一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法

1.本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法。


背景技术：

2.印染废水作为一种水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性大、毒性强的难降解有机废水，其直接进入水体环境，不仅破坏水体的美观，也对水生生物产生毒性影响，是水环境安全的严重威胁之一。
3.当前，染料废水的处理通常采用物理、化学和生物方法，物理法如吸附法、膜分离法和磁分离法等，化学法如混凝法、电化学法、化学氧化法和光催化氧化法等。但是物化方法普遍具有成本高、污泥处理要求高、染料去除率低、产生有毒降解产物等缺点；生物法中，利用真菌和细菌处理染料废水的研究比较多，但这些系统普遍需要补充碳源，会造成额外的处理成本。


技术实现要素：

4.本发明能够实现低成本染料废水处理和生物能源生产。因而提供一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法。
5.一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法具体按以下步骤进行：
6.一、配制模拟染料废水，调节ph，灭菌，获得微藻培养基；
7.二、将微藻接种至微藻培养基中，厌氧培养至稳定期，取藻液静置，同步采收藻体及生产油脂。
8.本发明的有益效果：
9.本发明首先配制模拟染料废水，并将其作为产油微藻的培养基质，不仅达到了良好的染料去除效果，还能实现废水中资源的回收利用，促进微藻油脂的高效积累，降低微藻培养和生产生物能源的成本。同时，在染料作用下微藻沉降性显著增强，降低了微藻采收难度。
附图说明
10.图1为实施例和对比例中微藻生长对比曲线图；
11.图2为实施例和对比例中微藻对染料的去除率变化对比图；
12.图3为实施例和对比例中微藻的沉降率变化图；
13.图4为实施例和对比例中微藻的油脂产量和油脂含量图。
具体实施方式
14.具体实施方式一：本实施方式一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油
脂的方法具体按以下步骤进行：
15.一、配制模拟染料废水，调节ph，灭菌，获得微藻培养基；
16.二、将微藻接种至微藻培养基中，厌氧培养至稳定期，取藻液静置，同步采收藻体及生产油脂。
17.本实施方式采取厌氧条件培养提高染料去除的效果。
18.本实施方式中对培养采用的生物反应器没有特别的限定，可以为本领域常规使用的各种培养条件及生物反应器。
19.本实施方式中微藻处理染料废水具有很多优势。微藻由于具有较大的表面积和亲和力，对许多污染物有较高的去除率；微藻可以在混合营养条件下增殖，能够同时使用二氧化碳和废水有机碳作为碳源，因此不需要补充外部有机碳源，与异养生物相比，它是一种更具成本效益和环境可持续性的选择；微藻细胞可以生产油脂、蛋白质、多糖、色素等，这些物质广泛应用于化工和生物质能源等领域，具有巨大的经济价值和环境效益。因此，将微藻培养与染料废水处理结合是实现低成本废水处理和生物能源生产的一种有前景的方法。
20.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述模拟染料废水中刚果红的浓度为20～100mg/l。其它与具体实施方式一相同。
21.本实施方式综合考虑染料去除、微藻生长和油脂生产效果。
22.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一中ph调节至6.8～7.0。其它与具体实施方式二相同。
23.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述灭菌的温度为115～120℃，时间为20～30min。其它与具体实施方式一相同。
24.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中所述微藻为asterarcys quadricellulare r-56。其它与具体实施方式一相同。
25.本实施例中微藻asterarcys quadricellulare r-56，为公众所知，并能通过购买等手段获得。
26.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：步骤二中所述微藻的接种量为5～15％。其它与具体实施方式五相同。
