藻菌固定化用于市政污水深度脱氮除磷及藻体产油研究

 污水再生利用是解决水资源与能源危机的重要途径,采用微藻深度处理污水并生产生物质能源是一大热点。针对市政污水深度处理,以活性污泥为固定化细菌,采用小球藻和栅藻,分别比较了固定化藻菌、固定化微藻,以及悬浮态微藻在藻体生长、污水脱氮除磷和微藻产油方面的差异,拟实现对市政污水深度脱氮除磷的同时实现微藻油脂的诱导富集。结果表明,固定化藻菌对氮磷的去除效果优于固定化微藻和悬浮态微藻,且固定化藻菌中微藻油脂质量分数最高。当市政污水NH₄⁺-N 和PO₄^3--P 的初始质量浓度分别为25 和3 mg/L 时,固定化栅藻菌培养4 d 后能够完全去除水体中的氮磷,而固定化藻菌中小球藻的油脂质量分数可达到16.5%。     

菌-藻体系中无机碳源对小球衣藻生长和聚集的影响研究

为了提高微藻生长速率、实现低成本高效收集,文章以小球衣藻(Chlamydomonas microsphaera)为研究对象,探究无机碳源对菌-藻体系中微藻生长和聚集的影响。结果表明：无机碳源能够显著提高菌-藻体系中微藻生物量,当初始菌藻数量比为15∶1时,在低碳源(37.6 mg/L)水平下,经过6 d培养后微藻生物量可达1.255×10⁶个/mL,较纯藻培养体系增加30%;当碳源质量浓度升高至188.0 mg/L时,微藻数量较纯藻培养体系增加68%,可达1.681×10⁶个/mL;菌-藻体系也有助于微藻自聚集,随着无机碳源质量浓度增加,其聚集效果变得更明显,聚集率最高可达66%,远高于纯培养体系中的27%。研究结果可为微藻综合利用研究提供参考。     

3种常用抗生素应用于海洋微藻无菌化培养的研究

采用青霉素、硫酸庆大霉素、头孢他啶3种常用抗生素处理海洋微藻,以确定分离、纯化微藻时对藻细胞无害并能抑制伴生杂菌生长的抗生素浓度和培养时间.结果表明：青霉素的性质比较温和,能广泛地用于微藻的除菌;低剂量的硫酸庆大霉素也可起到类似作用;头孢他啶对各种微藻表现出来的作用并不相同,应慎用.对特征点进行方差分析也证实了以上结果,故建议海洋微藻的除菌以加入300 mg/L的青霉素或100 mg/L的硫酸庆大霉素作为一般用藻的除菌,培养6 d继代.     

饵料型微藻新品系培育及工程化高效生产技术

建立以主要饵料微藻的可持续育种技术体系和育种群体,培育高产、抗逆新品系,突破微藻培养广鉴技术,构建成熟的微藻饵料工程化生产技术与工艺为目标。通过对18S r DNA、rbc L基因和ITS区序列的测定及系统进化分析,建立了微藻种间及株系间分子鉴别技术;对多株饵料微藻的生长及适应性进行了比较研究,筛选出了适应不同光强的雨生红球藻藻株,抗逆性强的小球藻、三角褐指藻,耐高温的纤细角毛藻藻株及盐藻、扁藻等多株优良饵料微藻,为规模化培养提供了良好材料。研究了微藻高密度培养中的生长指标和适应机制,并在此基础上针对雨生红球藻、微拟球藻、三角褐指藻、小球藻等多种饵料微藻研究了不同培养条件及添加物对其生长及营养物质积累的影响,建立了多种饵料微藻的高密度培养技术,其中微拟球藻在气升式螺旋管道(光径1.2 cm)光生物反应器中培养时,最高密度可达15 g/m2,比目前常规技术提高了3~4倍。针对饵料微藻的特点,设计了规模大小递增的光生物反应器,建立了敌害生物综合防御的方法和技术体系,有效降低污染几率;克服了传统封闭培养中氧气解析、二氧化碳补偿、光线分布、物料均质、细胞贴壁等难题,实现了主要参数温度、p H值和溶解氧等数据的在线检测和自动控制。通过实验室100m L-500m L-,户外200L-多组并联柱状光生物反应器逐级扩大培养,建立了多种饵料微藻工程化生产工艺,建设了2个产业化基地,实现300 t体积的规模培养。以三角褐指藻、小球藻和牟氏角毛藻3种饵料型微藻为对象,通过在现有液固分离的小型设备上进行浓缩效果实验,确定了生产型的浓缩设备并针对以上3种不同微藻的特性,进行了微藻浓缩工艺的研究,建立了不同微藻的浓缩工艺。优化了微藻产品(藻膏)低温保存技术,形成微藻产品浓缩与保存技术规模和规范。     

