微藻在二氧化碳下生長(zhǎng)凈化未稀釋厭氧發(fā)酵尾液的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于凈化廢水有機(jī)污染物領(lǐng)域,特別涉及微藻在二氧化碳下生長(zhǎng)凈化未稀釋厭氧發(fā)酵尾液的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣是農(nóng)村地區(qū)廣泛應(yīng)用的技術(shù),為人們提供了低廉清潔的燃料。發(fā)酵的副產(chǎn)物沼液和沼渣通常直接排放入水體或填埋。沼氣發(fā)酵過程可去除原料中大量的可溶性有機(jī)物,但氨氮等無機(jī)成分仍無法被有效去除(Park et al.,2010),發(fā)酵后的尾液仍含有較高的C0D,總氮,總磷和大量的微生物,如果直接排放會(huì)造成水體富營養(yǎng)化,引起二次污染(Park et al.,2010)。大中型沼氣工程尾液產(chǎn)生量大,采取還田就地消納的方式無法滿足處理要求,而遠(yuǎn)距離的高能耗輸送則成本太高。如何采用低成本的方式處理尾液使其達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn),是迫切需要解決的問題。如果能把尾液中的養(yǎng)分進(jìn)行資源化利用,將是解決厭氧發(fā)酵尾液綜合利用的有效途徑。
[0003]微藻有著生長(zhǎng)速率快,適應(yīng)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn),利用廢水中無機(jī)營養(yǎng)的能力很強(qiáng)(Kumar et al.,2010),已有大量文獻(xiàn)記載其用于生活污水(Bhatnagar et al., 2010 ;Liet al., 2011 ;Ruiz et al.,2014)和工業(yè)廢水(Bhatnagar et al., 2010 ;Chinnasamy etal.,2010)的凈化處理。同樣,微藻生長(zhǎng)過程中可吸收利用厭氧發(fā)酵尾液中的營養(yǎng)物質(zhì),從而降低尾液中氮磷等主要污染指標(biāo)而達(dá)到處理尾液的目的(Park et al.,2010)。其中小球藻等藻種由于對(duì)可溶有機(jī)物的適應(yīng)性而最常使用在污水處理系統(tǒng)中(Kumar etal.,2010)。
[0004]微藻的培養(yǎng)成本較高制約了微藻生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。由于營養(yǎng)物質(zhì)的成本占總培養(yǎng)成本的10%_20% (Singh et al.,2011),利用厭氧發(fā)酵尾液培養(yǎng)微藻是一種節(jié)約成本的培養(yǎng)方式,又能達(dá)到對(duì)廢棄物資源化再利用的目的(Keffer and Kleinheinz, 2002)。微藻可以在尾液中生長(zhǎng)積累大量的生物質(zhì),既可以用作動(dòng)物飼料(Singh et al.,2011)或制取生物柴油(Levine et al.,2011)等高附加值的生物質(zhì)產(chǎn)品,又可以再次作為厭氧發(fā)酵的底物生產(chǎn)沼氣,形成自給自足的循環(huán)模式。Singh等研究利用6%濃度的家禽糞便消化尾液培養(yǎng)三種藻 Chlorella minutissima,Chlorella sorokiniana 和 Scenedesmusbi juga,最大生長(zhǎng)速率可達(dá)到76mg/(L.d),同時(shí)氮和磷的去除率分別達(dá)到60%和80%。收獲的藻粉富含蛋白質(zhì)(39% )和碳水化合物(22% ),而脂肪含量很低(小于10% ),很適合作為動(dòng)物飼料的補(bǔ)充。但發(fā)酵廢水中可能含有一些重金屬被微藻在生長(zhǎng)過程中吸收富集,而該文中并沒有報(bào)道對(duì)藻粉中重金屬含量的檢測(cè),因此將藻粉作為飼料是有安全隱患的。其中,稀釋后尾液的總氮濃度最高為152mg/L (Singh et al., 2011) ο
[0005]Cai等采用3 % -24 %濃度的厭氧發(fā)酵尾液培養(yǎng)Synechocystis sp.PCC6803和Nannochloropsissalina,經(jīng)過10天批式培養(yǎng)后氨氮、總氮和總磷的去除率分別達(dá)到82.5% -100%,71.2% -100%和83.6 % -100%。半連續(xù)培養(yǎng)時(shí)能達(dá)到的最大生長(zhǎng)速率為212mg/ (L.d)。其中,稀釋后尾液的C0D濃度最高為639mg/L,總氮濃度最高為640mg/L (Caiet al., 2013)。