27.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中同步提取油脂和采收藻体的方法为：取藻液静置，藻液中的asterarcys quadricellulare r-56分层沉降后，收集藻细胞，用蒸馏水洗涤2～3次，放入温度为-80℃冰箱中保持12h，然后真空冷冻干燥48h，收集冻干藻粉称重，将冻干藻粉加入氯仿-甲醇溶液，在功率200w条件下超声破碎至藻体发白，离心收集有机相干燥获得微藻油脂。其它与具体实施方式一相同。
28.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是：冻干藻粉的质量与氯仿-甲醇溶液的体积比为0.1g:10ml。其它与具体实施方式七相同。
29.具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是：所述氯仿-甲醇溶液中氯仿和甲醇的体积比为2:1。其它与具体实施方式八相同。
30.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七不同的是：所述微藻油脂中脂肪酸成分测定分析的方法为：取40mg微藻油脂于10ml培养管内，加入1ml皂化试剂，混匀放入沸水浴中反应5min取出，冷却后振摇5～10s，继续沸水浴反应25min；在培养管冷却后加入2ml甲基化试剂，混匀后在水浴温度为79～81℃的条件下，加热9～11min；培养管冷却后加
入1.25ml萃取试剂，上下翻转10min，弃去管底的水相部分，保留上层液相；取3ml洗涤试剂加入培养管中剩下的有机相中，封盖，上下翻转5min；加入nacl饱和水溶液至有机相的脂肪酸甲酯澄清；开盖后，将2/3澄清的有机相加入密封的气相色谱瓶中于gc-ms上测定脂肪酸的组成。其它与具体实施方式七相同。
31.通过以下实施例验证本发明的效果：
32.本实施例所述模拟染料废水的成分如表1所示：
33.表1模拟染料废水成分
[0034][0035][0036]
实施例1：一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法具体按以下步骤进行：
[0037]
一、配制模拟染料废水，调节ph至6.8～7.0，灭菌，获得微藻培养基；
[0038]
二、将微藻asterarcys quadricellulare r-56接种至刚果红染料浓度为25mg/l的模拟废水中，接种量为体积的10％，控制培养条件为：全光照3500lux，温度23～27℃，光照周期l:d＝24:0，每隔24h取一定量藻液测定藻液的吸光度，绘制生长曲线，不同阶段藻的干重变化如图1所示。另取一定量藻液在5000rpm下离心10min，取上清液，以蒸馏水为参比，用分光光度计在刚果红染料最大吸收波长处测定上清液的吸光度，计算染料去除率，染料去除率变化如图2所示。
[0039]
培养微藻至稳定期，取藻液静置，培养液中的asterarcys quadricellulare r-56分层沉降，2小时后，测得藻的沉降率为40.0％；12小时后，测得藻的沉降率为99.0％，收集藻细胞，提取藻细胞的油脂，完成生产。
[0040]
提取微藻中油脂的方法为：收集藻细胞，用蒸馏水洗涤2～3次，放入温度为-80℃冰箱中，保持12h，然后真空冷冻干燥48h，收集冻干藻粉称重，将冻干藻粉加入氯仿-甲醇溶
液，控制冻干藻粉与氯仿-甲醇溶液添加量比为0.1g:10ml，在功率200w条件下超声破碎10min，藻体发白，离心收集有机相干燥获得微藻油脂，称重。
[0041]
脂肪酸含量测定的方法为：取40mg微藻油脂于10ml培养管内，加入1ml皂化试剂，混匀放入沸水浴中反应5min取出，冷却后振摇5～10s，继续沸水浴反应25min；在培养管冷却后加入2ml甲基化试剂，混匀后在水浴温度为79～81℃的条件下，加热9～11min；培养管冷却后加入1.25ml萃取试剂，上下翻转10min，弃去管底的水相部分，保留上层液相；取3ml洗涤试剂加入培养管中剩下的有机相中，封盖，上下翻转5min；加入nacl饱和水溶液至有机相的脂肪酸甲酯澄清；开盖后，将2/3澄清的有机相加入密封的气相色谱瓶中于gc-ms上测定脂肪酸的组成。
[0042]
经测试，本实施例在刚果红染料浓度25mg/l条件下培养，微藻的生物量为0.30g/l，染料去除率为96.22％，油脂含量为61.92％，油脂脂肪酸组成如表2所示。
[0043]
实施例2：将微藻asterarcys quadricellulare r-56接种至刚果红染料浓度为50mg/l的模拟废水中，接种量为体积的10％，控制培养条件为：全光照3500lux，温度23～27℃，光照周期l:d＝24:0，每隔24h取一定量藻液测定藻液的吸光度，绘制生长曲线，不同阶段藻的干重变化如图1所示。另取一定量藻液在5000rpm下离心10min，取上清液，以蒸馏水为参比，用分光光度计在刚果红染料最大吸收波长处测定上清液的吸光度，计算染料去除率，染料去除率变化如图2所示。
