CN108911154A在阅
申请日2018.07.16
公开(公告)日2018.11.30
IPC分类号C02F3/32; C02F101/10
摘要
本发明涉及污水处理领域，提供一种生物处理含硼废水并提高微藻油脂产量的方法，包括将含硼废水中的硼浓度控制在≤50mg/L后，接种微藻进行生物处理。本发明利用微藻进行含硼废水处理，仅需8d左右硼的去除率即可达到78%，硼的去除效率高，微藻的硼去除能力可高达3.9mg/g。本发明采用的微藻无需经过人工驯化，成本低，安全环保。同时，本发明所述方法在处理含硼废水的同时还能够有效提高微藻中的油脂产量，本发明所述方法得到的微藻油脂产量可提高77%左右。
权利要求书
1.一种生物处理含硼废水并提高微藻油脂产量的方法，包括以下步骤：将含硼废水中的硼浓度控制在≤50mg/L，接种微藻进行生物处理。
2.根据权利要求1所述生物处理含硼废水并提高微藻油脂产量的方法，其特征在于，所述微藻选自小球藻、栅藻、硅藻、金藻或布朗葡萄藻。
3.根据权利要求1或2所述生物处理含硼废水并提高微藻油脂产量的方法，其特征在于，接种后的含硼废水中微藻的生物量大于0.1g/L。
4.根据权利要求1所述生物处理含硼废水并提高微藻油脂产量的方法，其特征在于，所述生物处理温度为20～28℃。
5.根据权利要求1或4所述生物处理含硼废水并提高微藻油脂产量的方法，其特征在于，所述生物处理时间为7～10d。
6.根据权利要求1所述生物处理含硼废水并提高微藻油脂产量的方法，其特征在于，在所述生物处理时，添加外源碳源至含硼废水中，外源碳源终浓度为5～20g/L。
7.根据权利要求6所述生物处理含硼废水并提高微藻油脂产量的方法，其特征在于，所述外源碳源选自葡萄糖、乙酸钠、蔗糖、麦芽糖和糖蜜中的一种或多种。
说明书
一种生物处理含硼废水并提高微藻油脂产量的方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种生物处理含硼废水并提高微藻油脂产量的方法。
背景技术
含硼废水在工业生产中普遍存在，如，硼酸盐工业、催化材料制备、化肥生产、煤矿开采、核反应堆冷却水、垃圾渗滤液等，硼浓度高达50mg/L甚至100mg/L以上。硼是一种微量元素，对于动植物的生命活动具有重要作用，但硼过量会抑制植物细胞分裂和叶绿素合成，从而影响光合作用;导致动物和人类心血管、神经和消化系统疾病，并且危害生殖系统。废水排放标准要求硼浓度<2.4mg/L，世界卫生组织制定的饮用水标准中要求硼浓度的限值为0.5mg/L。随着人们对硼毒性的认识及相关产业的发展，硼的去除方法逐渐引起人们的关注。
目前，含硼废水的处理以理化方法为主，如：化学沉淀法、离子交换树脂法、反渗透膜技术、电混凝法、吸附法等，或多种方法组合联用。上述处理方法需要消耗大量的化学试剂、电能、膜材料、吸附剂等，因此，硼处理成本偏高，不适合大规模的实际应用。因此，亟需研发一种新型的硼废水处理技术，以解决现有处理方法存在的问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术中含硼废水处理成本偏高、不适宜大规模应用的问题，提供了一种生物处理含硼废水并提高微藻油脂产量的方法，硼去除率高，处理时间短，成本低，同时微藻中的油脂含量也有显著提高。
为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种生物处理含硼废水并提高微藻油脂产量的方法，包括以下步骤：将含硼废水中的硼浓度控制≤50mg/L后，接种微藻进行生物处理。
优选的，所述微藻选自小球藻、栅藻、硅藻、金藻或布朗葡萄藻。
优选的，接种后的含硼废水中微藻的生物量大于0.1g/L。
优选的，所述生物处理温度为20～28℃。
优选的，所述生物处理时间为7～10d。
优选的，在所述生物处理时，添加外源碳源至含硼废水中，外源碳源终浓度为5～20g/L。
优选的，所述外源碳源选自葡萄糖、乙酸钠、蔗糖、麦芽糖和糖蜜中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下优点：
