CN113321312A - 高浓度co2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法 - Google Patents

高浓度co2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高浓度CO2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一，藻种采集、培养：采集需要处理沼液的养殖场附近水域里的微藻，并进行培养；步骤二、微藻富集培养：将步骤一得到的微藻藻液，与养殖场沼液按照一定比例接种于光生物反应器中，并且放置于适宜的条件下培养，培养时持续通入含CO2混合气体；步骤三、微藻驯化：将步骤二得到的微藻藻液，与养殖场沼液按照一定比例接种于光生物反应器中，并且放置于适宜的条件下培养，培养时持续通入含CO2混合气体；步骤四、将步骤三得到的微藻藻液进行低速离心处理，取离心管底部的微藻藻种和养殖场沼液接种，得到最终驯化的耐高氨氮的藻种；本发明可广泛应用在养殖业、环保等领域。

Description

高浓度CO2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体涉及高浓度CO2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法。
背景技术
随着科学的发展、社会的进步，人民生活水平不断提高，人们对肉类食品的需求量也是与日俱增，这使得畜禽业向大规模方向发展。但是，畜禽业的规模化发展也带来了一系列的环境问题。大量高氨氮、高COD、富磷的污水亟需达标排放，其水质的不稳定性且伴随着恶臭气味给环境带来巨大的压力，也让废水处理工作面临更严峻的挑战。
微藻是一种极具潜力的污水净化生物，它能够利用养殖畜禽污水中的氨氮、磷等营养物质生长，从而达到净化污水的目的，因此可以利用培养微藻来净化废水。现阶段研究者们处理污水所用的微藻藻种普遍都是实验室培养的纯藻，但是这样的纯藻不能够很好的适应复杂多变，条件严苛的沼液环境，而且对于污水的净化效果也不尽如人意，在应对高氨氮且浓度波动很大的废水时，其稳定性也有很大的欠缺。基于此本发明提出直接在养殖场附近水域采集自然界微藻作为处理沼液的藻种。养殖场附近的水域都被养殖场的沼液不同程度地污染了，可以近似地看作是稀释了很多倍的沼液，因此它具备了沼液的一些相似甚至相同的性质，长期生长于该水域的微藻已经适应了这种环境，对沼液里污染物的分解也有很大的潜力。除此之外，这种微藻可能是很多种藻群的一个集合体，可能还包含一定的菌类。其菌类对藻的包裹有一定的保护和缓冲作用，这也让微藻对复杂多变的环境有更强的适应性，有利于微藻适应该养猪废水的特性，能达到更高的脱氮除磷效果。所以选择养殖场附近水域的微藻作为处理沼液的藻种会是一个很好的方案。
采用养殖场附近水域的微藻作为藻种处理沼液还面临着藻种不能适应高氨氮环境的问题。猪场废水具有有机物、悬浮物浓度高，富含高浓度氨氮，处理难度大等特点，虽然养猪废水中丰富的氨氮等营养物质可以被微藻的生长所利用，但是有研究表明，当氨氮浓度超过900mg/L时，会明显抑制微藻的生长，甚至造成死亡。这是因为氨氮浓度过高会产生较多铵离子而无法迅速转移到氨基酸的合成中，导致微藻生长迟缓或死亡。目前，厌氧-好氧组合工艺是我国规模化养猪场废水采用的传统处理方式，采用该方法发酵处理后的沼液中仍然有很高浓度的氮磷等营养物质，其中氨氮浓度可达17～2050mg/L，COD含量为1100～7100mg/L，总磷含量为2～300mg/L，远高于中国畜禽养殖业水污染物排放标准GB 18596-2001(氨氮小于80mg/L，COD小于400mg/L，总磷小于8mg/L)。而发酵后的沼液氨氮浓度仍然可能超过900mg/L，依旧会抑制微藻的生长。养殖场附近水域的微藻已经适应了这种沼液污染物的环境，只是它适应的浓度很低，达不到直接用于处理沼液的水平，但是可以通过逐级提升沼液浓度的方式来训练微藻的氨氮耐受性。本方法通过逐级提升沼液浓度梯度驯化的方式提高微藻对氨氮的耐受性，使其适应高氨氮的沼液环境。
