專(zhuān)利名稱(chēng)：沼氣發(fā)酵和自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)的耦合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將沼氣發(fā)酵的沼液利用及沼氣凈化和自養(yǎng)型淡水微藻培 養(yǎng)相偶聯(lián)的方法，專(zhuān)用于沼氣發(fā)酵和自養(yǎng)型淡水微藻的培養(yǎng)。
背景技術(shù)：
自養(yǎng)型微藻可在光合作用下固定C02，并利用無(wú)機(jī)氮、磷等無(wú)機(jī)鹽為營(yíng)養(yǎng)
源，具有光合作用效率高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、生長(zhǎng)周期短、生物產(chǎn)量高的特 點(diǎn)，是理想的生物質(zhì)能源材料。微藻，特別是油脂含量較高的富油微藻的綜 合開(kāi)發(fā)和利用已成為許多國(guó)家開(kāi)源節(jié)能、化害為利和保護(hù)環(huán)境的重要措施。
自養(yǎng)型微藻的各種無(wú)機(jī)鹽占到其總成本的60%以上，若能采用成本低廉的培 養(yǎng)技術(shù)，將會(huì)大大促進(jìn)自養(yǎng)型微藻的規(guī)?；囵B(yǎng)應(yīng)用步伐。
沼氣發(fā)酵已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于廢棄生物質(zhì)的利用上。沼氣中約含60%的甲 垸，其它氣體主要為C02，含量在30 40%之間，優(yōu)質(zhì)成品沼氣需去除這部分 C02。沼氣發(fā)酵后的沼液一般作為廢棄物處理，由于沼液中含有較高含量的氮 磷無(wú)機(jī)鹽，直接排放污染環(huán)境。故若把沼氣發(fā)酵和自養(yǎng)型淡水微藻的培養(yǎng)兩 個(gè)體系進(jìn)行偶聯(lián)，即利用沼氣發(fā)酵的沼液作為自養(yǎng)型淡水微藻的培養(yǎng)基，同 時(shí)把沼氣中的C02作為自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)的C02來(lái)源，既解決了自養(yǎng)型淡 水微藻培養(yǎng)的培養(yǎng)基成本問(wèn)題，又提高了沼氣的純度與質(zhì)量，還減少了沼液 的環(huán)境污染，達(dá)到改善環(huán)境、增加經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益的目的。
目前國(guó)內(nèi)外合理利用沼氣發(fā)酵的廢氣廢液培養(yǎng)自養(yǎng)型淡水微藻，將兩個(gè) 過(guò)程合理偶聯(lián)的研究處于空白階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供將沼氣發(fā)酵和自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)過(guò)程相耦合的方 法。針對(duì)自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)基的高成本問(wèn)題及沼氣發(fā)酵的廢氣廢液?jiǎn)栴}而提出 一種構(gòu)建兩者耦合培養(yǎng)體系的方法。 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案進(jìn)行實(shí)施
為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用沼氣發(fā)酵和自養(yǎng)型淡水微藻光合培養(yǎng)同時(shí) 進(jìn)行的方法，包括沼氣的發(fā)酵、沼液的處理、自養(yǎng)型淡水微藻的接種和沼氣 的引入、自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)控制、自養(yǎng)型淡水微藻細(xì)胞的收獲，其特征在 于
1) 沼氣發(fā)酵發(fā)酵獲得沼氣和沼液；
2) 沼液的處理取經(jīng)沼氣發(fā)酵后得到的沼液，過(guò)濾去除殘余的固體顆粒， 以水稀釋為原濃度的25%~100%，作為自養(yǎng)型淡水微藻的全營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基；
3) 自養(yǎng)型淡水微藻的接種和沼氣的引入將處理后的沼液裝入自養(yǎng)型淡水 微藻培養(yǎng)用的光生物反應(yīng)器，接入新鮮擴(kuò)培的自養(yǎng)型淡水微藻藻種，將沼 氣從反應(yīng)器底部引入反應(yīng)器；
4) 自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)控制自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)早期光照強(qiáng)度為1000Lx 2000Lx，到培養(yǎng)中后期增大光強(qiáng)到4000Lx 8000Lx，間歇或24h連續(xù)光照；
