CN110628646A - 一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法，它涉及一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法。本发明的目的是为了解决现有污水中生长微藻油脂含量低以及微藻回收率低的问题，本发明方法包括以下步骤：向污水中加入金属离子，混合均匀后接入微藻种子液，进行发酵；微藻发酵稳定后，排出微藻发酵液，并补充等量的新鲜的混合液A，将金属离子浓度调节至与步骤一相同，混合均匀后继续发酵；发酵结束后，静置使絮凝体沉降，完成微藻的采收；提取微藻中的油脂。与对照组相比，本发明的油脂产量提高了275％，絮凝采收效率提高了26.1％。污水中污染物的去除率超过96％。本发明应用于生物化工技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法。
背景技术
微藻有着较高的生长速率和油脂含量，其生产不需占用耕地资源，因此微藻被认为是生产生物柴油等可再生能源的一种很有前景的原料。然而，微藻生物能源的产业化尚有很多瓶颈问题需要解决，包括如何提高微藻的油脂产量和采收效率。目前多采用优化氮源、磷源、pH、光照强度、光照周期、温度等来提高微藻的油脂产量，尚需发掘更多的方法来促进微藻对油脂的积累。此外，微藻的体积小，表面带有负电荷，在水中常处于稳定的悬浮状态，难以进行富集分离，微藻生物质的采收成本占总生产成本的20-30％。传统的微藻采收方法主要是离心法、气浮法、过滤法等。但离心法的动力成本较高，难以规模化应用；气浮法受气泡大小和气液混合效率等影响较大，对设备要求高；过滤法存在滤布堵塞等问题。综上所述，利用传统微藻采收方法存在高耗能、高成本等问题，这限制了微藻生物能源的产业化应用。因此，亟待开发低成本、易操作的方法来提高微藻的油脂产量和采收效率。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有污水中生长微藻油脂含量低以及微藻回收率低的问题，提供一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法。
本发明的一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法，是通过以下步骤实现的：
一、向污水中加入金属离子，混合均匀后，得到混合液A；二、向混合液A中接入微藻种子液，进行发酵直至发酵稳定；三、微藻发酵稳定后，排出部分微藻发酵液，并补充等量的混合液A，通过加入金属离子将金属离子浓度调节至与步骤一中混合液A的金属离子浓度相同，混合均匀后继续发酵；四、重复步骤三0-100次，待步骤三发酵结束后，或者省去步骤三操作待步骤二发酵稳定后，静置微藻发酵液，使絮凝体沉降，完成微藻的采收；五、提取微藻中的油脂。
本发明包含以下有益效果：
本发明向污水中加入金属离子，金属离子是与脂肪酸合成相关的酶或辅酶的重要组成部分，对细胞代谢、油脂合成、光合作用等有促进作用。但金属离子浓度过低或过高都会产生抑制作用。排出和补充发酵液有利于保持细胞的代谢活性。金属离子通过电中和作用，使细胞表面的负电性减弱，还可通过形成聚合体，以吸收、架桥、网捕卷扫等作用方式促进藻细胞的絮凝沉降。
本发明将微藻培养和污水处理结合，可改善水环境，降低污水中有机酸的含量，同时回收了可再生能源，提高了能源的生产效率和回收效率，降低了生物能源的生产成本，实现了污水的资源化处理，对于加快微藻生物能源技术的产业化步伐具有重要意义。采用本发明方法利用栅藻处理脂肪酸污水，微藻产量为1.15g/L，油脂产量为0.42g/L，污水中脂肪酸的去除率大于96％，絮凝采收效率为92.7％。
附图说明
图1为实施例一中微藻产量和油脂产量图；其中a为微藻产量，b为油脂产量；
图2为实施例一中脂肪酸浓度图；其中a为乙酸，b为丙酸，c为丁酸，d为戊酸，e为乙醇；
图3为实施例一中絮凝采收效率图；
图4为实施例二中油脂产量图和絮凝采收效率图；其中a为油脂产量；b为絮凝回收效率。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式的一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法，是通过以下步骤实现的：
一、向污水中加入金属离子，混合均匀后，得到混合液A；二、向混合液A中接入微藻种子液，进行发酵直至发酵稳定；三、微藻发酵稳定后，排出部分微藻发酵液，并补充等量的混合液A，通过加入金属离子将金属离子浓度调节至与步骤一中混合液A的金属离子浓度相同，混合均匀后继续发酵；四、重复步骤三0-100次，待步骤三发酵结束后，或者省去步骤三操作待步骤二发酵稳定后，静置微藻发酵液，使絮凝体沉降，完成微藻的采收；五、提取微藻中的油脂。
本实施方式中的发酵稳定主要是溶液中微藻的浓度基本不再增长，一般是在实验中测定微藻的浓度，待变化较小时停止实验。步骤四的发酵结束指微藻的生长结束，藻浓度不再改变
