專利名稱：基于生活污水低碳排放資源化的微藻油脂生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油脂生產(chǎn)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于生物柴油具有“碳平衡”的特性，因此能夠緩解全球溫室效應(yīng)，而且其污染物 排放水平較石化柴油要低，所以全球近年來生物柴油的產(chǎn)量出現(xiàn)了大幅提高，然而生物柴 油高昂的成本和不足的原料供應(yīng)，阻礙了生物柴油的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。在生物柴油的生產(chǎn) 成本中，原料所占比重最大，一般在70% 80%之間，目前世界各國(guó)主要以植物油或餐飲 廢油作為原料進(jìn)行生物柴油的工業(yè)化生產(chǎn)，這樣生產(chǎn)出來的生物柴油成本較石化柴油高， 在沒有政策傾斜的情況下，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力很低，而且產(chǎn)量也有限，無法滿足不斷增長(zhǎng)的需求。 微藻作為生物能源的原料，早已被提出并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，不過由于光照的限制，藻細(xì)胞的密 度較低，而且藻細(xì)胞粒徑較小，因此收集困難，成本較高，還無法與石化能源等進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高還會(huì)引起廢水排放量的增加，造成嚴(yán)重的水污 染問題。中國(guó)內(nèi)湖以及沿海地區(qū)由于富營(yíng)養(yǎng)化也頻頻出現(xiàn)嚴(yán)重的“赤潮”和“水華”問題，不 僅給水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)帶來了重大的損失，而且也直接威脅到了人民的身體健康。城市污水或工 業(yè)廢水中蘊(yùn)含著豐富的有機(jī)物，傳統(tǒng)的污水處理方法是在無氧或有氧的條件下，單純通過 微生物的氧化作用將有機(jī)化合物最大限度的轉(zhuǎn)化為無機(jī)化合物，其中大部分的C以CO2的 形式被釋放到大氣中去。傳統(tǒng)的污水處理方法，工藝簡(jiǎn)單、處理效率高，處理后的污水可以 直接排放到自然水體中去；但是，傳統(tǒng)的處理方法不能有效的回收利用污水中有機(jī)化合物 所蘊(yùn)含的能量，并且對(duì)于某些含有大量氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的廢水需要進(jìn)行深度處理才能達(dá)到污 水排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在處理過程中會(huì)向大氣中釋放大量的CO2和CH4等溫室氣體，碳的回收率 較低，不利于溫室效應(yīng)的緩解，因而有待于進(jìn)一步的改進(jìn)。目前，生活污水處理過程碳回收率低和微藻油脂成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決生活污水處理過程碳回收率低和微藻油脂成本高的問 題；而提供基于生活污水低碳排放資源化的微藻油脂生產(chǎn)方法?；谏钗鬯吞寂欧刨Y源化的微藻油脂生產(chǎn)方法是按下述步驟進(jìn)行的將經(jīng)一 級(jí)處理(一級(jí)處理也叫預(yù)處理，是通過沉淀、浮選、過濾等物理方法去除污水中的懸浮狀固 體物質(zhì)，或通過凝聚、氧化、中和等化學(xué)方法，使污水中的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和過濃的有毒物質(zhì)，得 到初步凈化。)的廢水進(jìn)行滅菌處理，導(dǎo)入光生物反應(yīng)器中；然后向光生物反應(yīng)器中接種微 藻，以CO2作為曝氣氣源進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)過程先間歇運(yùn)行至微藻對(duì)數(shù)生長(zhǎng)且密度達(dá)到0. 2g/L 以上，然后改為連續(xù)進(jìn)水，連續(xù)進(jìn)水期間控制PH始終保持在5 10，收集出水中的微藻，再 經(jīng)脫水后提取油脂，即得到微藻油脂。在本發(fā)明中，利用微藻處理生活污水，能夠在處理污水的同時(shí)獲得微藻生物質(zhì)，并 從中提取油脂作為生物柴油的原料，從而減低了微藻油脂的生產(chǎn)成本，充分利用碳源，減少對(duì)二次環(huán)境的污染。本發(fā)明中COD、氨氮和總磷的去除率均較高，可以滿足污水綜合排放標(biāo) 準(zhǔn)(GB8978-1996)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明方法的耐沖擊負(fù)荷大，適用于進(jìn)水流量變化較大的 地區(qū)。產(chǎn)生的微藻生物質(zhì)收集后，可以提取油脂，將油脂作為生物柴油的生產(chǎn)原料，并可將 提取油脂后的剩余物進(jìn)行厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣或乙醇，真正達(dá)到廢物的資源化。


圖1是具體實(shí)施方式