5) 自養(yǎng)型淡水微藻細(xì)胞的收獲藻細(xì)胞生長(zhǎng)停滯后，停止光照通氣，收集 藻細(xì)胞后，
去除藻細(xì)胞中的水分。
本發(fā)明可采用絮凝、過(guò)濾或離心的方法收集藻細(xì)胞，可采用室外晾曬、低 溫烘箱烘干、噴霧干燥或冷凍干燥的方法去除藻細(xì)胞中的水分。
本發(fā)明培養(yǎng)的自養(yǎng)型淡水微藻包括來(lái)自于淡水域等野生環(huán)境或馴化后的 自養(yǎng)型淡水微藻，也可于各大藻種保藏中心或市售獲得。如小球藻、柵藻、 微藻iVeoc/z/on,s o/eoaZ>wm/am\ J"Ai欲06ifefmws /wez^o6raimz7等。
上述耦合培養(yǎng)體系具體培養(yǎng)方法可按以下步驟進(jìn)行
1) 沼氣發(fā)酵按常規(guī)沼氣發(fā)酵方法獲得沼氣和沼液，如將人畜糞，生活 垃圾等廢棄生物質(zhì)和水混合，接入?yún)捬趸钚晕勰啵?5"C厭氧發(fā)酵10 20天， 獲得沼氣和沼液。
2) 沼液的處理取沼氣發(fā)酵后的沼液，過(guò)濾去除殘余的固體顆粒，以水稀 釋為原濃度的25%~100%，作為自養(yǎng)型淡水微藻的全營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基。
3) 自養(yǎng)型淡水微藻的接種和沼氣的引入將處理后的沼液裝入自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)用的光生物反應(yīng)器，接入新鮮擴(kuò)培的自養(yǎng)型淡水微藻藻種，將沼 氣從反應(yīng)器底部引入反應(yīng)器，經(jīng)藻細(xì)胞吸收后的沼氣再通入下一級(jí)反應(yīng)器。 共經(jīng)自養(yǎng)型淡水微藻3 5次吸收后的沼氣作為能源使用。
4) 自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)控制采取光照強(qiáng)度由弱至強(qiáng)的順序，在自養(yǎng)型淡
水微藻對(duì)數(shù)生長(zhǎng)前期光照強(qiáng)度為1000Lx 2000Lx，進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期后增大 到4000Lx 8000Lx。間歇或24h連續(xù)光照，間隔1~2天取樣測(cè)定生物量及 總油脂含量。
5) 自養(yǎng)型淡水微藻細(xì)胞的收獲藻細(xì)胞的生物量和總油脂含量不再增加時(shí)， 停止通氣光照，用絮凝、過(guò)濾或離心的方法收集藻細(xì)胞?？梢允彝饬罆?、 低溫烘箱烘干、噴霧干燥或冷凍干燥的方法去除藻細(xì)胞中的水分，測(cè)干重 及總油脂含量。
本發(fā)明的有益效果將沼氣發(fā)酵和自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)過(guò)程相偶聯(lián)。即把 沼氣發(fā)酵副產(chǎn)品C02和沼液合理利用，用來(lái)培養(yǎng)自養(yǎng)型淡水微藻。沼氣發(fā)酵 的沼液作為自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)的培養(yǎng)基；沼氣通入自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)基，
其中的C02作為自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)所需的C02來(lái)源。本發(fā)明大大降低了自
養(yǎng)型淡水微藻的生產(chǎn)成本，使沼氣得到凈化(CH4的含量從60%提高到95% 以上)，又解決了沼液的后處理問(wèn)題。沼氣發(fā)酵的產(chǎn)物沼氣及藻細(xì)胞里的生物 質(zhì)能量皆為利用廢物再生的清潔型新能源，且部分微藻細(xì)胞可產(chǎn)生不飽和脂 肪酸、活性多糖等高附加值產(chǎn)物。本發(fā)明達(dá)到了改善環(huán)境、增加經(jīng)濟(jì)、社會(huì) 和生態(tài)效益的目的。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法做進(jìn)一步說(shuō)明。


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圖1為多級(jí)光生物反應(yīng)器示意圖。 圖中，l-5分別為光生物反應(yīng)器。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l
