申请日2011.07.07
公开(公告)日2013.01.09
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明提供了一种利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法，包括以下步骤：(1)预处理发酵工业废水;(2)加入微藻进行处理;(3)收集微藻;(4)制成藻粉。较佳地，预处理包括稀释发酵工业废水和调节发酵工业废水的pH值，从而适于微藻生长，CO2气体为收集发酵工厂释放的CO2，作为微藻培养的主要碳源，处理在光生物反应器进行，优选透明的槽式封闭光生物反应器。本发明的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法在发酵工业废水处理的同时，实现CO2减排和生产藻粉，降低生产成本，可达到废物资源的综合利用，实现节能减排的绿色生产，适用从实验室到工业规模化微藻培养，设计巧妙独特，适于大规模推广应用。
权利要求书
1.一种利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法，其特征在于，所述的方法包 括以下步骤：
(1)预处理发酵工业废水;
(2)加入微藻进行处理;
(3)收集微藻;
(4)制成藻粉。
2.根据权利要求1所述的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法，其特征在 于，在所述步骤(1)中，所述发酵工业废水中总氮为40.0～8000.0mg/L，氨氮为 35.0～7000.0mg/L，总磷浓度为3.0～50.0mg/L，pH2.0～8.5。
3.根据权利要求1所述的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法，其特征在 于，在所述步骤(1)中，所述预处理包括稀释所述发酵工业废水和调节所述发酵工业废 水的pH值，从而适于所述步骤(2)中所述微藻生长。
4.根据权利要求3所述的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法，其特征在 于，在所述步骤(1)中，所述发酵工业废水稀释至总氮浓度为35.0～350.0mg/L，pH值调 节至6.0～7.5。
5.根据权利要求1所述的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法，其特征在 于，在所述步骤(2)中，所述微藻选自自养小球藻、微拟球藻、布朗葡萄藻、纤细角毛 藻、海绿球藻、球等鞭金藻、新月菱形藻、三角褐指藻、杜氏藻和棱形藻的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法，其特征在 于，所述普通小球藻是小球藻C9-JN2010，保藏编号为：CCTCC NO：M 2010373，或者 是微拟球藻或布朗葡萄藻。
7.根据权利要求1所述的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法，其特征在 于，在所述步骤(2)中，所述微藻的初始接种密度为1.0×106cfu/ml～1.0×108cfu/ml，所 述培养的条件为：光照周期为10h∶14h～16h∶8h，光照强度为5000lux～15000lux，培养 温度为12～35℃，pH为6.0～7.5，CO2气体通气量为0.01～0.2VVm，停留时间为3～6天。
8.根据权利要求7所述的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法，其特征在 于，所述CO2气体为收集发酵工厂释放的CO2，作为微藻培养的主要碳源。
9.根据权利要求1所述的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法，其特征在 于，在所述步骤(2)中，所述处理在光生物反应器进行。
10.根据权利要求9所述的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法，其特征在 于，所述光生物反应器是封闭槽式光生物反应器，容积为10m3～10000m3，所述处理的方 式为微藻间歇或连续培养。
11.根据权利要求10所述的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法，其特征 在于，所述封闭槽式光生物反应器是透明的封闭槽式光生物反应器，采用太阳光光源和 LED三色冷光源的一种或两种作为光源。
12.根据权利要求10所述的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法，其特征 在于，所述封闭槽式光生物反应器采用发酵工厂产生的余热或加热器维持在12～35℃。
13.根据权利要求1所述的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法，其特征在 于，在所述步骤(2)中，所述处理进行至所述发酵工业废水中总氮浓度低于15.0mg/L， 氨氮浓度小于1.0mg/L，总磷浓度低于0.5mg/L。
14.根据权利要求1所述的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法，其特征在 于，在所述步骤(2)中，所述处理进行至所述微藻浓度达5.0×107cfu/ml～3.0×108cfu/ml。