青海省西宁市城市市政污水中绿藻资源调查

以青海省西宁市市政污水出水为研究对象,初步调查了污水中的绿藻资源,并从形态学上进行初步鉴定。结果显示,污水中含有绿藻门小球藻科蹄形藻、小球藻、顶棘藻,栅藻科栅藻,卵囊藻科纤维藻,衣藻科衣藻等藻株。而且栅藻藻株种类明显多于其他种类藻株。该实验结论希望能为污水净化和利用污水培养能源微藻提供依据。     

微生物絮凝剂对小球藻细胞氧化应激研究

小球藻作为能源藻,可以提供产生物柴油,但是小球藻生物质的获取成为能源藻发展的瓶颈.目前研究藻细胞生物质收集的方法很多,但不同收集方法对能源藻细胞的氧化应激研究却很少.分别研究絮凝功能细菌xn-1所产生物絮凝物质和离心法对能源藻——小球藻生物质在收集过程中对藻细胞的氧化应激,以期确定絮凝微生物对小球藻细胞的生物安全性.采用涂布划线法从藻际分离纯化絮凝功能微生物;通过梯度醇沉法获得絮凝物质;分别用絮凝微生物所分泌絮凝物质和离心法收集藻细胞生物质,并对藻细胞内蛋白含量、总糖含量、丙二醛含量(MDA)、过氧化氢酶(CAT)活性、谷胱甘肽(GSH)含量和抗坏血酸(AsA)含量进行测定;以分光光度计测定其吸光度值.经过测定并经过统计学显著性分析,发现离心作用下收集的藻细胞内的MDA,GSH和AsA含量显著高于利用絮凝物质絮凝得到的藻细胞.离心作用相对于絮凝作用造成藻细胞膜发生更高的脂质过氧化,产生大量的活性氧自由基,诱导非酶抗氧化系统响应.因此,离心法收集藻生物质相对于微生物絮凝对藻细胞的伤害更大,絮凝微生物比离心法更适合于收集能源藻生物质.     

生物质能源利用研究进展

围绕生物质能源原料的来源、原料的处理、生物质转化技术、生物质能源的应用、生物质能源的发展前景5个方面，讨论了生物质能源利用的现状和存在的不足。虽然生物质能源研究蓬勃发展，但是仍有一些地方可以改进：在原料产地就近建厂，降低原料成本；微藻不占用土地，是一种可行原料；原料预处理需要综合考虑效益与成本；对于生物质转化技术的选择，生化与热化学转化相结合可能是一个好的方案；生物质能源的应用方面可以进行生物精炼，提高生产效能，此外，生物燃料电池具有巨大发展潜力。     

苯酚处理海洋微藻生物学效应的研究

主要探讨了在培养液中添加不同质量浓度(0、10、20、30、40、50、60 mg/L)的苯酚后,培养单细胞微藻(塔胞藻)产生的生物学效应.结果发现,苯酚对细胞繁殖有明显的抑制作用,特别是当苯酚质量浓度达到40 mg/L以上时,在前2轮培养的微藻的繁殖能力与对照相比均表现显著差异,个别处理甚至出现极显著差异.另外,苯酚处理后还降低藻细胞内的多种内含物(如蛋白质、叶绿素、多糖等)含量.但是,当连续培养多代后,藻细胞对不良环境就产生了一定的适应能力.     