本實(shí)施例的微藻A^ocWo^ o/eoa^"&ra(購(gòu)自美國(guó)UTEX藻種保藏中心，t/7EA^/7S5)為自養(yǎng)型淡水^"，在BGll培養(yǎng)基中總油脂含量可達(dá)干生物量的 45%以上，為富油微藻。采用沼氣和沼液為A^oc/2/o&o/eoa^"^ms的全部營(yíng) 養(yǎng)源，在室溫室內(nèi)小型管道式光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)藻細(xì)胞。該藻已經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)可在此條件下生存。其步驟如下A:沼氣發(fā)酵——將人畜糞，生活垃圾等廢棄生物質(zhì)和水以1: 19混合，接入30%的厭氧活性污泥，35'C厭氧發(fā)酵25天，獲得沼氣和沼液，沼氣經(jīng)管道引 入光生物反應(yīng)器，沼液經(jīng)處理后作為培養(yǎng)基。B:沼液的處理——取沼氣發(fā)酵后的沼液，以脫脂棉過(guò)濾法去除殘余的固體顆粒，分別以自來(lái)水稀釋為原濃度的100%， 75%， 50%， 25%作為該微藻的培 養(yǎng)基，以BG11培養(yǎng)基作為對(duì)照培養(yǎng)基。比較上述稀釋度下的沼液培養(yǎng)基和對(duì) 照培養(yǎng)基在生物量OD,及總油脂含量間的差別，并確定最適沼液稀釋比例。 C:微藻的接種和沼氣的分級(jí)引入——將處理后的沼液裝入微藻培養(yǎng)用的光生 物反應(yīng)器，接入新鮮擴(kuò)培的A^ocWoni o/eoa6w"&ra藻種至OD68()為0.8-1.0， 將沼氣從反應(yīng)器底部引入反應(yīng)器，反應(yīng)器為五級(jí)串聯(lián)排列(如圖l所示)，經(jīng) 藻細(xì)胞吸收后的沼氣再通入下一級(jí)反應(yīng)器，共經(jīng)藻細(xì)胞5次吸收后的沼氣直 接作為能源使用。D:培養(yǎng)控制——室溫下以日光燈為光源光照光生物反應(yīng)器中的藻細(xì)胞，在藻 細(xì)胞培養(yǎng)的前3天光照強(qiáng)度為1000Lx，后7天增大光照強(qiáng)度到6000Lx。 24h 連續(xù)光照和通入沼氣。E:藻細(xì)胞的收獲——藻細(xì)胞生物量不再增加時(shí)，停止光照通氣，5000r/min 離心收集藻細(xì)胞，5(TC烘干后測(cè)干重及總油脂含量。以上步驟中iVeoc/z/o/ls 的培養(yǎng)溫度為室溫22。C左右；凈化后沼氣中的甲垸含量從60%增至96。/。左右，C02含量從35%降到4%以下；50% 的沼液廢水為最優(yōu)培養(yǎng)條件，此時(shí)藻細(xì)胞干重達(dá)到5.5g/L以上，為對(duì)照培養(yǎng) 基的80%左右；總油脂含量達(dá)到干生物量的50%左右，和對(duì)照培養(yǎng)基相當(dāng)。實(shí)施例2以光合自養(yǎng)型的^"h'欲o^ymws p"w^^raww7 (購(gòu)自美國(guó)UTEX藻種保藏 中心，LTEA^Z^"卵)為微藻藻種，采用沼氣和沼液為該藻的全部營(yíng)養(yǎng)源，在室溫室內(nèi)小型管道式光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)藻細(xì)胞。該藻已經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)可以 沼液為唯一培養(yǎng)基生存，為富油微藻。其步驟如下A:沼氣發(fā)酵——將水葫蘆，人畜糞，生活垃圾等廢棄生物質(zhì)和水以1: 20混合，以10%的重量比例接入?yún)捬趸钚晕勰啵?5'C厭氧發(fā)酵20天，以獲得沼氣和沼液。沼氣經(jīng)管道引入光生物反應(yīng)器，沼液經(jīng)處理后作為培養(yǎng)基。B:沼液的處理——取沼氣發(fā)酵后的沼液，以脫脂棉過(guò)濾法去除殘余的固體顆粒，分別以自來(lái)水稀釋為原濃度的100%, 75%， 50%， 25%作為^"H^racfeswms 戸w^6ra"m7的培養(yǎng)基，以BGll培養(yǎng)基作為對(duì)照培養(yǎng)基。比較上述稀釋度下 的沼液培養(yǎng)基和對(duì)照培養(yǎng)基在生物量OD68。及總油脂含量間的差別，并確定最 適沼液稀釋比例。C:微藻的接種和沼氣的分級(jí)引入——將處理后的沼液裝入微藻培養(yǎng)用的光生 物反應(yīng)器，接入新鮮擴(kuò)配的^2h'Wrafl^w^ ;wewcfoZ)ra"m'f藻種至OD680為 0.8~1.0。將原始沼氣從底部引入反應(yīng)器底部，反應(yīng)器為四級(jí)串聯(lián)排列，原始 沼氣經(jīng)藻細(xì)胞吸收2天后作為二次沼氣引入下一級(jí)反應(yīng)器，共經(jīng)4次吸收后 的沼氣直接作為能源使用。D:培養(yǎng)控制——室溫下開(kāi)燈給光生物反應(yīng)器中的藻細(xì)胞以光照。在藻細(xì)胞9 天的培養(yǎng)周期內(nèi)光照強(qiáng)度從1000Lx逐漸增加到8000Lx (在藻細(xì)胞生長(zhǎng)的前 兩天，光照強(qiáng)度為1000Lx;第3~4天增加為5000 Lx;第5~9天增加為8000Lx)。 以16: 8的光照光暗周期供光。沼氣的通入采取24h不間斷的方法。 E:藻細(xì)胞的收獲——藻細(xì)胞生物量不再增加時(shí)，停止光照通氣，5000r/min 離心收集藻細(xì)胞，50'C烘干后測(cè)干重及總油脂含量。以上步驟中藻細(xì)胞的培養(yǎng)溫度為25'C左右，凈化后沼氣中的甲烷含量從 60%增至95%以上，C02含量從35。/。降到5%以下。50%的沼液廢水為最優(yōu)培 養(yǎng)條件，藻細(xì)胞的干重達(dá)到6.0g/L培養(yǎng)基，為對(duì)照培養(yǎng)基的85%左右?？傆?脂含量達(dá)到干生物量的45%左右，和對(duì)照培養(yǎng)基相當(dāng)。
