本發(fā)明屬于工業(yè)污水處理領域，具體涉及一種異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液再利用的方法。

背景技術：

小球藻(Chlorella)可以用來生產(chǎn)不飽和脂肪酸、小球藻蛋白、小球藻生長因子等高價值提取產(chǎn)物。由于光照效率的影響，小球藻自養(yǎng)培養(yǎng)最大生物量僅能達到2g/L、生產(chǎn)效率比較低、小球藻培養(yǎng)液深度不能超過50cm、導致占地面積比較大。相反異養(yǎng)小球藻(Heterotrophic chlorella)采用工業(yè)化發(fā)酵方法進行培養(yǎng)，使用傳統(tǒng)發(fā)酵罐即可進行生產(chǎn)，由于不需要光照，理論上所用發(fā)酵罐可以無限大，而異養(yǎng)小球藻最大生物量可以達到60g/L以上，生產(chǎn)效率比自養(yǎng)小球藻大大提高。

異養(yǎng)小球藻雖然生產(chǎn)效率比自養(yǎng)狀態(tài)下得到了極大的提高，但是發(fā)酵液含水量仍然高達80％以上，直接進行下游提取，會導致過程成本較高。目前的處理方法是對異養(yǎng)小球藻進行固液分離，僅對固相(小球藻細胞)部分進行有效成分提取，而液相(上清液)則需要排掉。小球藻發(fā)酵液中COD往往高達20000mg/L以上，直接排放環(huán)保壓力較大。影響COD的主要成分包括了小球藻細胞、小球藻代謝產(chǎn)物、培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)等。

工業(yè)發(fā)酵方法培養(yǎng)異養(yǎng)小球藻，培養(yǎng)基中加入了部分營養(yǎng)鹽，通常包括磷酸二氫鉀、，硫酸鎂、氯化鈣、磷酸氫二鉀、硫酸亞鐵、硫酸鋅、氯化錳、鉬酸鈉等，這些營養(yǎng)鹽對異養(yǎng)小球藻細胞保持正常酶活起到不可或缺的作用。但異養(yǎng)小球藻對營養(yǎng)鹽需求極小，采用連續(xù)發(fā)酵或半連續(xù)發(fā)酵培養(yǎng)異養(yǎng)小球藻，通常培養(yǎng)數(shù)罐后才再次補加營養(yǎng)鹽，而過程中基本上只需要補加碳源和氮源即可。因此，異養(yǎng)小球藻的發(fā)酵廢液再次利用有利于營養(yǎng)鹽的循環(huán)使用，當然也可以根據(jù)需要適當補充碳源、氮源、營養(yǎng)鹽。

小球藻生長因子C.G..F(Chlorella Growth Facter)是小球藻所獨有的活性成分，能夠刺激細胞的生長、增殖。小球藻采用工業(yè)方法進行異養(yǎng)培養(yǎng)，不可避免的會出現(xiàn)其他工業(yè)微生物發(fā)酵過程中出現(xiàn)的自溶，這樣會導致C.G..F從異養(yǎng)小球藻胞內(nèi)逃逸到胞外，在發(fā)酵廢液再次利用時對微生物細胞起到刺激生長的作用。

隨著水資源緊缺的加劇，加強水資源的循環(huán)利用是減輕污染和實現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑。小球藻發(fā)酵廢液處理的傳統(tǒng)方法是滅活、過濾后直接送往污水處理廠，既增加了污水處理的成本，又無法對廢液中的C.G..F、各種營養(yǎng)物質(zhì)進行有效利用，導致了巨大的浪費。而通過對異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液進行再利用，既減輕了環(huán)境污染壓力，又實現(xiàn)了有機廢水的資源化利用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提出的一種對異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液進行綜合利用和循環(huán)利用，從而實現(xiàn)節(jié)約水資源，減少污染排放的方法。

一種異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液再利用的方法，異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液再利用是按照如下步驟進行的：

1)使用異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液作為配料用水配制發(fā)酵培養(yǎng)基；

2)將得到的發(fā)酵培養(yǎng)基進行高溫高壓滅菌處理并降溫；

3)微生物接種；

4)發(fā)酵；

一種異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液再利用的方法，異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液是指發(fā)酵結束后的離心上清液、發(fā)酵液使用酶解方法對菌體破壁并離心后得到的上層液體、發(fā)酵失敗經(jīng)滅菌得到的廢液。

一種異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液再利用的方法，作為配料用水的異養(yǎng)小球藻廢液使用比例為總配料用水體積的1-100％。

