本發(fā)明涉及一種利用粗甘油優(yōu)化污泥脫水液培養(yǎng)小球藻的方法，屬于環(huán)境工程與微藻生物技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

微藻具有光合作用效率高、生長周期短、不需占用農(nóng)業(yè)用地、環(huán)境適應(yīng)能力強等特點。微藻易優(yōu)化調(diào)控提高產(chǎn)量、易粉碎和干燥、且可生產(chǎn)高價值的副產(chǎn)物如蛋白質(zhì)、色素等。在所有生物柴油原料中，微藻具有較高的油脂生產(chǎn)率，并且在生長積累油脂過程中固定二氧化碳。

隨著我國城市化速度加快，城市生活廢水的排放量也隨之提高。利用微生物處理廢水的方法雖然能夠?qū)U水中的氮轉(zhuǎn)化為氮氣排放，但磷積累于剩余的污泥中，大量剩余污泥處理困難，同時使廢水中的氮、磷被浪費。近年來石油資源日益枯竭，人們環(huán)保意識也逐漸提高使生物柴油等生物能源受到重視而快速發(fā)展。生物柴油具有可再生、易生物降解、無毒、含硫量低等優(yōu)點，但隨著生物柴油的大量生產(chǎn)，其副產(chǎn)物粗甘油的產(chǎn)量也迅速增加。平均每生產(chǎn)10kg生物柴油產(chǎn)生1kg粗甘油，這些粗甘油廢液如果不能及時有效地利用和處理，將可能成為新的污染源。

高成本微藻培養(yǎng)是微藻能源化面臨的一個主要問題。如果能利用廢水培養(yǎng)微藻以獲得生產(chǎn)生物柴油的原料，不僅可回收利用生活廢水中的氮、磷同時降低微藻生物柴油的生產(chǎn)費用，使其達(dá)到其工業(yè)化運行的目的。而粗甘油的純化成本高，處理難。因此，尋求高效率、低成本的微藻培養(yǎng)方法以及低成本的粗甘油處理方法是當(dāng)前亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明利用不同濃度的粗甘油為小球藻生長的碳源，將粗甘油添加到污泥脫水液中，來提高小球藻的生物量，同時低成本利用粗甘油以及吸收污水中的氮磷營養(yǎng)物質(zhì)，實現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟效益的共贏。

本發(fā)明的第一個目的是提供一種利用粗甘油優(yōu)化污泥脫水液培養(yǎng)微藻的方法，所述方法是添加1～4g/l粗甘油到污泥脫水液中作為培養(yǎng)液進行微藻培養(yǎng)。

在本發(fā)明的一種實施方式中，所述污泥脫水液經(jīng)過滅菌或未滅菌。

在本發(fā)明的一種實施方式中，所述粗甘油為生物柴油生產(chǎn)的副產(chǎn)物。

在本發(fā)明的一種實施方式中，所述粗甘油是由40～60％甘油、5～10％甲醇與40～50％水組成。

在本發(fā)明的一種實施方式中，所述微藻為小球藻、微擬球藻或三角褐指藻。

在本發(fā)明的一種實施方式中，所述微藻為小球藻。

在本發(fā)明的一種實施方式中，所述方法優(yōu)選為添加4g/l粗甘油到滅菌的污泥脫水液中作為培養(yǎng)液培養(yǎng)小球藻。

在本發(fā)明的一種實施方式中，所述方法優(yōu)選為添加2g/l粗甘油到未滅菌的污泥脫水液中作為培養(yǎng)液培養(yǎng)小球藻。

本發(fā)明的第二個目的是提供上述利用粗甘油優(yōu)化污泥脫水液培養(yǎng)微藻的方法培養(yǎng)得到的微藻。

本發(fā)明的第三個目的是提供一種微藻培養(yǎng)基，所述微藻培養(yǎng)基是添加1～4g/l粗甘油到滅菌或未滅菌的污泥脫水液中得到。

本發(fā)明的第四個目的是提供上述利用粗甘油優(yōu)化污泥脫水液培養(yǎng)微藻的方法在能源、食品、化工、制備方面的應(yīng)用。

本發(fā)明的有益效果

本發(fā)明利用污泥脫水液與粗甘油來培養(yǎng)小球藻，生產(chǎn)生物質(zhì)能源的同時回收利用污水中的氮磷以及吸收利用粗甘油，降低了污水處理的成本及粗甘油的處理成本。