说明书
一种利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法
技术领域
本发明涉及环境工程及生物能源技术领域，更具体地，涉及光生物反应器技术领域， 特别是指一种利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法。
背景技术
当今，能源紧缺，环境污染和粮食不足是三大世界难题。微藻在解决上述难题中具 有非常重要的作用。
微藻是一种能进行光合自养的微生物，具有高效的光利用率，以及快速高效地从环 境中吸取营养物质(如CO2、氮、磷等)并转化成有机化合物的能力，在生态系统中处于 初级生产者，在整个物质循环中作用巨大，生产效率高，发展前景诱人。微藻培养只需 要一些简单的营养，铵盐或硝酸盐，磷酸盐及一些微量金属元素，最重要的是还需要大 量的CO2。而且微藻也可应用到环境工程中，进行污水处理来帮助净化水。微藻能够降低 污水中导致富营养化的物质的浓度，如硝酸盐、磷酸盐等。另外，微藻还对重金属具有 很强的吸收能力，还能进行重金属或放射性物质的富集从而达到清除效果。且微藻富含 油脂、蛋白质、碳水化合物、微量元素及其它生物活性物质，因而可作为饵料，食品和 生物能源的主要来源之一。
发酵行业的废水排放量约占全国工业废水排放总量的1.8%，是轻工业中污染较重的 行业。发酵工业的废水、废渣槽中含有丰富的蛋白质、氨基酸、糖类和多种微量元素， 具有较高的COD值，不加利用直接排放既浪费了资源，同时也增加了污染物处理成本。 发酵工业废水属高浓度有机、氨氮、高盐分、强酸性废水，是较难处理的工业废水之一。 目前，除了少量氨基酸废水能资源化利用，且主要制备氨基酸饲料，提取氨基酸及其盐 类和制备氨基酸农药等。这虽然在一定程度上能提高资源利用率，但废水利用潜力很有 限，仍有大部分废水排出。这带来很大的环境污染压力。
当前，环境污染严重，大量的污水得不到有效的处理，工厂产生大量的CO2温室气体 得不到处理。藻类培养对于污水处理、CO2减排及清洁生物能源生产与利用方面的重要作 用、以及改善生态环境的重大意义，使微藻的研究与开发成为目前最热门的研究与应用 领域之一。虽然微藻具有较高的环境和经济价值，但要实现微藻产业化经济的利用，仍 受限于微藻工业化规模培养的工艺条件及相应光生物反应器的研制。
为了解决存在的上述问题，需要提供一种利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的 方法，在发酵工业废水处理的同时，生产藻粉等产品，降低生产成本，可达到废物资源 的综合利用，实现节能减排的绿色生产，适用从实验室到工业规模化微藻培养。
发明内容
本发明的主要目的就是针对以上存在的问题与不足，提供一种利用微藻处理发酵工 业废水并生产藻粉的方法，在发酵工业废水处理的同时，实现CO2减排和生产藻粉，降低 生产成本，可达到废物资源的综合利用，实现节能减排的绿色生产，适用从实验室到工 业规模化微藻培养，设计巧妙独特，适于大规模推广应用。
为了实现上述目的，本发明提供了一种利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方 法，其特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)预处理发酵工业废水;
(2)加入微藻进行处理;
(3)收集微藻;
(4)制成藻粉。
所述发酵工业废水可以是任何发酵工业废水。较佳地，所述发酵工业废水包括氨基 酸工业废水、柠檬酸工业废水、酵母生产工业废水或沼液。预处理是为了使发酵工业废 水适于微藻生长。
所述发酵工业废水，不同发酵工厂产生的废水中氮磷等含量一般相差不大。一般地， 在所述步骤(1)中，所述发酵工业废水中总氮为40.0～8000.0mg/L，氨氮为 35.0～7000.0mg/L，总磷浓度为3.0～50.0mg/L，pH2.0～8.5。
为了便于微藻处理所述发酵工业废水，较佳地，在所述步骤(1)中，所述预处理包 括稀释所述发酵工业废水和调节所述发酵工业废水的pH值，从而适于所述步骤(2)中所 述微藻生长。更佳地，在所述步骤(1)中，所述发酵工业废水稀释(例如用水)至总氮 浓度为35.0～350.0mg/L，pH值调节至6.0～7.5。
所述微藻可以采用任何合适的微藻，一般要求是含油脂高、CO2耐受能力强及氮磷去 除率高的优势藻种，较佳地，在所述步骤(2)中，所述微藻选自养小球藻(Chlorella autotuophica)、微拟球藻(Nannochloropsis salina)、布朗葡萄藻(Botyococcus Braunii)、 纤细角毛藻(Chaetoceros Gracilis)、海绿球藻(Halochlorococcum marinum)、球等鞭金藻 (Isochrysis galbana Parke)、新月菱形藻(Nitzschia closterium)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum Bohlin)、杜氏藻(Dunaliella sp.)和棱形藻(Nitzschia sp.)的一种或几种。
