申请日2015.06.12
公开(公告)日2015.08.26
IPC分类号C12R1/89; C12N1/12
摘要
本发明公开了一种利用餐厨废水培养固碳螺旋藻的方法，属于环境工程和微藻培养技术领域。本发明在餐厨废水中加入微量元素制备成微藻培养基，用于培养微藻，基本能达到Zarrouk培养基的效果，减少了化学药品的使用，减少了环境污染，同时降低了微藻生产成本，可用于可持续化微藻生产，同时培养基制备方法简单，餐厨废水不需要灭菌即可用于培养，本发明还实现了餐厨废水的资源化利用，减少了环境污染，餐厨废水中氨氮利用率可达100%，亚硝氮利用可达72.361%，硝氮利用量为7.849%，TN的利用为32.035%，固碳螺旋藻对氮元素的吸收能力为NH4+-N>NO2--N>NO3--N，并且废水中的氮源足够提供螺旋藻的生长;TP利用率为59.140%。
权利要求书
1.一种微藻培养基，其特征在于，所述微藻培养基是在餐厨废水中加入微藻培养所需的微量 元素制成的培养基。
2.根据权利要求1所述的微藻培养基，其特征在于，所述餐厨废水已调整至TN浓度为 100～170mg/L。
3.根据权利要求1所述的微藻培养基，其特征在于，所述微藻为固碳螺旋藻。
4.根据权利要求1所述的微藻培养基，其特征在于，所述微量元素与Zarrouk培养基的微量 元素A5液中的微量元素种类相同。
5.根据权利要求1所述的微藻培养基，其特征在于，所述培养基的pH调整至9.0-10.5。
6.一种固碳微藻的培养方法，其特征在于，所述方法是用在餐厨废水中加入微藻培养所需的 微量元素制成的培养基，来培养固碳微藻。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法是：(1)将餐厨废水调整至TN浓 度为100～170mg/L，然后加入微量元素制成微藻培养基;(2)调节培养基pH至9.0-10.5， 将对数期的藻液接种至含有微藻培养基的光生物反应器中，使初始的OD560值在0.15-0.25， 间歇通入CO2，在光照3000-6000Lux，光暗比为16/8，温度25-30℃的条件下进行培养。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法微量元素为H3BO3、MnCl2、 ZnSO4·7H2O、CuSO4·5H2O、MoO3。
9.利用权利要求1-5任一所述微藻培养基培养得到的微藻。
10.权利要求9所述微藻在食品、饲料、化妆品、药物制备方面的应用。
说明书
一种利用餐厨废水培养固氮螺旋藻的方法
技术领域
本发明涉及一种利用餐厨废水培养固氮螺旋藻的方法，属于环境工程和微藻培养技术领 域。
背景技术
随着化石燃料的燃烧以及汽车尾气的排放，导致以CO2为主的温室气体急剧增加，全球 温室效应加剧等，一系列威胁到人类的生存与发展的环境问题。因此全球的关注焦点在致力 于减少CO2的排放，目前关于减排CO2的技术主要包括物理、化学和生物三种方法，但因微 藻在CO2减排方面存在可以通过光合作用固定CO2合成有机化合物，生长速度快、周期短、 效率高的特点，然而多数研究表明微藻生物燃料的生产是一个高能耗过程，过高的生产成本 使其商业化发展任重道远。在微藻培养过程中，使用化学药品作为微藻培养的营养来源可以 减少培养基的污染，收获生物质的上清液因此可回用于微藻的再培养实现水的再利用。然而， 最新的LCA研究指出50%的能源过分利用及温室气体排放都与化学药品的使用有关。从长远 来看，用化学药品培养微藻不可持续发展。Norsker等报道指出约有7～11%的微藻培养成本来 自于化学药品的使用，其中，氮磷是微藻培养所需的主要化学药品，占80～85%。因此，急需 寻求一些经济可行的营养物资源，尤其是氮磷来实现微藻培养的可持续发展。
除营养物质及能源短缺外，水资源短缺是全球范围内抑制面临的重大问题，废水的资源 化利用迫在眉睫。微藻生长所需的大量元素主要为氮磷，这些营养物质大都可以从市政污水、 工业废水及农业废水中获得。用废水培养微藻在经济和环境上可以实现双赢的目标，是一种 可持续的微藻生产方式。
餐厨垃圾是城市废弃物的重要组成部分，占城市垃圾的50%以上。据中华人民共和国国 家统计局，截止到2013年年底，中国人口数量为13.6亿，城镇常住人口7.31亿人，城镇化 率为53.73%。假设每人每天产生餐厨垃圾0.1～0.15kg，则我国城镇餐厨垃圾日产量将接近 7～11万吨，年产量至少超过2500万吨。餐厨垃圾处理需求巨大，国家“十二五”规划要求，到 2015年餐厨垃圾的处理能力达到3万吨/日，处理设施数量力争达到242座。一方面，经过提 纯处理大量的餐厨垃圾生产可利用的生物柴油等;另一方面，处理餐厨垃圾时必不可少的会 产生大量的餐厨废水。餐厨废水含有丰富的有机物和氮、磷、钾、钙及各种微量元素使其再 利用价值增高，充分利用废水中的氮磷元素来培养微藻成为一种较有发展前景的方式。
