【正文】 由此表明利用城市生活廢水培養(yǎng)含油微藻可以在獲得微藻油脂產(chǎn)品的同時(shí)實(shí)現(xiàn)水體的氮磷無害化處理。利用生活廢水進(jìn)行微藻培養(yǎng)中，僅需補(bǔ)充添加無機(jī)氮、無機(jī)磷、 鐵離子 以及微量元素。在廢水中添加 mg/L 無機(jī)氮、 mg/L 無機(jī)磷、 mg/L 氯化 鐵 和足量微量元素的條件下，培養(yǎng) 20 d 微藻生物量和含油量可達(dá) ， ％左右的水平。 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 31 第 4 章 微藻生產(chǎn)生物柴油 初步探討 本研究利用 吉林省吉林市 排污口的生活廢水作為水源，以小球藻為產(chǎn)油模式藻探討了在錐形燒瓶光生物反應(yīng)器進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)的可行性。 培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，收獲小球藻進(jìn)行藻油含量測定，測得結(jié)果分別為為 %，%,%,%,%,%,%， %和 %。每組進(jìn)行 3 個(gè)平行 實(shí)驗(yàn)，小球藻均在 適宜 的條件下培養(yǎng)，每天進(jìn)行的檢測 OD680 以監(jiān)測小球藻的生長情況，共進(jìn)行了 20 天的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 316,317， 318。 培養(yǎng)結(jié)束后對培養(yǎng)液進(jìn)行離心，上清液進(jìn)行總氮濃度測定實(shí)驗(yàn)，測得總氮濃度平均結(jié)果為 、 、 、 、 、 ，對離心所得沼液進(jìn)行藻油測定實(shí)驗(yàn)，測得的平均結(jié)果為 %、 %、 %、 %、 %、 %。 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 27 00 5 10 15 20 25時(shí)間（d）OD值P1()P2()P3()P4(75mg/L)P5()P6(150mg/L)圖 314 不同磷濃度時(shí)微藻的生長曲線 0204060801001201401600 5 10 15 20 25時(shí)間（d）TP（mg/l）P1()P2()P3()P4(75mg/L)P5()P6(150mg/L) 圖 315 不同磷濃度的廢水培養(yǎng)小球藻時(shí) TP 的變 化曲線 如圖 314 示，從第 6 組條件的 OD680 生長曲線看，在總磷濃度達(dá)到 和 125mg/l 的條件下，小球藻的生長趨勢明顯比其他四組培養(yǎng)基強(qiáng)，培養(yǎng) 20 天后六組實(shí)驗(yàn)中 OD680 最高的是第 6 組達(dá)到 ，而第 5 組達(dá)到 ，其他三組的平均值為 。其因可能為氮源充足時(shí) ,細(xì)胞生長旺盛 ,蛋白質(zhì)、脂類和核酸等生物活性物質(zhì)均正常合成 ,因此所得脂肪酸含量較低 。 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 26 如圖 313 示，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，溶液中總氮濃度較低的是第 1 組的 mg/l.和第 2 組的 mg/l.， ,而六組培養(yǎng)基的總氮去除率分別為 %、 %、%、 %、 %和 %。此外向污水中添加 鈣離子（ 25 mg/L）、鎂離子（ 75 mg/L）、鐵離子（ mg/L）和 A5（添加量參照 SE 培養(yǎng)基）。 