基于微藻培养技术的废水资源化利用研究

发布时间：2018-11-02 12:04

【摘要】：微藻是一类自然界分布广泛，个体微小，种类繁多，繁殖迅速，光合效率高的自养型微生物。微藻因其独特的优势而被视为新一代能够取代化石能源的绿色可再生生物能源。微藻可作为制备生物柴油的原料，能够很好的解决能源危机，也是当前的研究热点之一。但是，目前微藻能源技术发展所面临的主要瓶颈在于如何实现大规模、低成本、持续性的微藻原料供应。因此，开发微藻生物能源技术，除了对能源藻种的选育和通过改进培养技术来大幅度提高微藻产率以外，寻找廉价的水资源和营养盐也是降低微藻培养成本的重要措施。本文对内蒙古包头市周边水域以及北郊污水净化厂二级出水取样，并进行微藻的分离、筛选，探究利用城市生活废水培养能源微藻的可行性，研究了在城市生活废水环境下富油栅藻的生长和油脂积累特性，初步探讨了利用螺旋藻养殖废水水培蔬菜的可行性，为养藻废水的资源化利用提供依据，研究的主要内容及结果如下： 1、采用涂布平板法和样品稀释法对包头市周边水域以及污水净化厂二级出水中微藻进行分离、筛选和纯化，获得4株优势藻种。利用形态学和18S rDNA技术对4株藻种进行鉴定，确定XJ001藻株为菱形藻属（Nitzschia）、XJ002藻株为栅藻属（Scenedesmus）、XJ006藻株为微拟球藻属（Nannochloropsis）、XJ008为绿球藻属（Chlorococcum）。 2、利用城市生活废水培养富油栅藻（XJ002），研究了废水灭菌、营养盐补加含量及成分对微藻生长和油脂积累的影响。结果表明：栅藻能够在不灭菌的城市生活废水中生长，补加50%和75%含量的BG-11营养盐能够很好的促进微藻生长。其中，Fe3+、NaNO3、K2HPO4·3H2O、MgSO4·7H2O、Na2CO3对栅藻的生长和油脂的积累影响显著（P＜0.05），视为必需营养盐；Ca2+及微量元素对栅藻的生长影响不显著（P＞0.05），可以不必添加。在补加50%BG-11含量的Fe3+（2.9mg·L-1）、 NaNO3（0.75g·L-1）、 K2HPO4·3H2O （19.5mg·L-1）、MgSO4·7H2O（37.5mg·L-1）、Na2CO3（10mg·L-1）营养盐条件下，栅藻生物量可达2.08g·L-1，是纯废水条件下的1.93倍，油脂产率为17.58±1.30mg·L-1·d-1，分别是纯废水和BG-11培养条件下的4.92倍和1.33倍，而培养成本为BG-11同等培养条件下30%~50%。 3、采用单因素和正交试验，以生物量为响应，研究了城市生活废水中补加五种主要营养盐对栅藻XJ002藻株生长和油脂积累的影响。结果表明：在城市生活废水中，栅藻最适生长环境条件为温度25℃，光照强度5000Lx，培养液初始pH为6.5~7.5，最佳营养盐补加NaNO3浓度为2.25g·L-1，K2HPO4·3H2O浓度为40mg·L-1，MgSO4·7H2O浓度为56.25mg·L-1，FeCl3·6H2O浓度9mg·L-1，Na2CO3浓度为15mg·L-1。在此条件下栅藻生物量可达3.04g·L-1，远高于废水原液条件，是其2.8倍。此外，在缺氮或低氮条件下更有利于微藻油脂的积累，城市生活废水中自身含有的磷、碳浓度基本满足微藻正常的生长和油脂代谢，适量添加可以更好的促进微藻生长，同时较高浓度的Fe3+可以在一定程度上促进微藻油脂的积累。 4、采用淡水稀释和pH调节两种方式对螺旋藻养殖废水进行了简单处理，直接用于蔬菜水培。结果表明：废水稀释100倍可作为植株水培的营养液；废水分别经过20倍、10倍稀释，pH调节为6.0后可分别作为番茄、油麦菜植株的水培培养液。此外，低倍数的稀释可以保证养殖废水中营养物的充足供应，避免了稀释所带来营养物过分流失，适宜的pH可以满足不同植株对培养液的pH环境要求。利用城市生活废水培养富油栅藻生产生物柴油原料，，在实现微藻高产生物量和油脂含量的同时不仅减少了微藻培养的能源消耗，还大大降低了以能源微藻为原料的生物柴油生产成本，对工业上微藻大规模养殖和原料持续性供应具有重大意义，后续对养藻废水的资源化利用更加体现了废水培养微藻的价值和循环经济。废水的资源化利用将废水变废为宝，减少废水排放所带来的环境污染，避免水资源浪费，也有利于社会的可持续发展。
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【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703;Q943.1

【参考文献】