專利名稱：以沼渣為原料進(jìn)行微藻培養(yǎng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源領(lǐng)域，是一種沼渣與微藻培養(yǎng)相結(jié)合的技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，富油微藻的綜合開發(fā)和利用已經(jīng)引起越來越多的關(guān)注，微藻油脂可以解決目前生物柴油原料來源缺乏及不穩(wěn)定的問題，各個(gè)國家及地區(qū)的科研機(jī)構(gòu)相繼開展了微藻培養(yǎng)方面的研究工作，使其逐漸成為許多國家開源節(jié)能、變害為利和保護(hù)環(huán)境的重要手段。同樣，近些年國家對(duì)大中型沼氣工程的建設(shè)扶持力度不斷加大，在獲得大量清潔燃?xì)獾耐瑫r(shí)伴隨而來的是大量的副產(chǎn)物如沼渣的產(chǎn)生，如何合理的處理和利用這部分產(chǎn)物對(duì)于廢棄物的資源化利用和減輕環(huán)境污染有著重要的影響，如果能實(shí)現(xiàn)兩者的有機(jī)結(jié)合對(duì)能源領(lǐng)域的發(fā)展將起到積極的促進(jìn)作用。目前常見的 利用途徑有開發(fā)沼渣有機(jī)肥用作農(nóng)林作物肥料，如專利CN101774848B和CN101229982A等，公開了以沼渣為主要原料制備有機(jī)肥的方法，專利201010100163.9報(bào)道了沼渣制備活性炭的方法，尚未見沼渣與微藻培養(yǎng)相結(jié)合的文獻(xiàn)和專利報(bào)道。由于本專利中沼渣主要由活性污泥和未充分降解的藻渣(藻渣中蛋白質(zhì)含量超過50%)組成，其中仍含有豐富的有機(jī)物如碳水化合物和蛋白質(zhì)等，以及多種營(yíng)養(yǎng)元素如N、P等，通過合理的技術(shù)手段將其進(jìn)行處理，可作為微藻培養(yǎng)的有效成分，并且可減少沼渣處理不當(dāng)帶來的二次污染問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在通過采用合適的手段對(duì)沼渣進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)與微藻培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合，為微藻提供新型營(yíng)養(yǎng)來源及拓寬沼渣的利用途徑。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的操作方法如下:
(I)厭氧發(fā)酵
在具塞廣口瓶中加入?yún)捬躅w粒污泥和發(fā)酵底物藻渣，攪拌均勻后蓋上帶有導(dǎo)管的瓶塞，通入氮?dú)獯祾叩羝恐袣埩艨諝?，?dǎo)管出口連接氣袋用于氣體的收集，廣口瓶放入35 V水浴鍋中開始厭氧消化，15-20天后停止發(fā)酵。(2)沼渣的分離
厭氧發(fā)酵液經(jīng)4000rpm轉(zhuǎn)速離心后去除上清液，收集下層剩余物即為沼渣。(3)沼渣的處理
采用物理化學(xué)相結(jié)合的手段對(duì)沼渣進(jìn)行處理。用濃度為5 mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)沼洛pH至10,在25°C下放置12 h,放入高壓滅菌鍋中于115 °C下加熱60 min,冷卻后采用真空抽濾收集液體部分作為微藻培養(yǎng)基。(4)微藻培養(yǎng)本發(fā)明培養(yǎng)的淡水微藻包括來自于淡水域等野生環(huán)境或馴化后的自養(yǎng)型淡水微藻，可于各大藻種保藏中心或市售獲得，如小球藻、柵藻和螺旋藻等。所述微藻藻種為小球藻{Chlorella vulgaris),曾記載于2009年11月19公開的美國專利申請(qǐng)公開說明書US20090288223中，還可于美國德克薩斯藻種保藏中心獲得，其保藏編號(hào)為UTEX 2714。
藻種的培養(yǎng):藻種培養(yǎng)基成分為NH4Cl 400 mg/L, KH2PO4 56 mg/L, K2HPO4 108 mg/L, MgSO4 7H20 100 mg/L，冰醋酸I mg/L，微量元素I ml/L，將藻種經(jīng)無菌操作接種于滅過菌的培養(yǎng)基中，然后置于光照培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)，每天震蕩3-4次,培養(yǎng)溫度為15-30 °C,光照強(qiáng)度為2000-4000 Lux,培養(yǎng)7天。
