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高产油脂微藻的筛选及其对生活污水脱氮除磷能力的研究

韩琳  
【摘要】:随着能源的消耗与需求越来越大,环境问题越来越引起人们的关注与担忧,此外逐渐涨高的油价也引起人类的恐慌,因此找到一种可替代的新能源迫在眉睫。作为第三代生物能源的原材料—微藻,由于其具有生长速率快,油脂含量高,不占农耕面积等竞争性优势一直以来是研究的热点。并且,微藻制备的生物柴油是一种可生物降解,可再生,无毒,碳中和的环境友好型能源。因此,利用生物柴油取代化石燃料是大势所趋。然而微藻产油要实现大规模工业化生产,必须要解决产率低,成本高这两大瓶颈问题,即要筛选高产油脂微藻,降低生产成本。针对成本高这一问题,研究者提出利用污水作为微藻培养的替代培养基,微藻生长的同时吸收其中的氮磷等营养物质,不仅起到污水处理的作用,同时积累生物质。这一概念的提出实现了污水处理系统向生产系统的转化,兼具环境效益与经济效益。本文从济南市当地水体中分离纯化微藻,从中初步筛选出环境适应性强及高产油脂微藻四株。利用人工配制的生活污水,考察四株微藻在人工配水中的生长状况,氮磷去除能力及油脂积累特性,最终从中选出性能最佳的一株栅藻。循环利用校园污水作为Scenedesmus SDEC-13的替代培养基,考察其对于校园污水的利用及处理情况,并研究了该栅藻的油脂及蛋白积累特性。本文得到的主要研究结论如下:(1)通过平板分离法及96孔板法筛选获得纯藻株4株。透射电镜分析显示四株藻藻体内含有大量油脂滴,因此其可作为富油微藻来研究。对其进行形态学及分子生物学学上的分析鉴定,最终给四株藻分别命名为Chlorella sp. SDEC-10, Chlorella sp. SDEC-11, Scenedesmus sp. SDEC-12, Scenedesmus sp. SDEC-13。此外,4株藻已被保存至中国科学院淡水藻种库,编号分别为:]FACHB-1765, FACHB-1767, FACHB-1766, FACHB-1768。其中Scenedesmus sp. SDEC-12, Scenedesmus sp. SDEC-13也于中国典型培养物保藏中心(武汉)予以保藏,保存编号分别为:CCTCC NO: M 2014497和CCTCC NO: M 2014498。(2)四株微藻的环境适应性强,能够在人工配制的生活污水中迅速生长,并且获得比BG-11培养基中更高的生物量。四株微藻在人工配水中获得了高的油脂产量,均高于25%。四株藻在人工配水中生长的同时,吸收其中的氮磷营养物质,对于污水中的氮磷有明显的去除效果,其中磷的去除率几乎为100%,氮的去除率相对低。(3)综合比较四株藻在人工配制的生活污水中的生长状况,油脂积累特性以及氮磷去除能力, Scenedesmus SDEC-13获得最大的生物量产率(68.92 mg/L·d),其对于氨氮的去除效率最高达65%,磷去除率达100%,油脂产率高,并且其脂肪酸甲酯组成分析表明更适合作为生物柴油的原料,因此,四株微藻中SDEC-13是优势藻种。(4)利用未经灭菌、稀释等前处理而只经六层纱布过滤的校园污水作为替代培养基,培养Scenedesmus SDEC-13。校园污水可以被循环使用两次来满足SDEC-13的生长需求,同时积累油脂、合成蛋白。两次循环利用校园污水培养SDEC-13获得的油脂产量较高,均在25%以上;脂肪酸组成分析表明,校园污水中培养的SDEC-13中脂肪酸组分更适合生产高品质的生物柴油。蛋白含量均在30%以上,氨基酸组成分析显示获得的蛋白品质较高。校园污水经过两次利用后其中的氮磷得到有效去除,最终出水可以满足市政污水处理厂污染物排放标准的一级A标准而达标排放。


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