CN107937382B - 一种固定化微藻的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固定化微藻的制备方法，包括以下步骤：在无菌操作条件下，将小球藻接种到培养基中，光照黑暗循环交替培养60‑75小时，得到微藻培养液；将微藻培养液的pH值调整为4.5‑6，加入柠檬酸钠，搅拌20‑30分钟，加入氯化钙，搅拌40‑50分钟，离心分离得到微藻液；配制含海藻酸钠和氯化镁的载体溶液，将微藻液加入到载体溶液中，混合均匀后用注射器滴入质量分数为2.6%‑3.2%的氯化钙溶液中，在8‑10℃固定2‑2.5小时后取出，用去离子水脱盐1‑2小时。采用本发明方法制备的固定化微藻具有处理效果稳定、能有效防止二次污染等优点。

Description

一种固定化微藻的制备方法
技术领域
本发明涉及微藻污水处理剂制备领域，尤其涉及一种固定化微藻的制备方法。
背景技术
随着我国畜禽养殖业的规模化发展，每年会产生近十亿吨的畜禽养殖粪污，对有限的水资源造成了严重威胁。
目前，养殖污水的处理方式主要有两种：一是采用沼气池厌氧发酵进行处理，但产生的数量巨大的沼液中仍然含有高浓度的氮磷等营养盐，随着农村城镇化进程的推进，消纳沼液的耕地日渐不足，产生的沼液直接排放到水体中，将会导致自然水体严重富营养化；二是生物法去除，生物处理是利用细菌、真菌等微生物对污水中的污染物进行降解和/或同化吸收，实现污水的净化，但由于养殖污水在经过厌氧处理后一般可利用的碳源过低，无法满足异养功能菌的需求，因此对硝酸盐和磷酸盐的处理效果差，需要物理过滤与化学吸附等多种方式结合使用，这不仅增加了处理成本，也增加了潜在的二次污染风险。
微藻处理法是目前新兴的污水处理方式，畜禽养殖污水中含有的丰富的氮、磷等营养物质可为微藻提供营养，利用微藻处理污水同时可与微藻的大规模生产相藕联，实现资源的循环利用。
但由于微藻细胞一般小于30μm，带负电荷，密度接近于水，这些特性使得藻细胞在水中往往处于稳定的悬浮状态，导致微藻细胞会随处理水而大量流失，这不仅会二次污染处理水，而且导致处理污水中微藻细胞生物量难以大量维持（一般仅为0.2-0.6g/L）。低的培养密度导致去除效率低下，使得处理效果稳定性较差。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种固定化微藻的制备方法，采用本发明方法制备的固定化微藻具有处理效果稳定、能有效防止二次污染等优点。
本发明提供了一种固定化微藻的制备方法，包括以下步骤：
S1、在无菌操作条件下，将小球藻以1×106个/mL-1×107个/mL的接种量接种到培养基中，在温度为25-27℃，转速为110-130转/分钟条件下，光照黑暗循环交替培养60-75小时，得到微藻培养液；
S2、将S1中得到的微藻培养液的pH值调整为4.5-6，加入柠檬酸钠，搅拌20-30分钟，加入氯化钙，搅拌40-50分钟，以2000-2200转/分钟的转数离心分离，得到微藻液；
S3、配制含海藻酸钠和氯化镁的载体溶液，将S2中得到的微藻液加入到载体溶液中，混合均匀后用注射器滴入质量分数为2.6%-3.2%的氯化钙溶液中，在8-10℃固定2-2.5小时后取出，用去离子水脱盐1-2小时。
优选地，S1中培养基的原料按照重量份包括：1-2份葡萄糖、4-6份淀粉糖、0.01-0.03份硫酸锌、0.1-0.3份硫酸镁、0.15-0.3份硫酸铵、0.2-0.4份磷酸二氢钾、0.1-0.3份硝酸钠、9-12份氯化钠和240-260份去离子水。
优选地，S1光照黑暗循环交替培养中，在光照环境下培养的时间为8-10小时，光照强度为3500-3800Lux，在黑暗环境下培养的时间为11-13小时，光照环境、黑暗环境循环交替进行。
优选地，S2中将微藻培养液的pH值调整为5.1-5.4。
优选地，S2中加入柠檬酸钠的量为微藻培养液重量的1.0%-2.5%。
优选地，S2中加入柠檬酸钠的量为微藻培养液重量的1.5%-1.7%。
优选地，S2中加入氯化钙的量为微藻培养液重量的3%-5%。
优选地，S2中加入氯化钙的量为微藻培养液重量的3.8%-4.3%。
优选地，S3中载体溶液中含有质量分数为2%-3%的海藻酸钠和质量分数为0.6-0.8%的氯化镁。
优选地，S3中使用的载体溶液的量为微藻液重量的2.3-2.7倍。