i^一中生活污水COD的去除效果圖，圖中_ _表示出 水，-■-表示進(jìn)水，-▲-表示去除率；圖2是具體實(shí)施方式
十一中生活污水總磷的去除效 果圖，圖中- -表示出水，-■-表示進(jìn)水，-A-表示去除率；圖3是具體實(shí)施方式
十一 中生活污水氨氮的去除效果圖，圖中表示出水，表示進(jìn)水，-A-表示去除率； 圖4是具體實(shí)施方式
十一中小球藻的細(xì)胞密度及脂含量圖，圖中-表示脂含量，_ ■ _表 示細(xì)胞密度；圖5是具體實(shí)施方式
十一中不同水力停留時(shí)間時(shí)的脂產(chǎn)率圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式中基于生活污水低碳排放資源化的微藻油脂生產(chǎn)方 法是按下述步驟進(jìn)行的將經(jīng)一級(jí)處理的廢水進(jìn)行滅菌處理，導(dǎo)入光生物反應(yīng)器中；然后 向光生物反應(yīng)器中接種微藻，以CO2作為曝氣氣源進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)過程先間歇運(yùn)行至微藻對(duì) 數(shù)生長(zhǎng)且密度達(dá)到0. 2g/L以上，然后改為連續(xù)進(jìn)水，連續(xù)進(jìn)水期間控制PH始終保持在5 10，收集出水中的微藻，再經(jīng)脫水后提取油脂，即得到微藻油脂。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述廢水為生活污 水、啤酒廢水或糖蜜廢水。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是所述滅菌預(yù)處理 采用高溫高壓、次氯酸鈣、臭氧、Ci2、二氧化氯或紫外線滅菌法進(jìn)行。其它步驟和參數(shù)與具 體實(shí)施方式方式一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是所述微藻為 小球藻、柵藻、集胞藻、螺旋藻或鹽藻。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是所述的CO2 由煙道氣或者空氣提供。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同的是所述CO2曝 氣的速度為0. Ivvm 2vvm。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同的是所述培養(yǎng)過 程中光照強(qiáng)度為IOOOlx 200001x，光暗周期(Iightidark)為8h:16h 24h:0h，光生物 反應(yīng)器內(nèi)溫度為20°C 40°C。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至六之一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同的是光照強(qiáng)度為 30001x，光暗周期(light:dark)為12h: 12h，光生物反應(yīng)器內(nèi)溫度為30°C。其它步驟和參 數(shù)與具體實(shí)施方式
一至六之一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至八之一不同的是所述微藻的 收集方法采用混凝_氣浮法、混凝_沉淀法、離心法或砂濾法進(jìn)行。其它步驟和參數(shù)與具體 實(shí)施方式 一至八之一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至九之一不同的是所述提取油脂方法為氯仿_甲醇法、乙醚-石油醚法、索氏抽提法或電磁脈沖法。其它步驟和參數(shù)與具 體實(shí)施方式一至九之一相同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式中基于生活污水低碳排放資源化的微藻油脂生 產(chǎn)方法是按下述步驟進(jìn)行的將經(jīng)一級(jí)處理(依次經(jīng)格柵、沉淀、調(diào)節(jié)PH處理的)的生活 污水加入次氯酸鈣進(jìn)行滅菌處理，導(dǎo)入光生物反應(yīng)器中；然后向光生物反應(yīng)器中接種小球 藻種液，小球藻初始密度為0. 05g/L，持續(xù)光照，光照強(qiáng)度30001x，光暗周期(light: dark) 為12h:12h，光生物反應(yīng)器內(nèi)溫度為30°C，以空氣作為曝氣氣源進(jìn)行培養(yǎng)，曝氣速率 0. 5vvm(airvolume/culture volume/min)，培養(yǎng)過程先間歇運(yùn)行至微藻對(duì)數(shù)生長(zhǎng)且密度達(dá) 到0. 2g/L，然后改為連續(xù)進(jìn)水，連續(xù)進(jìn)水期間控制PH始終保持在8，通過混凝-氣浮法收集 出水中的微藻，再經(jīng)光照脫水后采用索氏抽提法提取油脂，即得到微藻油脂。由圖1 圖3可知，當(dāng)水力停留時(shí)間在32 96h時(shí)，對(duì)COD的去除率在82% 93%，氨氮的去除率在94% 99%，總磷去除率在89% 98%，均達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn) 一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。