申请日2017.11.27
公开(公告)日2018.03.06
IPC分类号C12N1/12; C02F3/32; C12R1/89; C02F103/32
摘要
本发明公开一种利用微藻培养净化豆腐废水的研究方法，主要步骤包括：1)微藻培养;2)豆腐废水处理;3)批次培养实验;4)批次补料培养实验。本发明微藻C.pyrenoidosa的平均生物量生产率达到0.64gL‑1d‑1，平均脂质含量为37.00±9.34%，脂质生产率高达0.40gL‑1d‑1，高于批次培养的脂质生产率，从而得知批次补料培养最适合豆腐废水培养C.pyrenoidosa，具有同步废水利用和具有成本效益的生物质生产的双重作用。
摘要附图
权利要求书
1.一种利用微藻培养净化豆腐废水的研究方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)、微藻培养：将C.pyrenoidosa在无菌的条件下接种，在250mL锥形瓶中用100mL高压灭菌的SE培养基对C.pyrenoidosa进行培养，然后置于光培养箱中进行培养;
微藻培养条件：光强=25-30μmol photon m-2S-1、光暗比=14：10、温度=25±1℃，培养24h,并且在培养期间间歇式震荡;
2)、豆腐废水预处理：分别收集平衡池SW1和厌氧水解反应器SW2的豆腐废水，在高速冷冻离心机中离心，调节上清液的pH 6-7，在100-121℃高压灭菌20分钟，并在1-4℃保存，获得SW1和SW2废水培养基;
3)、批次培养实验：使用3个500ml锥形烧瓶作为光生物反应器P1、P2和P3，分别加入SW1、SW2废水培养基以及SE培养基，然后向P1、P2和P3中添加C.pyrenoidosa接种藻液培养，用磁力搅拌器将溶液混合;
在光强=27μmol photon m-2S-1、光暗比=14：10、温度=25±1℃下进行培养120h;
4)、批次补料培养实验：使用1个500毫升的锥形烧瓶作为光生物反应器，加入100mL的C.pyrenoidosa接种物与50ml的SW2培养基，用磁力搅拌器将混合溶液混合;在光强=27μmol photon m-2S-1、光暗比=14：10、温度=25±1℃下进行培养24h;
在接下来的四天内，每天在同一时间给微藻添加不同剂量的SW2培养基进行培养，四天的剂量分别为75mL、100mL、0mL、50mL。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中高速冷冻离心机以10355rpm的转速，离心10分钟。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)在P1中加入100mL的C.pyrenoidosa接种藻液与100mL的SW1废水培养基和70mL的蒸馏水;
在P2中加入100mL的C.pyrenoidosa接种藻液与100mL的SW2废水培养基和70mL的蒸馏水;在P3中，添加170ml的SE培养基与100ml的接种物C。pyrenoidosa接种藻液作对照实验。
说明书
一种利用微藻培养净化豆腐废水的研究方法
技术领域
本发明涉及微藻生物处理技术领域，具体涉及一种利用微藻培养净化豆腐废水的研究方法。
背景技术
将一吨大豆加工成豆腐产生约7-10吨废水，废水的化学需氧量(COD)为10-20g/L。对豆腐废水(SPW)处理的研究都集中在厌氧过滤器AF(anaerobic filters)，上流式厌氧污泥流化床(UASB)，序批式反应器(SBR)等工艺。尽管厌氧处理适合于能量回收的高浓度废水的处理，但是方法有几个不足，厌氧处理无法去除生物氮和磷，并且需要不断调节处理过程中液体的碱度。好氧处理过程需要满足COD生物转化要求、脱氮除磷目标以及污泥浓缩要求，而且过程不仅浪费有机碳和养分资源，还会产生CO2和污泥。一个最佳的处理过程应该能够利用有用生物的生产，同时去除有机物，氮和磷的污染物。
豆腐废水(SPW)包含单糖、低聚糖、维生素、有机酸、氨基酸、脂类、乳清蛋白、异黄酮、皂甙、P、Ca、Fe、和其他营养物质[1-2]。一些研究已经探讨了利用膜技术回收寡糖，蛋白质或异黄酮，但这种方法只能回收废水中的一些成分，并留下可能需要进一步处理的废水。