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 24 010 5 10 15 20 25時(shí)間（d）OD值純污水污水+Fe離子（）污水+Fe離子（）污水+Fe離子（）污水+Fe離子（） 圖 311 不同 濃度 Fe3+的廢水培養(yǎng)小球藻的生長曲線 如圖 311 所示，從第 3 組實(shí)驗(yàn)的小球藻生長曲線可以看出在一定范圍內(nèi)提高溶液中 Fe3+的濃度可以 促進(jìn)小球藻污水中的生長。而第 4 組的小球藻的 生長 明顯受到了抑制 ， 第 5 組小球藻幾乎不生長， 表明過高濃度的 鎂 離子并不能促進(jìn)小球藻在污水中生長 反而可能抑制其生長 。由此可見適宜小球藻生長的鈣離子濃度最低為 25 mg/L。 鈣 離子對小球藻生長的影響 以 SE 培養(yǎng)基 的鈣離子 濃度為基準(zhǔn)，設(shè)置 5 組實(shí)驗(yàn)， 每組設(shè) 3 個(gè)平行實(shí)驗(yàn)，在適宜的培養(yǎng)條件下 考察 0、 、 和 2 倍 Ca2+，即 0、 、 、 、 mg/L 濃度條件下（ 鎂離子 、 鐵離子的濃度 同 SE 培養(yǎng)基）， 以 OD680 為指標(biāo)， 以 3 組實(shí)驗(yàn)的平均值為結(jié)果， 每四天測一次，共進(jìn)行五次測定。 對離心所得沼液進(jìn)行藻油測定實(shí)驗(yàn)，測得的平均結(jié)果為 %、 %、 %、%、 %、 %。 7H2O、 NaFe（ EDTA） 2 的條件下，污水中總氮濃度的降低趨勢明顯比 1 組純廢水、 5 組添加 A5 和 6 組添加 EDTA 的培養(yǎng)基快，培養(yǎng) 20 天后六組實(shí)驗(yàn)中氮的去除率最高的是第 4 組達(dá)到 %，而第 2 第3 組分別達(dá)到 80%和 %，略大于第 1 組的 %， 可見在污水中添加鈣離子、鎂離子和鐵離子對小球藻處理污水中的氮有促進(jìn)作用。 H2O、MgSO4 7H2O 的污水在錐形燒瓶生物反應(yīng)器中培養(yǎng)小球藻，第 4組以添加 NaFe（ EDTA） 2 的污水在錐形燒瓶生物反應(yīng)器中培養(yǎng)小球藻，第 5組以添加 EDTA 的污水在錐形燒瓶生物反應(yīng)器中培養(yǎng)小球 藻，第 6 組以添加微量元素的污水在錐形燒瓶生物反應(yīng)器中培養(yǎng)小球藻 [11]。 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 18 表 32 pH 與氮源的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果 時(shí)間 pH= pH= pH= NaNO3 NH4NO3 NH4Cl NaNO3 NH4NO3 NH4Cl NaNO3 NH4NO3 NH4Cl 1d 2d 3d 4d 5d 6d 7d 8d 9d 10d 11d 12d 13d 由表可見， OD 值最大的是培養(yǎng)到第 12 天的以 NaNO3 為氮源 且 pH 為 的培養(yǎng)液，所以適宜小球藻生長的氮源和 pH 組合為 NaNO3 為氮源和 pH 為 的組合。 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 17 00 2 4 6 8 10 12 14時(shí)間（d）OD值硝酸鈉硝酸銨尿素氯化銨 圖 35 不同氮源條件下小球藻的生長曲線 如圖 35 所示，以 NaNO3 為氮源的實(shí)驗(yàn)組的小球藻的生長趨勢明顯比其它組的好， 在第 12 天培養(yǎng)液的 OD 值達(dá)到最大為 遠(yuǎn)大于其他三組的平均值，由此 可見小球藻 生長 的最佳氮源是 NaNO3。 00 2 4 6 8 10 12 14時(shí)間（d）OD值pH自然pH6pH7pH8pH9 圖 34 小球藻在不同 pH 條件下的生長曲線 如圖 32 所示，小球藻生長趨勢較好的是 pH 為 9 的實(shí)驗(yàn)組，而在第 13 天， pH 為 9 的實(shí)驗(yàn)組小球藻的 OD 值 更是達(dá)到 遠(yuǎn)大于其他組，可見小球藻適宜在堿性條件下生長。在全黑暗條件下，小球藻幾乎不生長。