與已有污水處理技術(shù)相比，本方法耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，特別適用于污水流量多 變的地區(qū)。由圖4、圖5可知，當(dāng)水力停留時(shí)間為96h時(shí)，細(xì)胞密度為0. 89 0. 94g/L，脂含量 為17 20%，脂產(chǎn)率為39 48mg/(L -d)；當(dāng)水力停留時(shí)間為48h時(shí)，細(xì)胞密度為0. 59 0. 67g/L，脂含量為44% 48%，脂產(chǎn)率最高，可達(dá)156mg/(L · d)；水力停留時(shí)間為32h時(shí)， 細(xì)胞密度為0. 25 0. 30g/L,脂含量為35 % 38 %。脂產(chǎn)率為72 86mg/ (L · d)。
權(quán)利要求
基于生活污水低碳排放資源化的微藻油脂生產(chǎn)方法，其特征在于基于生活污水低碳排放資源化的微藻油脂生產(chǎn)方法是按下述步驟進(jìn)行的將經(jīng)一級(jí)處理的廢水進(jìn)行滅菌處理，導(dǎo)入光生物反應(yīng)器中；然后向光生物反應(yīng)器中接種微藻，以CO2作為曝氣氣源進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)過程先間歇運(yùn)行至微藻對(duì)數(shù)生長(zhǎng)且密度達(dá)到0.2g/L以上，然后改為連續(xù)進(jìn)水，連續(xù)進(jìn)水期間控制pH始終保持在5～10，收集出水中的微藻，再將微藻脫水后提取油脂，即得到微藻油脂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生活污水低碳排放資源化的微藻油脂生產(chǎn)方法，其特征 在于所述廢水為生活污水、啤酒廢水或糖蜜廢水。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于生活污水低碳排放資源化的微藻油脂生產(chǎn)方法，其特征 在于所述滅菌預(yù)處理采用高溫高壓、次氯酸鈣、臭氧、Cl2、二氧化氯或紫外線滅菌法進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于生活污水低碳排放資源化的微藻油脂生產(chǎn)方法，其特征 在于所述微藻為小球藻、柵藻、集胞藻、螺旋藻或鹽藻。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于生活污水低碳排放資源化的微藻油脂生產(chǎn)方法，其特征 在于所述的CO2由煙道氣或者空氣提供。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于生活污水低碳排放資源化的微藻油脂生產(chǎn)方法，其特征 在于所述CO2曝氣的速度為0. Ivvm 2vvm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于生活污水低碳排放資源化的微藻油脂生產(chǎn)方法，其特征 在于所述培養(yǎng)過程中光照強(qiáng)度為IOOOlx 200001X，光暗周期為8h: 16h 24h:0h，光生物 反應(yīng)器內(nèi)溫度為20°C 40°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于生活污水低碳排放資源化的微藻油脂生產(chǎn)方法，其特征 在于光照強(qiáng)度為30001x，光暗周期為12h:12h，光生物反應(yīng)器內(nèi)溫度為30°C
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于生活污水低碳排放資源化的微藻油脂生產(chǎn)方法，其特征 在于所述微藻的收集采用混凝_氣浮法、混凝_沉淀法、離心法或砂濾法進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的基于生活污水低碳排放資源化的微 藻油脂生產(chǎn)方法，其特征在于所述提取油脂方法為氯仿_甲醇法、乙醚_石油醚法、索氏抽 提法或電磁脈沖法。
全文摘要
基于生活污水低碳排放資源化的微藻油脂生產(chǎn)方法，它屬于油脂生產(chǎn)領(lǐng)域。本發(fā)明解決了生活污水處理過程碳回收率低和微藻油脂成本高的問題。本發(fā)明方法如下將經(jīng)一級(jí)處理的廢水進(jìn)行滅菌處理，導(dǎo)入光生物反應(yīng)器中；然后向光生物反應(yīng)器中接種微藻，以CO2作為曝氣氣源進(jìn)行培養(yǎng)，收集出水中的微藻，再經(jīng)脫水后提取油脂，即得到微藻油脂。本發(fā)明的方法具有碳回收率高、油脂的生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明應(yīng)用于生物柴油領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C12P5/02GK101955846SQ20101050970
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者馮玉杰, 劉佳, 張大偉, 李超 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)