一種異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液再利用的方法，所用發(fā)酵培養(yǎng)基配方為，葡萄糖1-30g/100mL、酵母粉0.1-3g/100mL。

一種異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液再利用的方法，高溫高壓滅菌處理指的是120℃、0.15mpa、30min滅菌或使用噴射加熱器100-120℃連續(xù)噴射滅菌。

一種異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液再利用的方法，所述微生物指異養(yǎng)小球藻、產(chǎn)油酵母、釀酒酵母等，接種比例為10-20％。

本發(fā)明的有益之處在于：

本發(fā)明有效地解決異養(yǎng)小球藻工業(yè)廢水資源化利用，減少了有機廢水對環(huán)境的破壞，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

附圖說明

圖1是在異養(yǎng)小球藻發(fā)酵上清液占配料用水30％、葡萄糖3g/100mL、酵母粉0.3g/100mL條件下，經(jīng)滅菌實消并降溫后，接入10％異養(yǎng)小球藻種子，在50L發(fā)酵罐補料發(fā)酵情況；

圖2是在異養(yǎng)小球藻發(fā)酵液使用酶解方法破壁離心以后得到的上層液體占配料用水20％、葡萄糖3g/100mL、酵母粉0.3g/100mL條件下，經(jīng)滅菌實消并降溫后，接入10％異養(yǎng)小球藻種子，在50L發(fā)酵罐補料發(fā)酵情況；

圖3是在異養(yǎng)小球藻發(fā)酵上清液占配料用水100％、葡萄糖30g/100mL、酵母粉0.3g/100mL條件下，經(jīng)滅菌實消并降溫后，接入10％釀酒酵母種子，在2L搖瓶發(fā)酵情況；

圖4是在異養(yǎng)小球藻發(fā)酵液使用酶解方法破壁離心以后得到的上層液體占配料用水100％、葡萄糖30g/100mL、酵母粉3g/100mL條件下，經(jīng)滅菌實消并降溫后，接入10％釀酒酵母種子，在2L搖瓶發(fā)酵情況；

圖5是在異養(yǎng)小球藻發(fā)酵上清液占配料用水30％、葡萄糖10g/100mL、酵母粉1g/100mL條件下，經(jīng)滅菌實消并降溫后，接入10％產(chǎn)油酵母種子，在50L發(fā)酵罐補料發(fā)酵情況；

圖6是在異養(yǎng)小球藻發(fā)酵液使用酶解方法破壁離心以后得到的上層液體占配料用水30％、葡萄糖60g/100mL、酵母粉1g/100mL條件下，經(jīng)滅菌實消并降溫后，接入10％產(chǎn)油酵母種子，在50L發(fā)酵罐補料發(fā)酵情況；

圖7是在異養(yǎng)小球藻發(fā)酵失敗后的發(fā)酵液占配料用水100％、葡萄糖10g/100mL、酵母粉1g/100mL條件下，經(jīng)滅菌實消并降溫后，接入100％釀酒酵母種子，在2L搖瓶發(fā)酵情況；

具體實施方式

本發(fā)明為異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液再利用的方法，該技術的關鍵在于利用異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液代替自來水，配制發(fā)酵培養(yǎng)基，并通過發(fā)酵的方式實現(xiàn)了廢液的資源化利用的方法。

具體步驟如下

一、使用異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液作為配料用水配制發(fā)酵培養(yǎng)基；二、將得到的發(fā)酵培養(yǎng)基進行高溫高壓滅菌處理；三、微生物接種；四、發(fā)酵；

所述的異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液是指發(fā)酵結束后的離心上清液、發(fā)酵液使用酶解方法對菌體破壁并離心后得到的上層液體、發(fā)酵失敗經(jīng)滅菌得到的廢液。。

所述作為配料用水的異養(yǎng)小球藻廢液使用比例為占總配料用水體積的1-100％。

所用發(fā)酵培養(yǎng)基配方為，葡萄糖1-30g/100mL、酵母粉0.1-3g/100mL。

高溫高壓滅菌處理指的是120℃、0.15mpa、30min滅菌或使用噴射加熱器100-120℃連續(xù)噴射滅菌。

所述微生物指異養(yǎng)小球藻、產(chǎn)油酵母、釀酒酵母等，接種比例為10-20％。

下面通過實施例并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。

實例1

對在異養(yǎng)小球藻發(fā)酵上清液占配料用水30％、葡萄糖3g/100mL、酵母粉0.3g/100mL條件下，異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液對異養(yǎng)培養(yǎng)小球藻的影響，結果見圖1所示。