[0006]由于高濃度厭氧發(fā)酵尾液具有較高的濁度不利于光合作用的進(jìn)行,同時(shí)較高的氨氮含量也具有一定毒性,未經(jīng)稀釋直接培養(yǎng)微藻很可能造成對(duì)藻生長(zhǎng)的抑制,所以大多數(shù)研究使用的是經(jīng)過不同程度稀釋的廢水,而稀釋廢水意味著廢水的處理量增加,需要的反應(yīng)器容積增大,不利于工程應(yīng)用。
[0007]為解決沼氣發(fā)酵后的尾液排放及微藻的培養(yǎng)成本問題,提出一種既能凈化尾液、又能獲得較高的微藻生物質(zhì)量的方法,具有廣闊的應(yīng)用前景。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足,提供一種將厭氧發(fā)酵尾液的凈化與微藻的生長(zhǎng)結(jié)合起來,不僅能達(dá)到凈化尾液的目的,又能獲得較高的微藻生物質(zhì)量的方法。為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明的解決方案是:
[0009]提供微藻在二氧化碳下生長(zhǎng)凈化未稀釋厭氧發(fā)酵尾液的方法,具體包括下述步驟:
[0010](1)取得厭氧發(fā)酵尾液后,離心除去懸浮顆粒物,取上清液作為尾液原料;
[0011](2)將尾液原料在110?120°C的飽和水蒸汽下滅菌20?40min,再調(diào)節(jié)滅菌后尾液原料的pH至6?8,然后取藻種按接種量為0.1?0.5g/L接種到調(diào)節(jié)pH后的尾液原料中;
[0012](3)在恒溫25?30°C、每天依次光照12h和黑暗12h的條件下,向300ml接種后的尾液原料中通入30?60ml/min的二氧化碳培養(yǎng)7?14天;其中,光照時(shí)的光照強(qiáng)度為5000?70001ux,通入的二氧化碳的體積濃度為15% ;
[0013](4)培養(yǎng)微藻結(jié)束后,將培養(yǎng)后的尾液在7500rpm轉(zhuǎn)速下離心5分鐘,使步驟(3)中獲得的微藻生物質(zhì)從尾液中分離出來,實(shí)現(xiàn)厭氧發(fā)酵尾液的凈化處理。
[0014]在本發(fā)明中,所述步驟(1)中,所取的厭氧發(fā)酵尾液是以生物質(zhì)原料(包括牲畜糞便、餐廚垃圾、稻草秸桿等)為底物,進(jìn)行沼氣發(fā)酵后的尾液。
[0015]在本發(fā)明中,所述步驟(1)中,所取厭氧發(fā)酵尾液的C0D含量為2000?4000mg/L。
[0016]在本發(fā)明中,所述步驟(2)中的藻種包括從自然環(huán)境中篩選得到的天然藻種、物理化學(xué)誘變得到的藻種突變體、經(jīng)過基因改良得到的轉(zhuǎn)基因藻種。
[0017]在本發(fā)明中,所述步驟(2)中的藻種采用小球藻、微擬球藻或者螺旋藻。
[0018]在本發(fā)明中,所述步驟⑵中,調(diào)節(jié)滅菌后尾液原料pH時(shí),采用lmol/L的氫氧化鈉溶液和lmol/L的鹽酸。
[0019]在本發(fā)明中,所述步驟(2)中,滅菌前尾液的pH為7?9,滅菌后尾液的pH為9?
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[0020]在本發(fā)明中,取步驟(4)分離出來的微藻生物質(zhì),在70 °C下進(jìn)行24小時(shí)的烘干得到生物干重,能用于測(cè)定獲得微藻的生物量(以g/L計(jì)算)。
[0021]在本發(fā)明中,取步驟⑷獲得的微藻凈化后尾液,能利用水質(zhì)分析儀測(cè)量C0D、TN、
TP和氨氮含量。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:
[0023]本發(fā)明采用微藻在通入高濃度二氧化碳條件下生長(zhǎng)優(yōu)化調(diào)控,將厭氧發(fā)酵尾液的凈化與微藻的生長(zhǎng)結(jié)合起來,能夠高效凈化未稀釋的豬糞厭氧發(fā)酵尾液的有機(jī)污染物。
[0024]本發(fā)明通入15%的高濃度二氧化碳,補(bǔ)充了豬糞厭氧發(fā)酵尾液可利用碳源不足的缺陷,采用曝氣除氨和增加磷源縮短了微藻的生長(zhǎng)遲滯期,從而使微藻生物質(zhì)產(chǎn)量和生長(zhǎng)速率分別