所述普通小球藻可以采用任何合适的普通小球藻，更佳地，所述普通小球藻是小球 藻C9-JN2010，保藏编号为：CCTCC NO：M 2010373，为绿色、单个球形藻体、壁薄， 学名分类为一种普通小球藻(Chlorella vulgaris)，其于2010年12月31日保藏在中国典型培 养物保藏中心(China Center for Type Culture Collection，简称CCTCC)，或者是微拟球藻 或布朗葡萄藻。
所述微藻的初始接种密度和培养调节可以根据需要或微藻的特性确定，较佳地，在 所述步骤(2)中，所述微藻的初始接种密度为1.0×106cfu/ml～1.0×108cfu/ml，所述培养 的条件为：光照周期为10h∶14h～16h∶8h，光照强度为5000lux～15000lux，培养温度为 12～35℃，pH为6.0～7.5，CO2气体通气量为0.01～0.2VVm，停留时间为3～6天。
所述CO2气体可以是任何来源的CO2气体。较佳地，所述CO2气体为收集发酵工厂释 放的CO2，作为微藻培养的主要碳源。可以和空气直接混合，也可以对废气做一定处理(如， 除尘、除硫等)后再混合，从而有效利用废气，并减少污染。
微藻处理发酵工业废水可以处于任何合适的容器中，较佳地，在所述步骤(2)中， 所述处理在光生物反应器进行。
所述光生物反应器的形状和容积可以任意。更佳地，所述光生物反应器是封闭槽式 光生物反应器，容积为10m3～10000m3，所述处理的方式为微藻间歇或连续培养。
所述封闭槽式光生物反应器可以透明，也可以不透明，更进一步地，所述封闭槽式 光生物反应器是透明的封闭槽式光生物反应器，可以采用玻璃或聚合物等其它透明材质， 采用太阳光光源和LED三色冷光源的一种或两种作为光源。例如所述太阳光光源可以采 用菲涅尔聚光器进行太阳光的收集，所述LED三色冷光源可以是防水、防腐及防爆的LED 红、橙和蓝三色冷光光源，功率为100～400W。
所述封闭槽式光生物反应器可以采用任何合适方式保持合适温度，更进一步地，所 述封闭槽式光生物反应器采用发酵工厂产生的余热或加热器维持在12～35℃。
为了确定处理是否完成，较佳地，在所述步骤(2)中，所述处理进行至所述发酵工 业废水中总氮浓度低于15.0mg/L，氨氮浓度小于1.0mg/L，总磷浓度低于0.5mg/L。从而 发酵工业废水中的氮磷含量分别降低了80.0%～95.0%(W)和80.0%～99.0%(W)，符 合国家一类水排放标准(COD≤60.0mg/L，TN≤20.0mg/L，NHX-N≤15.0mg/L，TP≤ 1.0mg/L)。
为了确定处理是否完成，较佳地，在所述步骤(2)中，所述处理进行至所述微藻浓 度达5.0×107cfu/ml～3.0×108cfu/ml。从而，藻体细胞干重蛋白质35.0%～65.0%(W)， 碳水化合物15.0%～30.0%(W)，脂肪5.0%～20.0%(W)及纤维2.0%～8.0%(W)， 符合食品及饲料等生产标准(蛋白质17.0%～40.0%(W)，碳水化合物10.0%～49.5% (W)，脂肪3.0%～8.0%(W)，纤维3.0%～12.0%(W)等)。
本发明的有益效果在于：
a.本发明的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法包括以下步骤：(1)稀释 发酵工业废水;(2)加入微藻进行处理;(3)收集微藻;(4)制成藻粉，从而在发酵 工业废水处理的同时，实现CO2减排和生产藻粉，降低生产成本，可达到废物资源的综合 利用，实现节能减排的绿色生产，适用从实验室到工业规模化微藻培养，设计巧妙独特， 适于大规模推广应用。
b.本发明的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法将适度稀释的发酵工业废 水为培养基，不需要外加氮磷等营养元素，可以减轻水资源负担和降低污水处理及生物 能源生产的成本，在进行发酵工业废水处理和CO2减排的同时可获得生物能源，设计独特 巧妙，是一种绿色生产、低成本的污水再利用与生物能源生产技术，适于大规模推广应 用。
c.本发明的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法采用的光生物反应器为 透明的封闭槽式光生物反应器，光的利用效率高、气泡分布均匀，气液混合和传质效果 良好，整个培养方法剪切力非常小，利于微藻的生长，结构合理，操作方便，具有优良 的藻细胞生长环境，光、CO2利用效率高，动力消耗小，反应器占用空间小，设备成本低， 适用于实验室到工业化规模(槽式光生物反应器的容积为10m3～10000m3)微藻培养，适 于大规模推广应用。
d.采用本发明的利用微藻处理发酵工业废水并生产藻粉的方法，能实现氮、磷及CO2高去除效率(如，处理后的污水符合国家一类水排放标准(COD≤60.0mg/L，TN≤ 20.0mg/L，NHX-N≤15.0mg/L，TP≤1.0mg/L))，污水中的氮磷含量分别降低了80.0%～ 95.0%(W)和80.0%～99.0%(W)，并且藻浓度及蛋白质、油脂的含量高(分别为光反 应器内的藻浓度达5.0×107cfu/ml～3.0×108cfu/ml，其蛋白质、油脂、碳水化合物和纤维含 量分别为35.0%～65.0%(W)、5.0%～20.0%(W)、10.0%～30.0%(W)和2.0%～8.0 %(W)，批处理时间可缩短到3～6天，可达到保护环境和生物资源再生产的双重效果， 实现较高的经济和社会综合效益，适于大规模推广应用。
