藻技术领域，尤其涉及一种利用微藻处理废水并生产类胡萝卜素、气体燃料和有机肥的方法。
背景技术
随着城市化进程的加快，加上受技术水平、短期利益使然和法制不健全等因素的综合影响，大量含氮磷营养盐的污水未经严格处理就被排放到公共水域里，引发一系列水环境污染问题。与此同时，能源短缺也成为目前制约社会经济增长的一大瓶颈，化石燃料一直是人们消费的主要能源，但其燃烧所产生的有害物质会污染环境，加剧全球气候变暖、生物物种多样性降低和荒漠化等生态问题。为满足社会对净化水、对能源的需求，促进资源、环境、经济的协调发展，急需开发一种经济高效、可再生的清洁能源。
微藻是一类光能自养型单细胞生物，具有种类繁多、光合效率高、生长速度快、适应性强等特点。它们在生长过程中需要消耗环境中的氮磷等营养物质以合成体内复杂的有机质，因此可降低水体中氮磷等物质的含量。与其他油料植物相比，微藻在生产生物柴油方面也具有明显的优势。同时，微藻还被认为是具有商业价值的天然类胡萝卜素的最佳来源，其在生物体内起着十分重要的作用，通过微藻获得类胡萝卜素既可扩大天然类胡萝卜素来源，又可提高藻种的利用价值，但过高的生产成本始终制约着微藻类胡萝卜素的商业化生产。
由上可见，微藻在污水治理、能源开发等方面具有较高的可塑性，尤其是作为生产生物燃料的可持续和可再生资源受到越来越多的关注。同时，从微藻出发还可获得较好的附加值产物，因此，如何提供一种能够在对微藻进行高效生物利用的同时，还能够获得较好的附加值产物，以全方位开发微藻的新思路将对本领域产生重要意义。
发明内容
本发明提供了一种利用微藻处理废水并生产类胡萝卜素、气体燃料和有机肥的方法，能够将微藻高效用于污水处理领域的同时，获得较好的高价值附加产物，使微藻作为可持续资源得到了全面利用。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种利用微藻处理废水并生产类胡萝卜素、气体燃料和有机肥的方法，包括以下步骤：
将水中的微藻在太阳光照射条件下在合理的温度、光照强度和盐度的范围下，利用废水中的营养物质和二氧化碳合成微藻生物质，得到微藻液;
对所述微藻液进行破壁处理，向处理后的微藻液中加入植物油进行混合，静置后回收上层液并进行吸附处理，得到类胡萝卜素;
将静置后得到的下层液在暗条件下进行厌氧发酵，收集沼气，并将沼气发酵后残留的沼渣和沼液进行分离,将分离后的沼渣进行好氧发酵，得到有机肥;
对所收集的沼气进行净化处理，分别收集甲烷和二氧化碳;
将部分沼液离心取上清液，对所述上清液进行培养，并将培养得到的微生物接种到微生物电解装置中对所收集的二氧化碳进行电解处理，使二氧化碳完全还原为甲烷，合并所得到的甲烷制备气体燃料。
作为优选技术方案，合理的温度范围为15℃-35℃，合理的光照强度范围为50-250μmo/(㎡s)，合理的盐度范围为15-45。
作为优选技术方案，所述微藻每天内的光照时间不少于8-16小时，生长时间为2-15天。
作为优选技术方案，所述废水中的营养物质的主要成分为氮磷盐，所述氮磷盐的浓度比在1:2-2:1之间，废水中的初始氮磷盐的浓度范围为2-50mg/L。
作为优选技术方案，所述植物油与微藻液的体积比为1:3-1:1。
作为优选技术方案，利用超声波对所述微藻液进行破壁处理，处理时的超声频率为2×104HZ-2×109HZ。
作为优选技术方案，所述对所收集的沼气进行净化处理具体包括：
对所收集的沼气进行脱硫，将脱硫后的沼气压缩至预定压力后与增压至预定压力的循环水在吸收装置内进行逆流吸收，对吸收装置出口处的气体进行分子筛脱水，得到甲烷，并将吸收有二氧化碳的循环水在解析装置内被解析。
作为优选技术方案，脱硫后的沼气与循环水的体积比为4:1-8:1，循环水的温度为5-15℃，所述预定压力为5-15bar。
作为优选技术方案，所述植物油选自大豆油、玉米油、葡萄籽油和橄榄油中的至少一种。
作为优选技术方案，所述微藻为淡水微藻，所述淡水微藻选自栅藻(Scenedesmus)、小球藻(Chlorella)、葡萄藻(Botryococcus)、衣藻(Chlamydomonas)、根支藻(Rhizoclonium)、螺旋藻(Spirulina)和颤藻(Oscillatoria)中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明提供了一种微藻的高效生物利用方法，其中，不仅利用太阳能和污水构建污水光生物反应器对微藻进行培养获得了类胡萝卜素，而且还利用微藻作为媒介通过结合厌氧发酵过程，将太阳能转化为气体燃料，实现污水治理和气体燃料生产的组合，从而应用于污水治理领域;
2、所提供的整个生物利用方法为一个闭路的循环系统，巧妙的实现了太阳能到气体燃料以及类胡萝卜素和有机肥等高价值附加产物的转化，不仅解决了传统微藻生物柴油工艺路线能耗高、能源产出低的不足，还可大大降低类胡萝卜素的生产成本，是一种太阳能利用的新方法和新工艺;
3、本发明通过微藻的媒介作用，把太阳能转化为了可储存和方便利用的气体燃料，与太阳能产电、产热等应用方式相比，扩展了太阳能在交通运输燃料方面的应用;同时，基于本发明，也可以利用烟道气等含有二氧化碳的气体作为微藻培养的碳源，从而实现太阳能转化气体燃料和二氧化碳减排的双重效果。