權(quán)利要求
1. 一種沼氣發(fā)酵和自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)的耦合方法，將沼氣發(fā)酵和自養(yǎng)型淡水微藻光合培養(yǎng)同時(shí)進(jìn)行，其特征在于1)沼氣發(fā)酵發(fā)酵獲得沼氣和沼液；2)沼液的處理取經(jīng)沼氣發(fā)酵后得到的沼液，過(guò)濾去除殘余的固體顆粒，以水稀釋為原濃度的25％～100％，作為自養(yǎng)型淡水微藻的全營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基；3)自養(yǎng)型淡水微藻的接種和沼氣的引入將處理后的沼液裝入自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)用的光生物反應(yīng)器，接入新鮮擴(kuò)培的自養(yǎng)型淡水微藻藻種，將沼氣從反應(yīng)器底部引入反應(yīng)器；4)自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)控制自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)早期光照強(qiáng)度為1000Lx～2000Lx，到培養(yǎng)中后期增大光強(qiáng)到4000Lx～8000Lx，間歇或24h連續(xù)光照；5)自養(yǎng)型淡水微藻細(xì)胞的收獲藻細(xì)胞生長(zhǎng)停滯后，停止光照通氣，收集藻細(xì)胞后，去除藻細(xì)胞中的水分。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的沼氣發(fā)酵和自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)的耦合方法，其特 征在于采用絮凝、過(guò)濾或離心的方法收集藻細(xì)胞。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的沼氣發(fā)酵和自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)的耦合方法，其特 征在于采用室外晾曬、低溫烘箱烘干、噴霧干燥或冷凍干燥的方法去除藻細(xì) 胞中的水分。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)保和新技術(shù)能源領(lǐng)域，公開(kāi)一種沼氣發(fā)酵和自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)的耦合方法，其特征在于采用沼氣發(fā)酵和自養(yǎng)型淡水微藻光合培養(yǎng)同時(shí)進(jìn)行的方法，包括沼氣的發(fā)酵、沼液的處理、自養(yǎng)型淡水微藻的接種和沼氣的引入、自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)控制、自養(yǎng)型淡水微藻細(xì)胞的收獲。本發(fā)明采用沼氣發(fā)酵過(guò)程和光合自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)相偶聯(lián)的方法，以沼液作為自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)的培養(yǎng)基，沼氣中的CO₂作為自養(yǎng)型淡水微藻培養(yǎng)所需的CO₂來(lái)源，大大降低了自養(yǎng)型淡水微藻的生產(chǎn)成本，又解決了沼氣的凈化和沼液的后處理問(wèn)題。
文檔編號(hào)C12P5/02GK101285075SQ20081002425
公開(kāi)日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2008年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月27日
發(fā)明者何若平, 華 周, 應(yīng)漢杰, 環(huán) 李, 歐陽(yáng)平凱, 萍 韋, 和 黃 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)