沼渣營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng):將(3)中所得微藻培養(yǎng)基用蒸餾水稀釋10倍，然后用5 mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)PH至7，進(jìn)行高壓滅菌20min，將藻種經(jīng)無菌操作接種于滅過菌的微藻培養(yǎng)基中，然后置于轉(zhuǎn)速為180rpm的搖床中震蕩培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為28°C，光照強(qiáng)度為6000 Lux，培養(yǎng)7天。
本發(fā)明的有益效果如下:沼渣傳統(tǒng)利用方式主要有堆肥作為農(nóng)林作物的肥料或返回厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中作為接種物等，但在該專利中，堿性條件導(dǎo)致沼渣中殘留藻渣蛋白質(zhì)的溶解度增大并發(fā)生初步水解，然后在一定溫度的情況下分解為小分子的氨基酸、多肽甚至進(jìn)一步降解為短鏈脂肪酸，碳水化合物部分分解為單糖，而且該過程中對(duì)污泥菌群細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定的破壞作用，從而釋放出細(xì)胞壁中成分和胞內(nèi)物質(zhì)，從而沼渣可以為微藻提供了一種新的營(yíng)養(yǎng)源。在沼渣不經(jīng)過任何處理的情況下，采用單純水浸的方式所獲取的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)比較貧瘠，經(jīng)過培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)微藻的生物量培養(yǎng)前后幾乎不發(fā)生任何變化，通過處理后對(duì)這些其中所含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的釋放，生物量達(dá)到9.0g/L,油脂含量達(dá)到35.8%，實(shí)現(xiàn)了沼渣與微藻培養(yǎng)進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，并且進(jìn)一步拓寬了沼渣的利用途徑，減少了沼渣的二次污染。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例: 步驟一:厭氧發(fā)酵。在IL的具塞廣口瓶中加入300g厭氧顆粒污泥(取自濱州香馳集團(tuán)淀粉廢水厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，其總固體物質(zhì)含量為9.44%，揮發(fā)性固體物質(zhì)為84.58%)和藻渣26g (總固體物質(zhì)含量97.8%，揮發(fā)性固體物質(zhì)含量92.6%)，其中藻渣的具體獲得方式為:在步驟三藻種培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，將培養(yǎng)后的微藻經(jīng)離心去除上清液，收集下層濕藻后經(jīng)高壓均質(zhì)機(jī)(NS3015H，意大利Niro Soavi公司)進(jìn)行細(xì)胞破碎，均質(zhì)壓力為120 Mpa，循環(huán)處理2次。選擇正己烷作為萃取 溶劑，將破壁細(xì)胞加入單口燒瓶中，按照I ml/g破壁細(xì)胞的比例加入溶劑，在55°C下磁力加熱攪拌裝置上浸出lh，結(jié)束后對(duì)其進(jìn)行靜置分離，收集上層的有機(jī)溶劑相，并回收藻體在相同的條件下進(jìn)行二次浸提，最后濕藻體在真空干燥箱(操作溫度為40°C，真空度為2000 pa)中蒸脫24h，去除殘留溶劑和水分，最終得到干藻渣。在污泥和藻渣中加水調(diào)節(jié)固體含量為8%，攪拌均勻后蓋上帶有導(dǎo)管的瓶塞，通入氮?dú)獯祾叩羝恐袣埩艨諝?，?dǎo)管出口連接氣袋用于氣體的收集，溫度控制在35±1°C，發(fā)酵15天。
步驟二:沼渣處理。發(fā)酵結(jié)束后將厭氧發(fā)酵液經(jīng)4000 rpm轉(zhuǎn)速離心后去除上清液，剩余漿狀物為沼渣。采用堿-熱相結(jié)合的處理方法對(duì)沼渣進(jìn)行處理，用5 mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至10，在25°C下放置12h，放入高壓滅菌鍋中于115°C下加熱60min，冷卻后采用真空抽濾收集液體部分作為微藻培養(yǎng)基。