小球藻在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，光照周期通過通過調(diào)節(jié)培養(yǎng)箱內(nèi)日光燈光照 和黑暗 時(shí)間來調(diào)節(jié)，每天檢測 OD680 來監(jiān)測小球藻的生長情況 ，共檢測 18 天的小球藻培養(yǎng)液的OD 值 。 00 2 4 6 8 10 12時(shí)間（d）OD值圖 31 小球藻在 SE 培養(yǎng)基上的生長曲線 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 14 培養(yǎng)結(jié)束后對培養(yǎng)液進(jìn)行離心 （ 7 000 r/min， 5 min） ，對離心所得藻 液進(jìn)行 冷凍干燥保存，然后取干藻粉進(jìn)行 藻油 含量的 測定實(shí)驗(yàn)，測得的平均結(jié)果為%。 油脂得率 = 所得油脂重量 / 藻粉重量 100%（式 22） 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 13 第 3 章 實(shí)驗(yàn)過程及討論 城市生活污水水質(zhì) 對所取污水進(jìn)行水質(zhì)檢測， 每個(gè)指標(biāo)重復(fù)測量 3 次，結(jié)果以平均值表示 ，實(shí)驗(yàn) 結(jié)果見 表 31。將混合體系于渦旋振 蕩器上振蕩 5 min，靜置 15 min 后離心（ 6 000 r/min， 2 min）， 收集上層提取液，下層沉淀重復(fù)上述操作，共提取 3 次?？偟捎脡A性過硫酸鉀消解紫外分光光度法 (GB 1189489，水質(zhì)總氮的測定 )，總磷采用鉬 酸銨 分光光度法測定 (GB 1189389，水質(zhì)總磷的測定 ) [7]。培養(yǎng)結(jié)束后 采 用離心法(6000~1 0000 r/min)離心 10 ~15 min,收集微藻細(xì)胞。 微藻細(xì)胞的培養(yǎng)及收集 微藻原種培養(yǎng)在 250 ml 的錐形瓶中的 100 ml 培養(yǎng)基中進(jìn)行 ,每 16 d 傳代 培養(yǎng) 1 次。2H2O 土壤 提 取液 作為培養(yǎng)基的一個(gè)成分 ,采取 1 茶匙干燥菜園土 , 1 撮 CaCO3 和200 mL 蒸餾水。 表 22 A5 的組成 成分 質(zhì)量（ g/L） 成分 質(zhì)量 (g/L) H3BO3 CuSO4 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 10 表 21 SE 培養(yǎng)基 的組成 成分 質(zhì)量（ g/L） 成分 質(zhì)量 (g/L) NaNO3 NaCl K2HPO4 FeCl3 實(shí)驗(yàn)方法 生活污水的預(yù)處理 廢水經(jīng)過孔徑為 45 181。 2H2O； Co(NO3)2； CuSO4 6H2O； KH2PO4； ZnSO4 采用的技術(shù)路線 以 城市生活污水為原料，根據(jù)污水所含有豐富營養(yǎng)物質(zhì)的特點(diǎn) ，大規(guī)模培養(yǎng)微藻 ，再濃縮提取微藻油脂進(jìn)而 生產(chǎn) 微藻 生物柴油，其技術(shù)路線如圖 11 所示 [8]。天然高分子對生物沒有毒害，傳質(zhì)性能較好，但是強(qiáng)度較低；有機(jī)合成高分子凝膠強(qiáng)度較大，但其傳質(zhì)性能稍差。未來的研究方向集中在以下幾方面： a 新型藻類資源的開發(fā)與應(yīng)用：選育和改良新型藻種，繼續(xù)篩選具有高效凈化能力的微藻，重點(diǎn)是篩選對有機(jī)物具有降解能力和自身經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的藻種。 