采用梯度驯化的方式可以解决微藻对高氨氮沼液的抑制问题，但是微藻的生长还需要提供相应的碳源。微藻细胞中碳元素的含量达到了50％以上，但沼液仅富含氮磷等元素，碳元素含量却比较低，无法满足微藻生长需求。传统的发酵方式处理废水，会产生大量沼气，这些沼气普遍的利用方式是直接燃烧发电，而沼气的燃烧会带来大量高浓度CO2的污染烟气，含CO2的烟气正是微藻碳源的最佳选择。
本发明中微藻利用沼液中氨氮、磷等污染物净化水质，同时能够吸收沼气燃烧烟气中的CO2，而且成熟的微藻采收后进行加工还可以获得藻基多功能产品。高浓度CO2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法在工程应用上有很广阔的前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供高浓度CO2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法。
本发明的技术方案是：高浓度CO2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一，藻种采集、培养：采集需要处理沼液的养殖场附近水域里的微藻，并进行培养；
步骤二、微藻富集培养：将步骤一得到的微藻藻液，与养殖场沼液按照一定比例接种于光生物反应器中，并且放置于适宜的条件下培养，培养时持续通入含CO2混合气体；
步骤三、微藻驯化：将步骤二得到的微藻藻液，与养殖场沼液按照一定比例接种于光生物反应器中，并且放置于适宜的条件下培养，培养时持续通入含CO2混合气体；
步骤四、将步骤三得到的微藻藻液进行低速离心处理，取离心管底部的微藻藻种和养殖场沼液接种到血清瓶里，并将血清瓶放置于恒温温室里培养，培养时持续定量通入含CO2混合气体供给碳源，得到最终驯化的耐高氨氮的藻种。
根据本发明所述的高浓度CO2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法的优选方案，步骤二、三、四中的养殖场沼液和含CO2混合气体按如下步骤制得：
A、将养殖场废水进行厌氧发酵，得到沼气和养殖场沼液；
B、将沼气燃烧，获得电能，同时获得含CO2混合气体。
本发明所述的高浓度CO2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法的有益效果是：本发明取养殖场周边水域的自然界微藻进行梯度驯化处理污水，在持续通高浓度CO2的条件下达到污水的深度净化的目的，且效果显著；本发明还利用污水发酵产生的沼气所燃烧带来的高浓度CO2烟气作为碳源，减小处理成本，同时把烟气中的CO2除去，本发明可广泛应用在养殖业、环保等领域。
附图说明
图1是养殖场废水处理流程示意图。
图2是本发明所述的高浓度CO2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法的流程示意图。
图3是实施例1、2、3氨氮去除量统计图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施实例对本发明的技术方案进行进一步详细的说明。但应该指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。
参见图1和图2，高浓度CO2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法，该方法包括如下步骤：
步骤一，藻种采集、培养：采集需要处理沼液的养殖场附近水域里的微藻，并进行培养；
步骤二、微藻富集培养：将步骤一得到的微藻藻液，与养殖场沼液按照一定比例接种于光生物反应器中，并且放置于适宜的条件下培养，培养时持续通入含CO2混合气体；