[0044]
培养微藻至稳定期，取藻液静置，培养液中的asterarcys quadricellulare r-56分层沉降，2小时后，测得藻的沉降率为34.3％。12小时后，测得藻的沉降率为98.0％，收集藻细胞，提取藻细胞的油脂，完成生产。
[0045]
经测试，本实施例在刚果红染料浓度50mg/l条件下培养，微藻的生物量为0.34g/l，染料去除率为95.06％，油脂含量为50.59％，油脂脂肪酸组成如表2所示。
[0046]
实施例3：将微藻asterarcys quadricellulare r-56接种至刚果红染料浓度为75mg/l的模拟废水中，接种量为体积的10％，控制培养条件为：全光照3500lux，温度23～27℃，光照周期l:d＝24:0，每隔24h取一定量藻液测定藻液的吸光度，绘制生长曲线，不同阶段藻的干重变化如图1所示。另取一定量藻液在5000rpm下离心10min，取上清液，以蒸馏水为参比，用分光光度计在刚果红染料最大吸收波长处测定上清液的吸光度，计算染料去除率，染料去除率变化如图2所示。
[0047]
培养微藻至稳定期，取藻液静置，培养液中的asterarcys quadricellulare r-56分层沉降，2小时后，测得藻的沉降率为30.6％。12小时后，测得藻的沉降率为98％，收集藻细胞，提取藻细胞的油脂，完成生产。
[0048]
经测试，本实施例在刚果红染料浓度75mg/l条件下培养，微藻的生物量为0.36g/l，染料去除率为91.98％，油脂含量为47.56％，油脂脂肪酸组成如表2所示。
[0049]
实施例4：将微藻asterarcys quadricellulare r-56接种至刚果红染料浓度为100mg/l的模拟废水中，接种量为体积的10％，控制培养条件为：全光照3500lux，温度23～27℃，光照周期l:d＝24:0，每隔24h取一定量藻液测定藻液的吸光度，绘制生长曲线，不同阶段藻的干重变化如图1所示。另取一定量藻液在5000rpm下离心10min，取上清液，以蒸馏水为参比，用分光光度计在刚果红染料最大吸收波长处测定上清液的吸光度，计算染料去除率，染料去除率变化如图2所示。
[0050]
培养微藻至稳定期，取藻液静置，培养液中的asterarcys quadricellulare r-56分层沉降，2小时后，测得藻的沉降率为28.4％。12小时后，测得藻的沉降率为98.0％，收集藻细胞，提取藻细胞的油脂，完成生产。
[0051]
经测试，本实施例在刚果红染料浓度100mg/l条件下培养，微藻的生物量为0.41g/l，染料去除率为87.75％，油脂含量为41.62％，油脂脂肪酸组成如表2所示。
[0052]
对比例：在bg11培养基中培养微藻asterarcys quadricellulare r-56，接种量为体积的10％，控制培养条件为：全光照3500lux，温度23～27℃，光照周期l:d＝24:0，每隔24h取一定量藻液测定藻液的吸光度，绘制生长曲线，不同阶段藻的干重变化如图1所示。培养微藻至稳定期，取藻液静置，培养液中的asterarcys quadricellulare r-56分层沉降，收集藻细胞，提取藻细胞的油脂，完成生产。
[0053]
表2油脂脂肪酸成分
[0054]
[0055][0056]
将对比例1与实施例1、2、3、4比较可知，以模拟染料废水作为微藻的培养基质，能够提高微藻的沉降率，有利于微藻的聚集、采收。
[0057]
将对比例1与实施例1、2、3、4比较可知，以模拟染料废水作为微藻的培养基质，能够提高微藻的生长速率，更有利于微藻的生物量积累。
[0058]
将对比例1与实施例1、2、3、4比较可知，以模拟染料废水作为微藻的培养基质，所生产的微藻油脂中棕榈酸(c16:0)、棕榈油酸(c16:1)、硬脂酸(c18:0)、油酸(c18:1)和反亚油酸(c18:2)等有利于微藻生物柴油生产的脂肪酸成分远高于对比例1，证明刚果红模拟染料废水作为微藻的培养基质有利于微藻油脂积累及生物能源的生产。
[0059]
通过图1～4和表2中微藻r-56的生物量、染料去除率、油脂产量、油脂含量、油脂脂肪酸组成的结果来看，利用模拟染料废水培养微藻不仅达到了良好的染料去除效果，还能实现废水中资源的回收利用，促进微藻油脂的高效积累，降低微藻培养和生产生物能源的成本。同时，在染料作用下微藻沉降性显著增强，降低了微藻采收难度。因此，利用微藻处理染料废水同步生产油脂和采收藻体的方法是一种可行的、经济的、环保的、有效的方法，满足染料废水的高效处理以及利用微藻生产生物能源的基本需求。