本实施方式将微藻培养和污水处理结合，可改善水环境，降低污水中有机酸的含量，同时回收了可再生能源，提高了能源的生产效率和回收效率，降低了生物能源的生产成本，实现了污水的资源化处理，对于加快微藻生物能源技术的产业化步伐具有重要意义。采用本实施方式方法利用栅藻处理脂肪酸污水，微藻产量为1.15g/L，油脂产量为0.42g/L，污水中脂肪酸的去除率大于96％，絮凝采收效率为92.7％。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的污水为含脂肪酸污水、蛋白质污水、糖类污水、生活污水中的一种或几种按任意比混合。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述的金属离子为Fe3+、Mg2+、Al3+、Ca2+、Zn2+、Cd2+、Mn2+中的一种或几种按任意比混合。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述的金属离子浓度为0.001-100mmol/L。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中所述的微藻种子液为栅藻、小球藻、硅藻、隐甲藻、扁藻、杜氏藻、螺旋藻、金藻中的一种或几种按任意比混合。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中微藻的接入量为0.05～0.2g/L。其他与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中微藻发酵液的排出量占总量的10-100％。其他与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中微藻发酵液的排出量占总量的10-50％。其他与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中微藻发酵液的静置时间为1-360min。其他与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤五中所述的微藻油脂提取方法为氯仿-甲醇法、索氏抽提法、正己烷-异丙醇法、正己烷-乙醇法或***-石油醚法。其他与具体实施方式一至九之一相同。
通过以下实施例验证本发明的效果：
实施例一、本实施例一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法，是通过以下步骤实现：
一、向含脂肪酸污水中加入Fe3+，Fe3+浓度为0.045mmol/L，混合均匀后，得到混合液A；二、向混合液A中接入栅藻种子液，进行发酵；三、微藻发酵稳定后，排出50％的微藻发酵液，补充等量的新鲜的混合液A，并调节Fe3+浓度为0.045mmol/L，混合均匀后继续发酵，重复此步骤13次；四、发酵结束后，静置微藻发酵液60min，使絮凝体沉降，完成微藻的采收。五、采用氯仿-甲醇法提取微藻中的油脂。
其中栅藻(Scenedesmus sp.)采用已公开中国发明专利《一种富油微藻的高通量筛选方法》(申请号：CN201310096030.2)中的方法筛选获得。
本实施例通过图1微藻产量和油脂产量图可知，微藻产量为1.15g/L，油脂产量为0.42g/L。
本实施例通过图2脂肪酸浓度图可知，污水中脂肪酸的去除率大于96％，剩余的脂肪酸浓度约为0.44mmol/L。
本实施例通过图3絮凝采收效率图可知，絮凝采收效率为92.7％。
实施例二：本实施例的一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法，是通过以下步骤实现：
一、向含脂肪酸污水中加入Mg2+，Mg2+浓度为0.2mmol/L，混合均匀后，得到混合液A；二、向混合液A中接入栅藻种子液，进行发酵；三、微藻发酵稳定后，停止发酵；四、静置微藻发酵液60min，使絮凝体沉降，完成微藻的采收。五、采用氯仿-甲醇法提取微藻中的油脂。
其中栅藻(Scenedesmus sp.)采用已公开中国发明专利《一种富油微藻的高通量筛选方法》(申请号：CN201310096030.2)中的方法筛选获得。
本实施例的对照组是不加金属离子的实验组。
本实施例通过图4油脂产量图和絮凝采收效率图可知，与对照组相比，本发明的油脂产量提高了275％，絮凝采收效率提高了26.1％。
Claims (10)
1.一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法，其特征是该方法包括如下步骤：一、向污水中加入金属离子，混合均匀后，得到混合液A；二、向混合液A中接入微藻种子液，进行发酵直至发酵稳定；三、微藻发酵稳定后，排出部分微藻发酵液，并补充等量的混合液A，通过加入金属离子将金属离子浓度调节至与步骤一中混合液A的金属离子浓度相同，混合均匀后继续发酵；四、重复步骤三0-100次，待步骤三发酵结束后，或者省去步骤三操作待步骤二发酵稳定后，静置微藻发酵液，使絮凝体沉降，完成微藻的采收静置；五、提取微藻中的油脂。
2.根据权利要求1所述的一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法，其特征在于步骤一中所述的污水为含脂肪酸污水、蛋白质污水、糖类污水、生活污水中的一种或几种按任意比混合。