步骤三、微藻驯化：将步骤二得到的微藻藻液，与养殖场沼液按照一定比例接种于光生物反应器中，并且放置于适宜的条件下培养，培养时持续通入含CO2混合气体；
步骤四、将步骤三得到的微藻藻液进行低速离心处理，取离心管底部的微藻藻种和养殖场沼液接种到血清瓶里，并将血清瓶放置于恒温温室里培养，培养时持续定量通入含CO2混合气体供给碳源，得到最终驯化的耐高氨氮的藻种。
在具体实施例中，步骤二、三、四中的养殖场沼液和含CO2混合气体按如下步骤制得：
A、将养殖场废水进行厌氧发酵，得到沼气和养殖场沼液；
B、将沼气燃烧，获得电能，同时获得含CO2混合气体。
实例1高浓度CO2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：藻种采集、培养
(1)藻种采集
各个养猪场厂的废水成分虽然大致相同，但是仍有不同程度上的差异，针对这些差异，也应该有最适合废水特性的微藻群。该方法直接采集所需处理沼液的养猪厂附近水域里的微藻并进行培养，这种微藻可能是很多种藻群的一个集合体，可能还包含一定的菌类。这有利于微藻适应该养猪废水的特性，能达到更高的脱氮除磷效果。
(2)培养条件：温度20～30℃，光照80～170μmol/(m2·s)，pH为6～10，生长周期为5～12天。
步骤2：富集培养
取步骤1中所述的自然界微藻藻液和猪场沼按照1:1的体积比例(养猪废水占50％)接种于血清瓶里，并且放置于恒温温室里培养，培养温度设置为20～30℃，光照设置为80～170μmol/(m2·s)，并持续定量通入含CO2混合气体供给碳源，混合藻液，培养周期为6天。50％的养猪废水经过微藻净化，出水中的COD含量为230mg/L，(中国畜禽养殖业水污染物排放标准GB 18596-2001)为400mg/L)，去除率为65.1％，NH3-N和TP的去除率分别达到了94％和53.8％。
此步骤不仅仅对微藻进行了富集，还有一定的筛选和驯化作用。
步骤3：微藻驯化
取步骤2中得到的微藻藻液和猪场沼液按照1:3的体积比例(养殖场废水占75％)接种于血清瓶里，并且放置于恒温温室里培养，培养温度设置为20～30℃，光照设置为80～170μmol/(m2·s)，并持续定量通入含CO2混合气体供给碳源，混合藻液，培养周期为7天。75％的养猪废水经过微藻分解，出水中的COD、NH3-N和TP的去除率分别达到了86.7％、98.5％和100％。
步骤4：取步骤3得到的微藻藻液进行低速离心处理，取离心管底部的微藻藻种和养殖场沼液接种到的血清瓶里(养殖废水占100％)，并且放置于恒温温室里培养，培养温度设置为20～30℃，光照设置为80～170μmol/(m2·s)，并持续定量通入含CO2混合气体供给碳源，混合藻液，培养7天，得到最终驯化的藻种。100％的养殖废水经过微藻分解，出水中的COD、NH3-N和TP的去除率分别达到了84.5％、86.4％和100％。
实例2高浓度CO2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：藻种采集、培养条件
直接采集所需处理沼液的养殖厂附近水域里的微藻进行培养，培养条件：温度20～30℃，光照80～170μmol/(m2·s)，pH为6～10，生长周期为5～12天。
步骤2：富集培养
取步骤1中所述的自然界微藻藻液和猪场沼液按照1:1的体积比例(养猪废水占50％)接种于血清瓶里，并且放置于恒温温室里培养，培养温度设置为20～30℃，光照设置为80～170μmol/(m2·s)，并持续定量通入含CO2混合气体供给碳源，混合藻液，培养周期为6天。50％的养猪废水经过微藻分解，出水中的COD、NH3-N和TP的去除率分别达到了63.3％、88.2％和60％。
此步骤不仅仅对微藻进行了富集，还有一定的筛选和驯化作用。
步骤3：微藻驯化
取步骤2中得到的微藻藻液和猪场沼液按照1:3的体积比例(养猪废水占75％)接种于血清瓶里，并且放置于恒温温室里培养，培养温度设置为20～30℃，光照设置为80～170μmol/(m2·s)，并持续定量通入含CO2混合气体供给碳源，混合藻液，培养周期为7天。75％的养猪废水经过微藻分解，出水中的COD、NH3-N和TP的去除率分别达到了89.9％、82.7％和100％。