技术特征：
1.一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法，其特征在于利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法具体按以下步骤进行：一、配制模拟染料废水，调节ph，灭菌，获得微藻培养基；二、将微藻接种至微藻培养基中，厌氧培养至稳定期，取藻液静置，同步采收藻体及生产油脂。2.根据权利要求1所述的一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法，其特征在于步骤一中所述模拟染料废水中刚果红的浓度为20～100mg/l。3.根据权利要求1所述的一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法，其特征在于步骤一中ph调节至6.8～7.0。4.根据权利要求1所述的一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法，其特征在于步骤一中所述灭菌的温度为115～120℃，时间为20～30min。5.根据权利要求1所述的一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法，其特征在于步骤二中所述微藻为asterarcysquadricellularer-56。6.根据权利要求5所述的一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法，其特征在于步骤二中所述微藻的接种量为5～15％。7.根据权利要求1所述的一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法，其特征在于步骤二中同步提取油脂和采收藻体的方法为：取藻液静置，藻液中的asterarcysquadricellularer-56分层沉降后，收集藻细胞，用蒸馏水洗涤2～3次，放入温度为-80℃冰箱中保持12h，然后真空冷冻干燥48h，收集冻干藻粉称重，将冻干藻粉加入氯仿-甲醇溶液，在功率200w条件下超声破碎至藻体发白，离心收集有机相干燥获得微藻油脂。8.根据权利要求7所述的一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法，其特征在于冻干藻粉的质量与氯仿-甲醇溶液的体积比为0.1g:10ml。9.根据权利要求8所述的一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法，其特征在于所述氯仿-甲醇溶液中氯仿和甲醇的体积比为2:1。10.根据权利要求7所述的一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法，其特征在于所述微藻油脂中脂肪酸成分测定分析的方法为：取40mg微藻油脂于10ml培养管内，加入1ml皂化试剂，混匀放入沸水浴中反应5min取出，冷却后振摇5～10s，继续沸水浴反应25min；在培养管冷却后加入2ml甲基化试剂，混匀后在水浴温度为79～81℃的条件下，加热9～11min；培养管冷却后加入1.25ml萃取试剂，上下翻转10min，弃去管底的水相部分，保留上层液相；取3ml洗涤试剂加入培养管中剩下的有机相中，封盖，上下翻转5min；加入nacl饱和水溶液至有机相的脂肪酸甲酯澄清；开盖后，将2/3澄清的有机相加入密封的气相色谱瓶中于gc-ms上测定脂肪酸的组成。

技术总结
一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法，本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种利用微藻处理染料废水同步采收藻体及生产油脂的方法。所述方法包括：使用模拟染料废水作为微藻的培养基质，利用废水中染料在内的各种物质促进微藻生物量提高和油脂高效积累，减少微藻培养和生物能源生产成本；使染料被高效去除，减少环境污染；强化微藻沉降性，降低微藻采收难度。本发明方法实现了低成本废水处理和生物能源生产，是一种理想的染料废水处理方法。料废水处理方法。料废水处理方法。


技术研发人员：任宏宇 高山 刘冰峰 孔凡英 宋雪婷 任南琪
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/7/13