步驟三:藻種的培養(yǎng):采用的藻種為d/ore77a vulgaris (購自美國德克薩斯藻種保藏中心，UTEX 2714)。藻種培養(yǎng)基成分為 NH4Cl 400 mg/L, KH2PO4 56 mg/L, K2HPO4 108mg/L，MgSO4.7H20 100 mg/L，冰醋酸I mg/L,微量元素I ml/L，在該培養(yǎng)基中總油脂含量可達(dá)細(xì)胞干重的40%以上，為富油微藻。具體操作為:將培養(yǎng)基分別加入到錐形瓶(具透氣封口膜)中，經(jīng)過121°C滅菌后經(jīng)無菌操作接入藻種，然后置于光照培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)，每天震蕩3次，培養(yǎng)溫度為28°C，光照強(qiáng)度為4000 Lux (日光燈)，培養(yǎng)7天。步驟二中所得微藻培養(yǎng)基用蒸餾水稀釋10倍，然后用5 mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH至7，經(jīng)115 °C滅菌20 min后分別裝入錐形瓶中，將藻種按照10%接種量(藻種0068(|為1.0)經(jīng)無菌操作接種于滅過菌的微藻培養(yǎng)基中，然后置于轉(zhuǎn)速為ISOrpm的搖床中震蕩培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為28°C，光照強(qiáng)度為6000 Lux (日光燈)，培養(yǎng)7天。取樣測(cè)定生物量為9.0 g/L，油脂含量 為35.8%。
權(quán)利要求
1.一種以沼渣為原料進(jìn)行微藻培養(yǎng)的方法，其特征是它包括如下步驟:(I)用濃度為5mo I/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)沼渣pH至10，在25°C下放置12 h，放入高壓滅菌鍋中于115°C下加熱60 min，冷卻后采用真空抽濾收集液體部分作為微藻培養(yǎng)基； (2)微藻培養(yǎng) 所述微藻藻種為小球藻vulgaris),保藏于美國德克薩斯藻種保藏中心，保藏編號(hào)為UTEX 2714 ； 藻種的培養(yǎng):藻種培養(yǎng)基成分為 NH4Cl 400 mg/L, KH2PO4 56 mg/L, K2HPO4 108 mg/L,MgSO4 7H20 100 mg/L,冰醋酸I mg/L,微量元素I ml/L,將藻種經(jīng)無菌操作接種于滅過菌的培養(yǎng)基中，然后置于光照培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)，每天震蕩3 — 4次,培養(yǎng)溫度為15-30°C,光照強(qiáng)度為2000-4000 Lux,培養(yǎng)7天； (3)沼渣營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng):將(I)中所得微藻培養(yǎng)基用5mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH至7，進(jìn)行高壓滅菌20min，將藻種經(jīng)無菌操作接種于滅過菌的微藻培養(yǎng)基中，然后置于轉(zhuǎn)速為180rpm的搖床中震蕩培養(yǎng)， 培養(yǎng)溫度為28°C，光照強(qiáng)度為6000 Lux,培養(yǎng)7天。
全文摘要
一種以沼渣為原料進(jìn)行微藻培養(yǎng)的方法，其特征是它包括如下步驟(1)用濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)沼渣pH至10，在25℃下放置12h，放入高壓滅菌鍋中于115℃下加熱60min，冷卻后采用真空抽濾收集液體部分作為微藻培養(yǎng)基；(2)微藻培養(yǎng)；所述微藻藻種為小球藻；(3)沼渣營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)將(1)中所得微藻培養(yǎng)基用5mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH至7，進(jìn)行高壓滅菌20min，將藻種經(jīng)無菌操作接種于滅過菌的微藻培養(yǎng)基中，然后置于轉(zhuǎn)速為180rpm的搖床中震蕩培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為28℃，光照強(qiáng)度為6000Lux，培養(yǎng)7天。
文檔編號(hào)C12N1/12GK103194395SQ20131013988
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者李巖, 張曉東, 華棟梁, 張 杰, 許海朋, 趙玉曉, 牧輝 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院能源研究所