莱茵衣藻Chlammydomonas reinhardtii净化酒糟废水研究

通过结合废水处理与能源微藻培养,既可以实现废水的无害化处理,也可以为微藻的培养提供营养组分和大量水源.以莱茵衣藻(Chlammydomonas reinhardtii)为实验材料,以酒糟废水为培养基,构建室内微型生态系统,考察了不同处理方法下的酒糟废水接种莱茵衣藻后的总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)的去除情况以及微藻蛋白提取情况.结果表明:酒糟废水稀释液初始TN质量浓度位于9.39~30.86 mg·L-1时,废水总氮去除率在70%~80%之间;初始TP质量浓度位于3.45~10.93 mg·L-1时,总磷去除率较高,最高达到86.59%;不同稀释倍数的酒糟废水COD去除率均高于50%.而稀释80倍、50倍以及50倍(氮磷质量浓度比为108∶7)的藻可溶性蛋白增长均比较明显,最大值可达到11.36 mg·L-1,同时也说明通过外加氮、磷调节氮磷的初始质量浓度比至108∶7,可大大提高其产量.总体上,在稀释倍数为50倍(TN、TP初始质量浓度分别为18.23、6.99 mg·L-1)时,莱茵衣藻生长良好,废水中TN、TP、COD去除效果均比较明显,对水质的净化效果最佳,同时可获得较高质量浓度的藻可溶性蛋白,这为酒糟废水与微藻耦合规模化培养提供了一种新的思路.     

藻菌共生体系的建立及其对造纸废水的处理效果

对棕鞭藻(Ochromonas sp.)培养体系中的共栖细菌进行分离纯化,拟通过藻菌共生体系的建立提高微藻生物量积累能力,并探究藻菌共生体系对造纸废水的处理效果.经16S rDNA基因测序比对,分离获得的5株微藻共栖细菌分别为Por-phyrobacter sp.、Hyphomonas sp.、Aquimonas sp.、Agrobacterium sp.和Hydrogenophaga sp..通过向微藻培养体系添加不同的共栖细菌以验证其对微藻生长效率的影响效果,结果表明,5株微藻共栖细菌中,Aquimonas sp.(水单胞菌)可显著促进棕鞭藻的生长,当藻菌比为1:3时,水单胞菌对微藻的促生效果最佳,共培养10 d后,体系中微藻干重达到最大值0.78 g/L.利用藻菌共生体系处理造纸废水8 d,废水中化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、总氮量(total nitrogen,TN)、总磷量(total phos-phorus,TP)、色度分别从154.13 mg/L、22.42 mg/L、4.90 mg/L、275降至37.5 mg/L、14.53 mg/L、0.48 mg/L、18,去除率分别为75.67％、35.19％、90.2％和93.45％;同时微藻干重可达1.073 g/L.藻菌共生体系对造纸废水深度处理的效果与芬顿法相当,可达到《制浆造纸工业水污染排放标准》(GB 3544—2008),同时可显著降低处理成本,具有良好的应用前景.     

响应面法优化斜生栅藻处理高氨氮废水的光照条件

为了减少废水中氨氮对环境的危害,降低培养微藻的成本,利用废水培养斜生栅藻,采用三因素三水平的Box-Behnken设计,采用响应面法研究光波长、光照强度及光照时间对斜生栅藻干重和氨氮去除率的影响,建立回归模型,优化反应条件,为后续研究提供依据。结果表明,最优反应条件为:蓝光照射,光照强度为3 500 lux,光照时间为12 h。在此条件下,测得的藻类干重为(0.63±0.02)g·L~(-1),氨氮的去除率为92.08%±0.20%,与预测值相符。3个因素对藻类干重的影响程度大小依次为光波长光照时间光照强度,3个因素对氨氮去除率的影响程度依次为:光照强度光波长光照时间。     

