利用微藻處理廢水并生產類胡蘿卜素、氣體燃料和有機肥的方法技術

本發(fā)明專利技術提出了一種利用微藻處理廢水并生產類胡蘿卜素、氣體燃料和有機肥的方法，屬于微藻技術領域，能夠將微藻高效用于污水處理領域的同時，獲得較好的高價值附加產物，使微藻作為可持續(xù)資源得到了全面利用。本發(fā)明專利技術能夠使微藻在應用于污水處理領域的同時，具備較高的附加值。

Method for treating waste water and producing carotenoid, gas fuel and organic fertilizer by using microalgae

The present invention relates to the use of microalgae wastewater treatment and production of carotenoids, gas and organic fertilizer, which belongs to the technical field of microalgae, microalgae can be used in the field of efficient sewage treatment at the same time, high value added products better, make sustainable microalgae as a comprehensive utilization of resources. The invention enables microalgae to have higher added value when applied to the field of sewage treatment.

【技術實現步驟摘要】
利用微藻處理廢水并生產類胡蘿卜素、氣體燃料和有機肥的方法
本專利技術屬于微藻
，尤其涉及一種利用微藻處理廢水并生產類胡蘿卜素、氣體燃料和有機肥的方法。
技術介紹
隨著城市化進程的加快，加上受技術水平、短期利益使然和法制不健全等因素的綜合影響，大量含氮磷營養(yǎng)鹽的污水未經嚴格處理就被排放到公共水域里，引發(fā)一系列水環(huán)境污染問題。與此同時，能源短缺也成為目前制約社會經濟增長的一大瓶頸，化石燃料一直是人們消費的主要能源，但其燃燒所產生的有害物質會污染環(huán)境，加劇全球氣候變暖、生物物種多樣性降低和荒漠化等生態(tài)問題。為滿足社會對凈化水、對能源的需求，促進資源、環(huán)境、經濟的協(xié)調發(fā)展，急需開發(fā)一種經濟高效、可再生的清潔能源。微藻是一類光能自養(yǎng)型單細胞生物，具有種類繁多、光合效率高、生長速度快、適應性強等特點。它們在生長過程中需要消耗環(huán)境中的氮磷等營養(yǎng)物質以合成體內復雜的有機質，因此可降低水體中氮磷等物質的含量。與其他油料植物相比，微藻在生產生物柴油方面也具有明顯的優(yōu)勢。同時，微藻還被認為是具有商業(yè)價值的天然類胡蘿卜素的最佳來源，其在生物體內起著十分重要的作用，通過微藻獲得類胡蘿卜素既可擴大天然類胡蘿卜素來源，又可提高藻種的利用價值，但過高的生產成本始終制約著微藻類胡蘿卜素的商業(yè)化生產。由上可見，微藻在污水治理、能源開發(fā)等方面具有較高的可塑性，尤其是作為生產生物燃料的可持續(xù)和可再生資源受到越來越多的關注。同時，從微藻出發(fā)還可獲得較好的附加值產物，因此，如何提供一種能夠在對微藻進行高效生物利用的同時，還能夠獲得較好的附加值產物，以全方位開發(fā)微藻的新思路將對本領域產生重要意義。
技術實現思路
本專利技術提供了一種利用微藻處理廢水并生產類胡蘿卜素、氣體燃料和有機肥的方法，能夠將微藻高效用于污水處理領域的同時，獲得較好的高價值附加產物，使微藻作為可持續(xù)資源得到了全面利用。為了達到上述目的，本專利技術采用的技術方案為：本專利技術提供了一種利用微藻處理廢水并生產類胡蘿卜素、氣體燃料和有機肥的方法，包括以下步驟：將水中的微藻在太陽光照射條件下在合理的溫度、光照強度和鹽度的范圍下，利用廢水中的營養(yǎng)物質和二氧化碳合成微藻生物質，得到微藻液；對所述微藻液進行破壁處理，向處理后的微藻液中加入植物油進行混合，靜置后回收上層液并進行吸附處理，得到類胡蘿卜素；將靜置后得到的下層液在暗條件下進行厭氧發(fā)酵，收集沼氣，并將沼氣發(fā)酵后殘留的沼渣和沼液進行分離,將分離后的沼渣進行好氧發(fā)酵，得到有機肥；對所收集的沼氣進行凈化處理，分別收集甲烷和二氧化碳；將部分沼液離心取上清液，對所述上清液進行培養(yǎng)，并將培養(yǎng)得到的微生物接種到微生物電解裝置中對所收集的二氧化碳進行電解處理，使二氧化碳完全還原為甲烷，合并所得到的甲烷制備氣體燃料。