一些研究人员探索了与废水处理相结合的微藻培养方式。这些微藻不仅能够去除污染物，而且产生的脂质，可以被转化成生物柴油[3-5]。由于SPW含有明显的可用的营养物质一般无有毒有害，不能抑制微藻生长，在这样的介质中的油脂微藻培养基可以降低微藻生物柴油的成本。
微藻相对于其他可转化为生物质产品的农植物来说，具有生长率高，适应性强(即使在极其艰苦的条件下仍然可以生长)，并且不会与其他产品竞争，占用土地面积少，产油量高的优点引发人们关注。在光生物反应器中，可以通过微藻利用太阳能固定二氧化碳作为碳源，用自养异养或混合培养方法将机化合物(即葡萄糖和乙酸盐)转化成能量用于生物量生长。混合培养操作具有几个优点，包括消光需求，更高的微藻生长，成本效益的生物质收获，和底物降解在混合条件下，微藻可以通过呼吸和光合作用，同时吸收无机和有机底物，这是自养和异养生长之和。
将微藻生长与废水处理联系在一起，即利用了豆腐废水中丰富的营养物质，而且促进了生物质生产力，达到了双重优化的效果。在光生物反应器中微藻的培养方式有4种，分别为批次培养、批次补料培养、半连续培养、连续培养。批次培养是指在反应器中一次性投入培养液及接种微藻液并在无菌条件下培养一定时间后，一次性放出培养液进行后处理的培养方法。批次补料培养是指先将一定量的培养液装入反应器，在无菌条件下接种微藻液，进行培养，使细胞不断生长，产物不断形成，而此过程中随着营养物质的不断消耗，像系统中补充新的营养成分使细胞进一步生长代谢，直到整个培养结束后取出产物。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术存在的缺陷，提供一种利用微藻培养净化豆腐废水的研究方法。
本发明的技术方案:一种利用微藻培养净化豆腐废水的研究方法，包括如下步骤：
1)、微藻培养：将C.pyrenoidosa在无菌的条件下接种，在250mL锥形瓶中用100mL高压灭菌的SE培养基对C.pyrenoidosa进行培养，然后置于光培养箱中进行培养;
微藻培养条件：光强=25-30μmol photon m-2S-1、光暗比=14：10、温度=25±1℃，培养24h,并且在培养期间间歇式震荡;
2)、豆腐废水预处理：分别收集平衡池SW1和厌氧水解反应器SW2的豆腐废水，在高速冷冻离心机中离心，调节上清液的pH 6-7，在100-121℃高压灭菌20分钟，并在1-4℃保存，获得SW1和SW2废水培养基;
3)、批次培养实验：使用3个500ml锥形烧瓶作为光生物反应器P1、P2和P3，分别加入SW1、SW2废水培养基以及SE培养基，然后向P1、P2和P3中添加C.pyrenoidosa接种藻液培养，用磁力搅拌器将溶液混合;
在光强=27μmol photon m-2S-1、光暗比=14：10、温度=25±1℃下进行培养120h;
4)、批次补料培养实验：使用1个500毫升的锥形烧瓶作为光生物反应器，加入100mL的C.pyrenoidosa接种物与50ml的SW2培养基，用磁力搅拌器将混合溶液混合;在光强=27μmol photon m-2S-1、光暗比=14：10、温度=25±1℃下进行培养24h;
在接下来的四天内，每天在同一时间给微藻添加不同剂量的SW2培养基进行培养，四天的剂量分别为75mL、100mL、0mL、50mL。
所述步骤2)中高速冷冻离心机以10355rpm的转速，离心10分钟。
所述步骤3)在P1中加入100mL的C.pyrenoidosa接种藻液与100mL的SW1废水培养基和70mL的蒸馏水;
在P2中加入100mL的C.pyrenoidosa接种藻液与100mL的SW2废水培养基和70mL的蒸馏水;在P3中，添加170ml的SE培养基与100ml的接种物C。
与现有技术相比，本发明具有的优点：
1)、本发明研究结果表明：通过120h的批次补料培养之后，微藻分别去除77.8±5.7%的可溶性化学需氧量(SCODcr)、88.8±1%的总氮(TN)、89.1±0.6%的铵态氮(NH4+-N)、和70.3±11.4%的总磷(TP)。同时C.pyrenoidosa的平均生物量生产率达到0.64gL-1d-1，平均脂质含量为37.00±9.34%，脂质生产率高达0.40gL-1d-1，高于批次培养的脂质生产率，从而得知批次补料培养最适合豆腐废水培养C.pyrenoidosa。
2)、本发明将废水处理与生物质生产耦合一起，不需要额外补充营养，可以成为具有同步废水利用和具有成本效益的生物质生产的双重战略。