經(jīng)過256h的異養(yǎng)間歇補料流加培養(yǎng)，葡萄糖在發(fā)酵前48h利用得較為緩慢，而過了48h后，葡萄糖消耗迅速，每間隔12h就應補料，在發(fā)酵240h細胞干重質(zhì)量濃度達到平衡。在整個發(fā)酵過程中細胞干重質(zhì)量濃度在不斷提升，表明異養(yǎng)小球藻發(fā)酵上清液適用于異養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)高密度的小球藻。

實施例2

對在異養(yǎng)小球藻發(fā)酵液使用酶解方法破壁離心以后得到的上層液體占配料用水20％、葡萄糖3g/100mL、酵母粉0.3g/100mL條件下，異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液對異養(yǎng)培養(yǎng)小球藻的影響，結果見圖2所示。

經(jīng)過256h的異養(yǎng)間歇補料流加培養(yǎng)，葡萄糖在發(fā)酵前48h利用得較為緩慢，而過了48h后，葡萄糖消耗迅速，每間隔12h就應補料，在發(fā)酵240h細胞干重質(zhì)量濃度達到最大值。在整個發(fā)酵過程中細胞干重質(zhì)量濃度在不斷提升，表明異養(yǎng)小球藻發(fā)酵液使用酶解方法破壁離心后得到的上層液體適用于異養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)高密度的小球藻。

實例3

對在異養(yǎng)小球藻發(fā)酵上清液占配料用水100％、葡萄糖30g/100mL、酵母粉0.3g/100mL條件下，異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液對厭氧培養(yǎng)釀酒酵母的影響，結果見圖3所示。

經(jīng)過114h的厭氧培養(yǎng)，在整個發(fā)酵過程中乙醇含量在不斷提升，表明異養(yǎng)小球藻發(fā)酵上清液適用于厭氧培養(yǎng)釀酒酵母。

實例4

對在異養(yǎng)小球藻發(fā)酵液使用酶解方法破壁離心以后得到的上層液體占配料用水100％、葡萄糖30g/100mL、酵母粉0.3g/100mL條件下，異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液對厭氧培養(yǎng)釀酒酵母的影響，結果見圖4所示。

經(jīng)過114h的厭氧培養(yǎng)，在整個發(fā)酵過程中乙醇含量在不斷提升，表明異養(yǎng)小球藻發(fā)酵液使用酶解方法破壁離心后得到的上層液體適用于厭氧培養(yǎng)釀酒酵母。

實例5

對在異養(yǎng)小球藻發(fā)酵上清液占配料用水30％、葡萄糖10g/100mL、酵母粉1g/100mL條件下，異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液對異養(yǎng)培養(yǎng)產(chǎn)油酵母的影響，結果見圖5所示。

經(jīng)過160h的異養(yǎng)間歇補料流加培養(yǎng)，葡萄糖在發(fā)酵前24h利用得較為緩慢，而過了24h后，葡萄糖消耗迅速，每間隔12h就應補料，在發(fā)酵160h細胞干重質(zhì)量濃度達到平衡。在整個發(fā)酵過程中細胞干重質(zhì)量濃度在不斷提升，表明異養(yǎng)小球藻發(fā)酵上清液適用于異養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)高密度的產(chǎn)油酵母。

實例6

對在異養(yǎng)小球藻發(fā)酵液使用酶解方法破壁離心以后得到的上層液體占配料用水20％、葡萄糖6g/100mL、酵母粉0.6g/100mL條件下，異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液對異養(yǎng)培養(yǎng)產(chǎn)油酵母的影響，結果見圖6所示。

經(jīng)過168h的異養(yǎng)間歇補料流加培養(yǎng)，葡萄糖在發(fā)酵前24h利用得較為緩慢，而過了24h后，葡萄糖消耗迅速，每間隔12h就應補料，在發(fā)酵168h細胞干重質(zhì)量濃度達到平衡。在整個發(fā)酵過程中細胞干重質(zhì)量濃度在不斷提升，表明異養(yǎng)小球藻發(fā)酵上清液適用于異養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)高密度的產(chǎn)油酵母。

實施例7

對異養(yǎng)小球藻發(fā)酵失敗后的發(fā)酵液占配料用水100％、葡萄糖30g/100mL、酵母粉0.3g/100mL條件下，異養(yǎng)小球藻發(fā)酵廢液對厭氧培養(yǎng)釀酒酵母的影響，結果見圖7所示。

經(jīng)過66h的厭氧培養(yǎng)，在整個發(fā)酵過程中乙醇含量在不斷提升，表明異養(yǎng)小球藻發(fā)酵液使用酶解方法破壁離心后得到的上層液體適用于厭氧培養(yǎng)釀酒酵母。