发明内容
本发明的主要目的是通过废水资源化利用来降低微藻生产成本，通过在餐厨废水工艺段 中选取好氧区废水，将其作为氮磷来源，进行固碳螺旋藻的批次混养培养。以生物量及叶绿 素a表征固碳螺旋藻的生长情况，以每天检测培养液中的TN、NO3--N、NO2--N、NH4+-N、 TP表征废水中氮磷回收率。
本发明的第一个目的是提供一种微藻培养基，所述培养基是在餐厨废水中加入微藻培养 所需的微量元素制成的培养基。
所述餐厨废水，在本发明的一种实施方式中，其总氮(TN)浓度为100～170mg/L。TN 浓度不在这一范围的，可通过加水或者浓缩等方法进行调节。
所述餐厨废水，在本发明的一种实施方式中，是餐厨好养废水。
所述餐厨废水，在本发明的一种实施方式中，是取自餐厨废水工艺段中好氧区的废水。 在本发明的一种实施方式中，所含的COD、总氮(TN)及总磷(TP)浓度分别在1480～3000、 800～1200、12～46mg/L。
好氧废水的pH大都呈中性。所述微量元素，在本发明的一种实施方式中，与Zarrouk培 养基的微量元素A5液中的微量元素种类相同。
所述微量元素，在本发明的一种实施方式中，在微藻培养基中的终浓度为：H3BO35.72 mg/L、MnCl23.62mg/L、ZnSO4·7H2O 0.44mg/L、CuSO4·5H2O 0.16mg/L、MoO30.02mg/L。
所述微藻培养基，在本发明的一种实施方式中，是将餐厨废水调整至TN浓度为100～170 mg/L，然后加入微量元素H3BO3、MnCl2、ZnSO4·7H2O、CuSO4·5H2O、MoO3，制成微藻培 养基。
所述微藻培养基，在本发明的一种实施方式中，调整pH至9.0-10.5。
所述微藻，在本发明的一种实施方式中，是固碳螺旋藻。
所述微藻，在本发明的一种实施方式中，为固碳螺旋藻FACHB-901(购自中科院水生生 物研究所淡水藻种库)。
本发明的第二个目的是提供一种培养固碳微藻的方法。所述方法是利用按上述任一方法 制备得到的微藻培养基，来培养固碳微藻。
所述方法，在本发明的一种实施方式中，是用来培养螺旋藻。
所述方法，在本发明的一种实施方式中，是：(1)将餐厨废水调整至TN浓度为100～170 mg/L，然后加入微藻培养所需的微量元素，制成微藻培养基;(2)调节培养基pH至9.0-10.5 将对数期的藻液接种至含有微藻培养基的光生物反应器中，使初始的OD560值在0.15-0.25， 间歇通入CO2，在光照3000-6000Lux，光暗比16/8，温度25-30℃的条件下进行培养。
所述通入CO2，提供微藻生长所必须的CO2量即可。在本发明的一种实施方式中，是在 开始培养时通入一次，在培养过程间歇鼓入。
所述餐厨废水，在本发明的一种实施方式中，是取自餐厨废水工艺段中好氧区的废水。
所述光生物反应器，在本发明的一种实施方式中，内置溶氧、pH及CO2探头。可以实时 监测培养液中溶氧、pH值以及反应器液面以上的CO2浓度，同时以曝气的方式通入CO2。
所述光生物反应器，在本发明的一种实施方式中，为10L光生物反应器(有效体积为8.5 L)，于GXZ-380B光照培养箱中进行恒温培养。
所述方法，在本发明的一种实施方式中，具体是：向新鲜稀释的餐厨废水制成的培养基 中(调节pH为9.5～10.5)添加生长至对数期的藻液，使其初始的OD560值在0.2左右，通入 CO2，在培养箱中设置光照为3000Lux，光暗比为16/8，培养箱温度控制在30±1℃。
本发明的有益效果：(1)本发明的微藻培养基用于培养微藻，基本能达到Zarrouk培养 基的效果，减少了化学药品的使用，减少了环境污染，同时降低了微藻生产成本，可用于可 持续化微藻生产;(2)培养基制备方法简单，餐厨废水不需要灭菌即可用于培养;(3)实现 了餐厨废水的资源化利用，减少了环境污染，餐厨废水中氨氮利用率可达100%，亚硝氮利用 可达72.361%，硝氮利用量为7.849%，TN的利用为32.035%，固碳螺旋藻对氮元素的吸收能 力为NH4+-N>NO2--N>NO3--N，并且废水中的氮源足够提供螺旋藻的生长;TP利用率为 59.140%。