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基于小球藻培养的初级猪粪废水净化与油脂生产耦合技术

牟晓庆  
【摘要】:本研究利用初级猪粪废水培养小球藻,实现藻细胞的生长和油脂的累积,达到废水的资源化利用,为生物油脂的经济生产提供了一种途径,其研究内容如下: 分别采用以氯仿-甲醇作为溶剂的直接提取法、研磨提取法和超声波提取法,以及用乙醚-石油醚作为溶剂的索氏提取法完成对小球藻的油脂提取,显示经过优化的超声波提取法不仅提高油脂提取效率。且操作简便,周期短,从而为生物油脂的高效快速提取奠定了基础。 采用纱布过滤、中空纤维膜的错流过滤和以壳聚糖作为絮凝剂的絮凝沉淀三种方式处理猪粪废水,获得初级猪粪废水。分别以上述三种初级猪粪废水作为培养基,对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)进行光照培养,结果显示该蛋白核小球藻能够在经错流过滤与絮凝沉淀后的初级猪粪废水中正常生长,并且于絮凝沉淀后的初级猪粪废水中生长较好,细胞干重为0.567g/L,油脂含量20.53%,同时脂肪酸组成随着废水预处理方式的不同有较大变化;另外蛋白核小球藻在生长过程中对初级猪粪废水中总氮、总磷、氨氮和COD去除率分别达到68.42%、70.35%、83.48%和63.60%,表明该藻种对初级猪粪废水具有良好的净化能力。 鉴于初级猪粪废水中复杂的菌群致使蛋白核小球藻生长不稳定,本研究使用臭氧(O3)对初级猪粪废水进行消毒与灭菌。当O3残余浓度为2.87mg/L时,可使灭菌率达到97.00%以上,并且曝气后对猪粪水水质和藻细胞生长不造成影响。当初级猪粪废水中COD值为1000mg/L时,最适于藻细胞生长,其中细胞干重和油脂含量分别为1.11g/L和22.27%;并且废水中总氮、总磷、氨氮和COD值的去除率较高,分别为85.29%、81.26%、93.82%和74.00%。 在猪粪废水培养蛋白核小球藻过程中,分别耦合纯空气连续通入、5%CO2与空气混合连续通入和恒pH值控制单纯CO2通入三种方式,结果显示CO2的通入能够有效促进蛋白核小球藻的生长和增加了脂肪酸组成中多不饱和脂肪酸的含量。其中5%CO2与空气混合连续通入方式使得蛋白核小球藻的细胞干重高达1.84g/L,油脂含量为28.87%;对废水中总氮、总磷、氨氮和COD去除率分别为91.63%、64.03%、94.30%和85.78%。从而建立了有利于CO2的转化、废水中氮和磷的去除以及微藻生物质生产的培养模式。


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