本发明提供的固定化微藻的制备方法主要包括小球藻的培养、采收和微藻固定化三个部分。小球藻的培养采用光照黑暗循环交替培养法，并优选了光照环境、黑暗环境培养时间，在光照黑暗循环交替培养60-75小时后，结束培养。本发明技术人员发现在培养60-75小时时间段内结束培养获得的小球藻在进入畜禽养殖污水后，其生长的速度优于在其他时间段内结束培养获得的小球藻。小球藻的采收通过调节微藻培养液pH值，加入柠檬酸钠、氯化钙的方式使小球藻絮凝进而从液体中分离出来，该方法操作简单，能耗低，适合工业应用。小球藻的固定化采用海藻酸钠载体制备直径在4-6毫米的微藻凝胶球的方法，并在海藻酸钠载体溶液中加入氯化镁，具有防止微藻凝胶球的破碎、变形的效果。
采用本发明方法制备的固定化微藻利用微藻在生长过程中对养殖污水中有机质、氮、磷等营养物质吸收，合成自身细胞骨架来净化畜禽养殖污水，并且能够去除重金属和难降解有机物。微藻经本发明方法固定化后, 提高了对氮、磷和重金属等物质的吸收和富集，具有反应速度快、耐毒害能力强、运行稳定可靠、微藻细胞流失少、产物易分离等优点，能有效防止处理水二次污染。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出了一种固定化微藻的制备方法，包括以下步骤：
S1、在无菌操作条件下，将普通小球藻以5.4×106个/mL的接种量接种到培养基中，在温度为26℃，转速为122转/分钟条件下，进行光照黑暗循环交替培养，在光照环境下培养9小时，光照强度为3700Lux，在黑暗环境下培养的时间为11小时，光照环境、黑暗环境循环交替培养68小时后，得到微藻培养液；
S2、将S1中得到的微藻培养液的pH值调整为5.2，加入微藻培养液重量的1.58%的柠檬酸钠，搅拌25分钟，加入微藻培养液重量的4.1%的氯化钙，搅拌44分钟，以2100转/分钟的转数离心分离，得到微藻液；
S3、配制含质量分数为2.6%的海藻酸钠和质量分数为0.68%的氯化镁的载体溶液，将S2中得到的微藻液加入到载体溶液中，混合均匀后用注射器滴入质量分数为2.9%的氯化钙溶液中，在9℃固定2.3小时后取出，用去离子水脱盐1.2小时，得到固定化微藻凝胶球。其中，载体溶液的量为微藻液重量的2.6倍。
S1中培养基的原料按照重量份包括：1.6份葡萄糖、5.2份淀粉糖、0.02份硫酸锌、0.19份硫酸镁、0.23份硫酸铵、0.28份磷酸二氢钾、0.21份硝酸钠、11份氯化钠和250份去离子水。
实施例2
本发明提出了一种固定化微藻的制备方法，包括以下步骤：
S1、在无菌操作条件下，将普通小球藻以1.6×106个/mL的接种量接种到培养基中，在温度为25℃，转速为128转/分钟条件下，进行光照黑暗循环交替培养，在光照环境下培养10小时，光照强度为3600Lux，在黑暗环境下培养的时间为12小时，光照环境、黑暗环境循环交替培养73小时后，得到微藻培养液；
S2、将S1中得到的微藻培养液的pH值调整为5.3，加入微藻培养液重量的1.67%的柠檬酸钠，搅拌22分钟，加入微藻培养液重量的3.9%的氯化钙，搅拌48分钟，以2200转/分钟的转数离心分离，得到微藻液；
S3、配制含质量分数为2.8%的海藻酸钠和质量分数为0.62%的氯化镁的载体溶液，将S2中得到的微藻液加入到载体溶液中，混合均匀后用注射器滴入质量分数为2.7%的氯化钙溶液中，在10℃固定2.4小时后取出，用去离子水脱盐1.4小时，得到固定化微藻凝胶球。其中，载体溶液的量为微藻液重量的2.4倍。
其中，S1中培养基的原料按照重量份包括：1.9份葡萄糖、4.3份淀粉糖、0.01份硫酸锌、0.12份硫酸镁、0.17份硫酸铵、0.38份磷酸二氢钾、0.27份硝酸钠、10份氯化钠和256份去离子水。
实施例3
本发明提出了一种固定化微藻的制备方法，包括以下步骤：
S1、在无菌操作条件下，将普通小球藻以8.9×106个/mL的接种量接种到培养基中，在温度为27℃，转速为113转/分钟条件下，进行光照黑暗循环交替培养，在光照环境下培养8小时，光照强度为3800Lux，在黑暗环境下培养的时间为13小时，光照环境、黑暗环境循环交替培养62小时后，得到微藻培养液；
S2、将S1中得到的微藻培养液的pH值调整为5.1，加入微藻培养液重量的1.51%的柠檬酸钠，搅拌28分钟，加入微藻培养液重量的4.2%的氯化钙，搅拌41分钟，以2000转/分钟的转数离心分离，得到微藻液；
S3、配制含质量分数为2.3%的海藻酸钠和质量分数为0.77%的氯化镁的载体溶液，将S2中得到的微藻液加入到载体溶液中，混合均匀后用注射器滴入质量分数为3.1%的氯化钙溶液中，在8℃固定2.1小时后取出，用去离子水脱盐1.8小时，得到固定化微藻凝胶球。其中，载体溶液的量为微藻液重量的2.5倍。