雖然目前利用微藻凈化污水的研究已取得一定的進(jìn)展，但是，除了一些個(gè)別的應(yīng)用以外，大多數(shù)處理方法均處于實(shí)驗(yàn)室階段，在實(shí)用化或工業(yè)化應(yīng)用上還有許多問題有待研究。目前已出現(xiàn)一種具有高光能利用效率、造價(jià)相對便宜、適于污水處理及藻類資源收獲一體化的光生物反應(yīng)器，但該反應(yīng)器培養(yǎng)藻類仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。國內(nèi)外學(xué)者對此做了大量的實(shí)驗(yàn)，指出固定化藻類對氮、磷的凈化效率明顯高于懸浮態(tài)藻。1971年， Mcgriff 等提出“活性藻”方法，把藻類和活性污泥結(jié)合起來，使藻類具有與活性污泥一樣良好的絮凝沉降性能，再采用與活性污泥相似的流程來處理污水，污水中氮的去除率達(dá) 92%，磷的去除率達(dá) 94%。 20世紀(jì) 60年代， 出現(xiàn)了高速率藻塘，它通過形成藻菌共生系統(tǒng)來凈化污水。 H2O 分別通過形成沉淀和揮發(fā)的形式去除，從而間接去除氮磷。 微藻在污水處理中去除氮磷的機(jī)理包括直接作用和間接作用。傳統(tǒng)的生化二級(jí)處理除磷工藝使大量的磷從污水轉(zhuǎn)移至剩余污泥中，從根本上看，仍然不能消除磷對生態(tài)環(huán)境的影響。 本課題 研究利用城市 生活污水進(jìn)行規(guī)?；茉串a(chǎn)油微藻培養(yǎng)，同時(shí)進(jìn)行產(chǎn)油微藻對城市生活污水處理效果的研究，為工業(yè)廢水治理提供可行性的技術(shù)基礎(chǔ)。 目前全球各國都在大力發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè) ， 但其最大的瓶頸在于大規(guī)模低成本可持續(xù)性油脂原料的供應(yīng) 。由于光合放氧作用，微藻光生物反應(yīng)器的出口氣體含有濃度相對較高的 O2，可用于二級(jí)生物處理中曝氣池的曝氣；由于活性污泥中微生物的呼吸作用，曝氣池的出口氣體含有濃度相對較高的 CO2，可用于微藻光生物反應(yīng)器的曝氣（如污水處理廠附近有熱電廠，可向微藻光生物反應(yīng)器中通入熱電廠廢氣，其中的高濃度 CO2 可作為微藻生長所需的無機(jī)碳源）。目前，藻類養(yǎng)殖成本過高成為制約藻類生產(chǎn)油脂技術(shù)大規(guī)模工業(yè)化發(fā)展的主要瓶頸 [3]。因此，能源微藻生產(chǎn)油脂實(shí)現(xiàn)產(chǎn) 業(yè)化的必經(jīng)發(fā)展之路是使其能大規(guī)模、高密度的培養(yǎng)。一些微藻的油脂含量可以占其總干物質(zhì)重量的 20%40%，某些特殊的藻種在一些特定的條件下，其油脂含量甚至可以達(dá)到總生物質(zhì)干重的 75%。此外，微藻光合作用形成高 pH 值，也可起到一定的污水凈化 作用。微藻細(xì)胞能夠 利用水體中多種無機(jī)氮和有機(jī)氮化合物作為氮源 , 利用二氧化碳和碳酸鹽作為碳源，進(jìn)行光能自養(yǎng)生長。約占全球已知 3 萬余種藻類的 70%。 污水再生利用是解決 水污染 這一問題的重要途徑，而如何經(jīng)濟(jì)有效地凈化污水成為關(guān)鍵。 我國七大水系和周邊海域都遭到了不同程度的污染。在肝癌高發(fā)區(qū)流行病的調(diào)查表明，飲用藻茵類毒素污染的水是肝癌的主要原因 [1]。 關(guān)鍵詞 小球 藻培養(yǎng)，城市生活廢水，微藻生物量 ,氮去除 率 ，磷去除 率 ,油脂 含量 ，生物柴油 Abstract II Abstract Municipal wastewater is usually problematic for the environment. The process of oleaginous microalgal culture requires large amounts of nutrients and water. Therefore, we studied the fe