步骤4：取步骤3得到的微藻藻液进行低速离心处理，取离心管底部的微藻藻种和养殖场沼液接种到血清瓶里(养猪废水占100％)，并且放置于恒温温室里培养，培养温度设置为20～30℃，光照设置为80～170μmol/(m2·s)，并持续定量通入含CO2混合气体供给碳源，混合藻液，培养5～12天，得到最终驯化的藻种。100％的养猪废水经过微藻分解，出水中的COD、NH3-N和TP的去除率分别达到了92％、89.7％和100％。
实例3高浓度CO2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：藻种采集、培养
直接采集所需处理沼液的养殖厂附近水域里的微藻进行培养，培养条件：温度20～30℃，光照80～170μmol/(m2·s)，pH为6～10，生长周期为5～12天。
步骤2：富集培养
取步骤1中所述的自然界微藻藻液和猪场沼液按照1:1的体积比例(养猪废水占50％)接种于的血清瓶里，并且放置于恒温温室里培养，培养温度设置为20～30℃，光照设置为80～170μmol/(m2·s)，并持续定量通入含CO2混合气体供给碳源，混合藻液，培养周期为6天。50％的养猪废水经过微藻分解，出水中的COD、NH3-N和TP的去除率分别达到了56.9％、87.4％和96.1％。
此步骤不仅仅对微藻进行了富集，还有一定的筛选和驯化作用。
步骤3：微藻驯化
取步骤2中得到的微藻藻液和猪场沼液按照1:3的体积比例(养猪废水占75％)接种于血清瓶里，并且放置于恒温温室里培养，培养温度设置为20～30℃，光照设置为80～170μmol/(m2·s)，并持续定量通入含CO2混合气体供给碳源，混合藻液，培养周期为6天。75％的养猪废水经过微藻分解，出水中的COD、NH3-N和TP的去除率分别达到了70％、98.7％和100％。
步骤4取步骤3得到的微藻藻液进行低速离心处理，取离心管底部的微藻藻种和的猪场沼液接种到血清瓶里(养猪废水占100％)，并且放置于恒温温室里培养，培养温度设置为20～30℃，光照设置为80～170μmol/(m2·s)，并持续定量通入含CO2混合气体供给碳源，混合藻液，培养7天，得到最终驯化的藻种。100％的养猪废水经过微藻分解，出水中的COD、NH3-N和TP的去除率分别达到了84.5％、86％和100％。
参见图3，本发明方法成本低廉、操作简单，脱氮除磷效果好且成功率极高。在处理沼液废水的同时，还能吸收发酵过程中产生的沼气所燃烧带来的CO2。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.高浓度CO2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一，藻种采集、培养：采集需要处理沼液的养殖场附近水域里的微藻，并进行培养；
步骤二、微藻富集培养：将步骤一得到的微藻藻液，与养殖场沼液按照一定比例接种于光生物反应器中，并且放置于适宜的条件下培养，培养时持续通入含CO2混合气体；
步骤三、微藻驯化：将步骤二得到的微藻藻液，与养殖场沼液按照一定比例接种于光生物反应器中，并且放置于适宜的条件下培养，培养时持续通入含CO2混合气体；
步骤四、将步骤三得到的微藻藻液进行低速离心处理，取离心管底部的微藻藻种和养殖场沼液接种到血清瓶里，并将血清瓶放置于恒温温室里培养，培养时持续定量通入含CO2混合气体供给碳源，得到最终驯化的耐高氨氮的藻种。
2.根据权利要求1所述的高浓度CO2氛围驯化微藻耐高氨氮沼液的方法，其特征在于：步骤二、三、四中的养殖场沼液和含CO2混合气体按如下步骤制得：
A、将养殖场废水进行厌氧发酵，得到沼气和养殖场沼液；
B、将沼气燃烧，获得电能，同时获得含CO2混合气体。
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