本發(fā)明對添加到污水中的粗甘油含量做了優(yōu)化，使得小球藻在培養(yǎng)過程中未添加其他氮磷以及碳源就得到了可觀的生物量。

本發(fā)明還對污泥脫水液做了滅菌處理，滅菌處理后的污泥脫水液水質(zhì)發(fā)生改變，使得小球藻對粗甘油利用率提高了一倍，更加有效地提高了粗甘油利用率，降低了粗甘油處理成本。

附圖說明

圖1為未滅菌污泥脫水液中不同粗甘油濃度下藻生物量變化圖；

圖2為未滅菌污泥脫水液中不同甘油濃度下氨氮含量變化；

圖3為未滅菌污泥脫水液中不同甘油濃度下總氮含量變化。

圖4為未滅菌污泥脫水液中不同甘油濃度下總磷含量變化；

圖5為滅菌污泥脫水液中不同粗甘油濃度下藻生物量變化圖；

圖6為滅菌污泥脫水液中不同甘油濃度下氨氮含量變化；

圖7為滅菌污泥脫水液中不同甘油濃度下總氮含量變化。

圖8為滅菌污泥脫水液中不同甘油濃度下總磷含量變化；

圖9為不同甘油濃度下cod含量變化。

具體實施方式

實施例1：污泥脫水液處理

將經(jīng)過沉降、過濾的污泥脫水液分為兩份：一份作為原始水樣(不經(jīng)過任何處理)，另一份水樣在121℃條件下，滅菌30min作為滅菌水樣用于實驗。滅菌前后的水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1滅菌前后水質(zhì)特點

實施例2：未滅菌污泥脫水液中不同粗甘油濃度下小球藻生長情況

將培養(yǎng)至對數(shù)期的小球藻液4000r/min離心5分鐘，去離子水洗三次后離心，分別取粗甘油濃度為0、1、2、4、6g/l的未滅菌的污泥脫水液600ml重懸藻體(編號0、1、2、4、6)，調(diào)節(jié)藻密度(od)為0.3左右，將錐形瓶置于恒溫光照培養(yǎng)箱中。培養(yǎng)條件為25℃，光照5000lux，光暗比為12h:12h，不調(diào)節(jié)各污水水樣ph。每日搖晃錐形瓶5次，定時取樣。

測定水樣中藻密度(od680nm)，實驗結(jié)果如圖1所示，不同粗甘油濃度下小球藻生物量均隨培養(yǎng)時間而不斷增大，未滅菌污水中添加量為1g/l與2g/l的實驗組的生物量明顯高于其他實驗組，而添加量為4g/l的粗甘油濃度時微藻生長比較緩慢，最終生物量為0.96g/l，6g/l實驗組藻生物量從第五天開始下降。表明添加一定量的粗甘油能夠明顯提高小球藻的生物量，但濃度較高時會抑制小球藻生長。其中未滅菌污泥脫水液添加2g/l粗甘油條件下小球藻生長最好，生物量達(dá)1.5g/l。

實施例3：未滅菌污泥脫水液中不同粗甘油濃度下氮磷消耗情況

實施例2中定時取樣的水樣樣品，測定水樣中營養(yǎng)鹽(n、p)含量變化，實驗結(jié)果如圖2、圖3、圖4。如圖2所示，氨氮含量隨著培養(yǎng)時間不斷下降。未滅菌實驗組對氨氮去除率分別為64％、98％、99％、95％與91％。粗甘油低濃度實驗組的氨氮含量在前兩天快速下降，在第三天基本利用完全，去除效果好。

如圖3所示，總氮含量隨著培養(yǎng)時間不斷下降。未添加粗甘油的實驗組最終總氮含量比其他實驗組的含量高，去除率低，分析是因為未添加甘油的實驗組，小球藻生物量比添加甘油實驗組低，所以對氮的去除較低。未滅菌實驗組對總氮去除率分別為51％、97％、98％、91％與90％。在1、2、4g/l的粗甘油添加量時，總氮在第三天就被利用完了，比6g/l實驗組第四天而言下降速率較快。但在未滅菌實驗組中，對總氮的消耗除了與小球藻的生長吸收有關(guān)外，可能與污水中的自生菌有一定關(guān)系。