其中，S1中培养基的原料按照重量份包括：1.2份葡萄糖、5.8份淀粉糖、0.03份硫酸锌、0.27份硫酸镁、0.28份硫酸铵、0.23份磷酸二氢钾、0.14份硝酸钠、9份氯化钠和241份去离子水。
实施例4
实施例1中的固定化微藻的制备方法，其中S2中还可以将微藻培养液的pH值调整为4.8。
实施例5
实施例1中的固定化微藻的制备方法，其中S2中还可以将微藻培养液的pH值调整为5.9。
实施例6
实施例1中的固定化微藻的制备方法，其中S2中还可以将微藻培养液的pH值调整为5.6。
实施例7
实施例1中的固定化微藻的制备方法，其中S2中柠檬酸钠的加入量还可以为微藻培养液重量的1.2%。
实施例8
实施例1中的固定化微藻的制备方法，其中S2中柠檬酸钠的加入量还可以为微藻培养液重量的2.1%。
实施例9
实施例1中的固定化微藻的制备方法，其中S2中氯化钙的加入量还可以为微藻培养液重量的3.3%。
实施例10
实施例1中的固定化微藻的制备方法，其中S2中氯化钙的加入量还可以为微藻培养液重量的4.8%。
实施例11
实施例1中的固定化微藻的制备方法，其中S2中柠檬酸钠的加入量还可以为微藻培养液重量的2.4%，氯化钙的加入量还可以为微藻培养液重量的3.6%。
实施例12
实施例1中的固定化微藻的制备方法，其中S2中柠檬酸钠的加入量还可以为微藻培养液重量的1.3%，氯化钙的加入量还可以为微藻培养液重量的4.6%。
本发明S1中涉及的小球藻优选为普通小球藻（Chlorella vulgaris），接种到培养基中的小球藻优选为已经活化过的小球藻，活化方法可选用本领域技术人员已知的活化方法，优选斜面活化法。本发明S2中微藻培养液pH的调节可以采用添加盐酸的方式，优选添加质量分数为30%-40%的盐酸。
本发明中涉及的接种、搅拌、离心分离、培养基的配置等方法均为本领域的公知常识，在此不再赘述。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固定化微藻的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在无菌操作条件下，将小球藻以1×106个/mL-1×107个/mL的接种量接种到培养基中，在温度为25-27℃，转速为110-130转/分钟条件下，光照黑暗循环交替培养60-75小时，得到微藻培养液；
S2、将S1中得到的微藻培养液的pH值调整为4.5-6，加入柠檬酸钠，搅拌20-30分钟，加入氯化钙，搅拌40-50分钟，以2000-2200转/分钟的转数离心分离，得到微藻液；
S3、配制含海藻酸钠和氯化镁的载体溶液，将S2中得到的微藻液加入到载体溶液中，混合均匀后用注射器滴入质量分数为2.6%-3.2%的氯化钙溶液中，在8-10℃固定2-2.5小时后取出，用去离子水脱盐1-2小时。
2.根据权利要求1所述的一种固定化微藻的制备方法，其特征在于，所述S1中培养基的原料按照重量份包括：1-2份葡萄糖、4-6份淀粉糖、0.01-0.03份硫酸锌、0.1-0.3份硫酸镁、0.15-0.3份硫酸铵、0.2-0.4份磷酸二氢钾、0.1-0.3份硝酸钠、9-12份氯化钠和240-260份去离子水。
3.根据权利要求1所述的一种固定化微藻的制备方法，其特征在于，所述S1光照黑暗循环交替培养中，在光照环境下培养的时间为8-10小时，光照强度为3500-3800Lux，在黑暗环境下培养的时间为11-13小时，光照环境、黑暗环境循环交替进行。
4.根据权利要求1所述的一种固定化微藻的制备方法，其特征在于，所述S2中将微藻培养液的pH值调整为5.1-5.4。
5.根据权利要求1所述的一种固定化微藻的制备方法，其特征在于，所述S2中加入柠檬酸钠的量为微藻培养液重量的1.0%-2.5%。
6.根据权利要求1所述的一种固定化微藻的制备方法，其特征在于，所述S2中加入柠檬酸钠的量为微藻培养液重量的1.5%-1.7%。
7.根据权利要求1所述的一种固定化微藻的制备方法，其特征在于，所述S2中加入氯化钙的量为微藻培养液重量的3%-5%。
8.根据权利要求1所述的一种固定化微藻的制备方法，其特征在于，所述S2中加入氯化钙的量为微藻培养液重量的3.8%-4.3%。
9.根据权利要求1所述的一种固定化微藻的制备方法，其特征在于，所述S3中载体溶液中含有质量分数为2%-3%的海藻酸钠和质量分数为0.6-0.8%的氯化镁。
10.根据权利要求1所述的一种固定化微藻的制备方法，其特征在于，所述S3中使用的载体溶液的量为微藻液重量的2.3-2.7倍。
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