3.根据权利要求1所述的一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法，其特征在于步骤一中所述的金属离子为Fe3+、Mg2+、Al3+、Ca2+、Zn2+、Cd2+、Mn2+中的一种或几种按任意比混合。
4.根据权利要求1所述的一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法，其特征在于步骤一中所述的金属离子浓度为0.001-100mmol/L。
5.根据权利要求1所述的一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法，其特征在于步骤二中所述的微藻种子液为栅藻、小球藻、硅藻、隐甲藻、扁藻、杜氏藻、螺旋藻、金藻中的一种或几种按任意比混合。
6.根据权利要求1所述的一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法，其特征在于步骤二中微藻的接入量为0.05～0.2g/L。
7.根据权利要求1所述的一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法，其特征在于步骤三中微藻发酵液的排出量占总量的10-100％。
8.根据权利要求7所述的一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法，其特征在于步骤三中微藻发酵液的排出量占总量的10-50％。
9.根据权利要求1所述的一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法，其特征在于步骤四中微藻发酵液的静置时间为1-360min。
10.根据权利要求1所述的一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法，其特征在于步骤五中所述的微藻油脂提取方法为氯仿-甲醇法、索氏抽提法、正己烷-异丙醇法、正己烷-乙醇法或***-石油醚法。
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| CN201910963184.4A CN110628646A (zh) | 2019-10-11 | 2019-10-11 | 一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法 |
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| CN201910963184.4A CN110628646A (zh) | 2019-10-11 | 2019-10-11 | 一种提高污水中生长微藻油脂产量及原位絮凝采收效率的方法 |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN102746991A (zh) * | 2012-07-16 | 2012-10-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种用产酸废水异养培养小球藻的方法 |
| CN103146582A (zh) * | 2013-03-25 | 2013-06-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种富油微藻的高通量筛选方法 |
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-
2019
- 2019-10-11 CN CN201910963184.4A patent/CN110628646A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102746991A (zh) * | 2012-07-16 | 2012-10-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种用产酸废水异养培养小球藻的方法 |
| CN103146582A (zh) * | 2013-03-25 | 2013-06-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种富油微藻的高通量筛选方法 |
| CN103484374A (zh) * | 2013-10-14 | 2014-01-01 | 哈尔滨工业大学 | 一株同步处理市政污水和实现油脂积累的斜生栅藻 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 任宏宇: "微藻油脂合成策略及暗发酵细菌-微藻耦合产能研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
| 张芳等: "能源微藻采收及油脂提取技术", 《化学进展》 * |
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