如圖4所示，未滅菌的各粗甘油添加實驗組對總磷的去除率分別為80％、76％、43％、42％與36％，去除效率隨著粗甘油濃度的增大而逐漸下降。與氮含量變化不同的是，各實驗組磷含量在未添加甘油實驗組中下降的較快，而添加粗甘油濃度越高的實驗組總磷含量下降的越緩慢。分析一方面可能是因為污水中磷的含量足以滿足小球藻的生長，所以小球藻對磷的消耗不多，另外可能粗甘油中的其他成分影響對磷的吸收利用。

實施例4：滅菌污泥脫水液中不同粗甘油濃度下小球藻生長情況

將培養(yǎng)至對數(shù)期的小球藻液4000r/min離心5分鐘，去離子水洗三次后離心，分別取粗甘油濃度為0、1、2、4、6g/l的滅菌的污泥脫水液600ml重懸藻體(編號s0、s1、s2、s4、s6)，調(diào)節(jié)藻密度(od)為0.3左右，將錐形瓶置于恒溫光照培養(yǎng)箱中。培養(yǎng)條件為25℃，光照5000lux，光暗比為12h:12h，不調(diào)節(jié)各污水水樣ph。每日搖晃錐形瓶5次，定時取樣。

測定水樣中藻密度(od680nm)，實驗結(jié)果如圖5所示，不同粗甘油濃度下小球藻生物量均隨培養(yǎng)時間而不斷增大，滅菌污水實驗組中，添加粗甘油組生物量明顯高于未添加組，4g/l的粗甘油濃度下小球藻的生物量最高，達(dá)1.5g/l。而其他粗甘油濃度實驗組藻生物量比較接近，大致為1.3g/l左右。相對于未滅菌的實驗組，滅菌的實驗組對粗甘油利用量提高了2倍，由2g/l提高到4g/l。

實施例5：滅菌污泥脫水液中不同粗甘油濃度下氮磷消耗情況

實施例4中定時取樣的水樣樣品，測定水樣中營養(yǎng)鹽(n、p)含量變化，實驗結(jié)果如圖6、圖7、圖8。如圖6所示，氨氮含量隨著培養(yǎng)時間不斷下降。滅菌實驗組中對氨氮的去除效率分別為66％、92％、92％、92％與93％。滅菌實驗組中除未添加粗甘油的實驗組氨氮含量下降緩慢之外，其他實驗組的氨氮含量下降的比較快速，氨氮的含量在第五天基本降為0。。

如圖7所示，各實驗組的總氮含量隨著培養(yǎng)時間不斷下降。未添加粗甘油的實驗組最終總氮含量比其他實驗組的含量較高，去除率較低，分析是因為未添加甘油的實驗組的藻生物量比添加甘油實驗組低，所以對氮去除較低。滅菌實驗組中總氮含量隨著培養(yǎng)時間緩慢下降，各組對總氮去除效率分別為74％、94％、94％、94％與93％，除未添加甘油的實驗組外其余組對總氮的去除率都很高。滅菌實驗組在第五天基本利用完污水中總氮，相對于未滅菌污水的三四天效率略低，可能因為滅菌污水中總氮的下降主要是小球藻的吸收利用，而未滅菌污水中有自生菌的存在，會對總氮的去除有一定的貢獻(xiàn)。

如圖8所示，滅菌實驗組(s)對總磷的去除率為74％、55％、46％、42％與37％。滅菌實驗組中總磷含量變化與未滅菌實驗組類似。

實施例6：污泥脫水液不同粗甘油濃度下cod含量變化情況

如圖9所示為不同粗甘油濃度下各實驗組cod的含量變化。污水中的cod隨著添加粗甘油的濃度而明顯上升，按照cod的范圍分為5組。污水中的cod隨著培養(yǎng)時間不斷下降。相對于未添加粗甘油組的cod下降濃度，粗甘油添加后的cod下降量明顯提高，表明小球藻除了能夠去除利用污泥脫水液中的部分有機碳外，對粗甘油也有一定量的吸收利用。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可做各種的改動和修飾，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。