微藻细胞破壁方法研究进展

微藻具有光合作用效率高、环境适应性强、生长快、生物质产率高和环境效益显著等优点,在体内还能积累虾青素、叶黄素、高不饱和脂肪酸、生物柴油等重要产物,近年来成为人们关注和研究的热点。微藻细胞破壁是提取这些产物的关键及困难环节。从3种常用微藻细胞壁的结构入手,分析总结了机械破壁法、基于波的细胞破壁法、热解破壁法、化学法以及生物法等微藻破壁技术的研究现状与发展趋势。认为从现实角度出发,将化学法与机械法结合使用,即先采用化学法进行预处理,再采用机械法破壁,可解决大部分藻细胞的破壁问题,是一种比较可行的产业化破壁技术路线;从发展前景来看,生物法破壁具有能量消耗较低、条件温和等优势,对于绝大多数藻类来说具有经济可行性和技术理论可行性,是一种最值得期待的破壁方法。     

含油微藻净化废水耦合生产生物柴油原料的关键技术研究进展

利用废水培养含油微藻,在净化废水的同时可以耦合生产生物柴油原料,已成为废水处理领域的研究热点。立足于耦合系统的关键技术环节,综述了近年来在优势藻种的筛选、微藻的优化培养以及微藻体的采收等方面的研究进展,并对存在的问题及今后的研究方向提出了初步见解。     

短程反硝化-厌氧氨氧化工艺在废水中的应用进展

针对传统硝化-反硝化工艺处理富含硝酸盐（NO3-）等污水的能耗高和成本高等问题,短程反硝化-厌氧氨氧化（partial denitrification-anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX）工艺以其能耗低、成本低等优点吸引了国内外研究者们关注。本文结合国内外基于PD/A工艺在污水处理中的适用性和可行性研究,分别从PD/A工艺在污水中的作用机理、影响因素和研究应用等角度出发,综述了PD/A工艺在污水中的研究进展,以期为PD/A工艺在污水中的实际应用提供一定的理论支撑     

微藻生物柴油在国内外的研究

藻类生物柴油作为一种可再生能源具有不占地、用水少、油脂含量高等特点,与农作物相比,单位面积的产率可高出数十倍;介绍了国内外微藻生物柴油的研发概况,分析了目前微藻生物柴油研究及工业化应用中存在的主要困难和问题,指出了降低生产成本是当前微藻生物柴油研究中面临的主要挑战。     

利用淡水微藻对畜禽养殖废水的实验研究

以不同浓度的畜禽养殖废水为对象,研究藻菌体系对废水中的NH4+-N、TP和COD的去除效果。结果表明:藻菌体系对不同浓度的畜禽养殖废水的处理效果不同,当废水中NH4+-N、TP和COD浓度分别小于44.4 mg/L、6.4 mg/L和500 mg/L时,藻菌微生物的生长速度快、生物量大,对废水处理效果好;当处理时间为6 d时,NH4+-N、TP和COD的去除率分别大于90%、84%和80%,该实验结果为构建高效藻类塘提供理论依据。     

工业废水中膜技术应用研究

膜技术是一种高效、低能耗和易操作的液体分离技术，在废水处理中得到越来越广泛的应用．在介绍膜技术分类和分离机理的基础上，对膜技术在造纸废水、重金属废水、含油废水、印染废水、食品废水等工业废水处理中的应用进行了综述，最后对膜技术在工业废水处理中的应用前景作了展望。     

Removal of Ammonia from Wastewater Effluent by Chlorella Vulgaris

The capability of Chlorella vulgaris to remove nitrogen in the form of ammonia and/or ammonium ions from wastewater effluent in a local wastewater treatment plant (i.e., the Mill Creek Plant in Cincinnati, Ohio, U.S.A.) was studied. The wastewater effluent leaving the plant was found to include high concentra-tions of nitrogen (7.7±0.19 mg/L) (ammonia (NH3) and/or ammonium ion (NH4+)) and total inorganic carbon (58.6±0.28 mg/L) at pH 7, and to be suitable for growing Chlorella vulgaris. When Chlorella vulgaris was cul-tivated in a batch mode under a closed system, half of the nitrogen concentration was dramatically removed in 48 h after a 24-h lag-phase period. Total inorganic carbon concentration also concomitantly decreased during the rapid growth-phase. The total biomass weight gained during the entire cultivation period balanced out well with the total amount of inorganic carbon and nitrogen removed from the culture medium. These results indicate that wastewater can be synergistically used to polish residual nutrients in wastewater as well as to cultivate microalgae for biofuel production.