本发明提供了一种生物处理含硼废水并提高微藻油脂产量的方法，包括以下步骤：将含硼废水中的硼浓度控制在≤50mg/L后，接种微藻进行生物处理。本发明利用微藻进行含硼废水处理，仅需8d左右硼的去除率即可达到78%，硼的去除效率高，微藻的硼去除能力可高达3.9mg/g。含硼废水中以硼酸盐为主，并含有少量硝酸盐和磷酸盐，本发明利用微藻能够高效去除硼的性质，对含硼废水进行处理，成本低，安全环保。本发明采用的微藻无需人工驯化，任何微藻均可实现本发明的技术方案，来源简单方便。
同时，本发明所述方法在处理含硼废水的同时还能够有效提高微藻中的油脂产量，当微藻受到不良的外界刺激时，微藻倾向于合成并储存更多的油脂以抵御不良环境，高浓度的硼作为一种环境胁迫条件以促进微藻细胞的油脂合成以及积累过程，同时达到高效去除硼和增加微藻油脂产量的效果。采用本发明所述方法培育的微藻，其油脂产量可提高77%左右。
本发明研究表明，利用微藻处理含硼废水期间，含硼废水中的微藻逐渐变绿，显示微藻在去除硼元素的能力可能与叶绿素有一定的相关性。
具体实施方式
本发明提供了一种生物处理含硼废水并提高微藻油脂产量的方法，包括以下步骤：将含硼废水中的硼浓度控制在≤50mg/L后，接种微藻进行生物处理。
在本发明中，所述含硼废水中的硼浓度优选的控制在10～50mg/L，更优选为25～45mg/L。
本发明研究发现，微藻具有较强的硼元素耐受能力，在较高浓度的含硼废水(50mg/L以下)中能够有效地将硼吸收到藻体内，从而实现含硼废水中硼的高效去除。试验表明，采用微藻去除含硼废水的效率可达到78%，而常规的生物处理含硼废水的硼去除效率仅为35%左右，即微藻的硼去除效率高。
本发明优选的，所述富有微藻选自小球藻、栅藻、硅藻、金藻或布朗葡萄藻等中油脂含量高于14%(质量分数)的微藻;本发明更优选的为富油小球藻，该类富油藻类对硼的耐受能力强、吸附效率好。
本发明对所述微藻的来源无特殊限定，可直接从商业途径购买，无需特异驯化或改良。本发明所述方法采用的原料来源简便易得，成本低，易于大规模推广。
在本发明中，控制含硼废水中的硼元素浓度在≤50mg/L是获得高效的硼去除效果以及产油效率。本发明研究表明，当硼元素浓度在≤25mg/L时对微藻的生长没有任何抑制作用，硼的去除能力随着硼元素浓度的增加而升高;当硼元素浓度超过50mg/L时会显著抑制微藻生长，但是单位质量的微藻除硼能力依旧随着硼浓度的升高而增高，硼去除的总质量仍然保持较高水平，需要进一步延长时间才能达到有效去除大部分硼元素的目的。基于高浓度的硼元素会导致微藻生长受到抑制，无法实现快速高效处理含硼废水的目的，因而将含硼废水中硼元素的浓度控制在≤50mg/L。
本发明对于如何使含硼废水中的硼浓度≤50mg/L没有特殊限定，采用本领域已知的方式即可，比如加水稀释或浓缩等。
当含硼废水中的硼浓度为≤50mg/L后即可接种微藻，本发明优选的使接入微藻后的含硼废水中生物量大于0.1g/L，以便微藻能够快速发挥去除硼元素的作用。如果微藻的接种量过低，还需要进行一定时间的微藻增殖，会延长含硼废水处理时间，增加成本。
自接种微藻时起，即进入生物处理阶段。本发明优选的，所述生物处理的温度为20～28℃，更优选为25℃;所述生物处理时间为7～10d，更优选为8d。
微藻可以利用光进行光合作用自养，也可以利用有机碳源进行异养。含硼废水中除了高浓度的硼元素外还含有氮和磷等营养成分，供微藻进行异养反应。为了加快含硼废水的处理效率，本发明优选的在生物处理时额外添加一定量的外源碳源作为补充，能够增强微藻处理含硼废水的效率，缩短处理时间。
本发明优选的外源碳源按照5～20g/L的比例添加至含硼废水中，更优选浓度为10～15g/L。本发明所述的外源碳源包括但不限于葡萄糖、乙酸钠、蔗糖、麦芽糖和糖蜜，可以为一种也可以为多种碳源的组合，本发明对此无特殊限定。
本发明所述方法在提高微藻油脂产量中的应用。含硼废水中的高浓度硼可作为对微藻的不良刺激，微藻在不良刺激下倾向于合成更多的油脂以抵御不良环境，因而本发明所述方法可同时实现硼的高效去除以及微藻油脂产量的提高。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
以BG11培养基为基础，其中B浓度(以BO33--B计)为0.5mg/L，添加小球藻(Chlorella regularis var.minima)为实验藻种使其初始生物量为0.1g/L，添加10g/L葡萄糖作为碳源，在25℃条件下进行异养培养。
培养过程中生物量逐渐增加，第3天后趋于稳定，培养6天后达到最大生物量，最大生物量为3.8g/L，硼的去除率达到78%，小球藻的除硼能力为0.1mg/g。油脂含量为20%，油脂产量为0.7g/L。
所述小球藻的除硼能力是指单位质量下的小球藻在含硼废水处理期间内能够去除的硼的质量。计算公式如下：
除硼能力(mg/g)=[初始硼浓度(mg/L)-处理后硼浓度(mg/L)]/[处理后微藻浓度(g/L)-初始微藻浓度(g/L)]
实施例2
以BG11培养基为基础进行调整，其中B浓度(以BO33--B计)为10mg/L，添加小球藻Chlorella regularis var.minima(购自中国科学院淡水藻种库)为实验藻种使其初始生物量为0.1g/L，添加10g/L葡萄糖作为碳源，在25℃条件下进行异养培养。
培养过程中生物量逐渐增加，第3天后趋于稳定，培养6天后达到最大生物量，最大生物量为3.8g/L，硼的去除率达到34%，小球藻的除硼能力为1.0mg/g。油脂含量为23%，油脂产量为0.9g/L。微藻生长基本未受到影响，与实施例1相比，生物量无明显变化，硼的去除能力提高了9倍，油脂含量提高了15%，油脂产量提高了29%。
实施例3
以BG11培养基为基础进行调整，其中B浓度(以BO33--B计)为25mg/L，添加小球藻Chlorella regularis为实验藻种使其初始生物量为0.1g/L，添加10g/L葡萄糖作为碳源，在25℃条件下进行异养培养。
培养过程中生物量逐渐增加，第3天后趋于稳定，培养6天后达到最大生物量，最大生物量为3.9g/L，硼的去除率达到33%，小球藻的除硼能力为2.8mg/g。油脂含量为34%，油脂产量为1.3g/L。微藻生长基本未受到影响，与实施例1相比，生物量略有增加，增加了3%;硼的去除能力提高了27倍，油脂含量提高了70%，油脂产量提高了86%。
实施例4
以BG11培养基为基础进行调整，其中B浓度(以BO33--B计)为50mg/L，添加小球藻Chlorella regularis为实验藻种使其初始生物量为0.1g/L，添加10g/L葡萄糖作为碳源，在25℃条件下进行异养培养。
培养过程中生物量逐渐增加，第3天后趋于稳定，培养6天后达到最大生物量，最大生物量为1.9g/L，硼的去除率达到14%，小球藻的除硼能力为3.9mg/g。油脂含量为37%，油脂产量为0.7g/L。微藻生长受到了一定影响，与实施例1相比，生物量减少了50%;硼的去除能力提高了38倍，油脂含量提高了85%，油脂产量无明显增加。
通过实施例1～4的比较，发现在硼浓度为≤50mg/L范围内，微藻的除硼能力与硼浓度直接相关，硼浓度越高，单位质量微藻去除硼的能力越强，最高达到3.9mg/g。随着硼浓度增加，微藻油脂含量逐渐增加，最高达到37%。在硼浓度在≤25mg/L时，微藻生长基本不受影响，当硼浓度增加至50mg/L时，微藻生长受到明显抑制，但仍能保持较高的硼去除能力，说明微藻对硼的耐受浓度最高可达50mg/L。
上述实施例表明，利用微藻去除硼同时生产生物柴油的技术是可行的，处理的废水中硼浓度可高达50mg/L，微藻的硼去除能力可高达3.9mg/g。微藻油脂含量可提高到37%，油脂产量最高达到1.3g/L。实施例中所用微藻藻种未经过驯化处理，可通过藻种驯化、提高接种浓度、培养条件优化等手段进一步提高硼的去除效率和油脂产量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。