作為優(yōu)選技術方案，合理的溫度范圍為15℃-35℃，合理的光照強度范圍為50-250μmo/(㎡s)，合理的鹽度范圍為15-45。作為優(yōu)選技術方案，所述微藻每天內的光照時間不少于8-16小時，生長時間為2-15天。作為優(yōu)選技術方案，所述廢水中的營養(yǎng)物質的主要成分為氮磷鹽，所述氮磷鹽的濃度比在1:2-2:1之間，廢水中的初始氮磷鹽的濃度范圍為2-50mg/L。作為優(yōu)選技術方案，所述植物油與微藻液的體積比為1:3-1:1。作為優(yōu)選技術方案，利用超聲波對所述微藻液進行破壁處理，處理時的超聲頻率為2×104HZ-2×109HZ。作為優(yōu)選技術方案，所述對所收集的沼氣進行凈化處理具體包括：對所收集的沼氣進行脫硫，將脫硫后的沼氣壓縮至預定壓力后與增壓至預定壓力的循環(huán)水在吸收裝置內進行逆流吸收，對吸收裝置出口處的氣體進行分子篩脫水，得到甲烷，并將吸收有二氧化碳的循環(huán)水在解析裝置內被解析。作為優(yōu)選技術方案，脫硫后的沼氣與循環(huán)水的體積比為4:1-8:1，循環(huán)水的溫度為5-15℃，所述預定壓力為5-15bar。作為優(yōu)選技術方案，所述植物油選自大豆油、玉米油、葡萄籽油和橄欖油中的至少一種。作為優(yōu)選技術方案，所述微藻為淡水微藻，所述淡水微藻選自柵藻(Scenedesmus)、小球藻(Chlorella)、葡萄藻(Botryococcus)、衣藻(Chlamydomonas)、根支藻(Rhizoclonium)、螺旋藻(Spirulina)和顫藻(Oscillatoria)中的至少一種。與現有技術相比，本專利技術的優(yōu)點和積極效果在于：1、本專利技術提供了一種微藻的高效生物利用方法，其中，不僅利用太陽能和污水構建污水光生物反應器對微藻進行培養(yǎng)獲得了類胡蘿卜素，而且還利用微藻作為媒介通過結合厭氧發(fā)酵過程，將太陽能轉化為氣體燃料，實現污水治理和氣體燃料生產的組合，從而應用于污水治理領域；2、所提供的整個生物利用方法為一個閉路的循環(huán)系統(tǒng)，巧妙的實現了太陽能到氣體燃料以及類胡蘿卜素和有機肥等高價值附加產物的轉化，不僅解決了傳統(tǒng)微藻生物柴油工藝路線能耗高、能源產出低的不足，還可大大降低類胡蘿卜素的生產成本，是一種太陽能利用的新方法和新工藝；3、本專利技術通過微藻的媒介作用，把太陽能轉化為了可儲存和方便利用的氣體燃料，與太陽能產電、產熱等應用方式相比，擴展了太陽能在交通運輸燃料方面的應用；同時，基于本專利技術，也可以利用煙道氣等含有二氧化碳的氣體作為微藻培養(yǎng)的碳源，從而實現太陽能轉化氣體燃料和二氧化碳減排的雙重效果。附圖說明圖1為本專利技術實施例所提供的微藻生物利用的流程示意圖。具體實施方式下面將對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。本專利技術實施例提供了一種利用微藻處理廢水并生產類胡蘿卜素、氣體燃料和有機肥的方法，如附圖1所示，包括以下步驟：S1：將水中的微藻在太陽光照射條件下在合理的溫度、光照強度和鹽度的范圍下，利用廢水中的營養(yǎng)物質和二氧化碳合成微藻生物質，得到微藻液。在本步驟中，通過利用太陽能和污水構建污水光生物反應器可用于對微藻進行培養(yǎng)。在該過程中，微藻吸收太陽光進行高效的光合作用，同時利用廢水中的氮磷等營養(yǎng)物質以及二氧化碳來合成微藻生物質，從而固定太陽能于微藻生物質中。本步驟中，利用微藻來處理污水不僅可以克服傳統(tǒng)污水處理方法易引起的二次污染、潛在營養(yǎng)物質丟失、資源不能完全利用等弊端，同時還能夠有效且低成本地去除水體中的氮磷營養(yǎng)物質。S2：對所述微藻液進行破壁處理，向處理后的微藻液中加入植物油進行混合，靜置后回收上層液并進行吸附處理，得到類胡蘿卜素。在本步驟中，為了從微藻液中獲得類胡蘿卜素，可對微藻先行進行破壁處理，然后通過加入植物油將藻液中的類胡蘿卜素萃取出來。利用植物油萃取類胡蘿卜素的方法不僅綠色環(huán)保，還能夠有效地保持油脂的穩(wěn)定性和天然性，通過該方法萃取類胡蘿卜素的萃取率可達88％以上。同時，基于微藻類胡蘿卜素與植物油的性質不同，后續(xù)可采用吸附的方式將二者分離。由于吸附方法為本領域技術人員所熟知的，此處不再贅述。S3：將靜置后得到的下層液在暗條件下進行厭氧發(fā)酵，收集沼氣，并將沼氣發(fā)酵后殘留的沼渣和沼液進行分離，將分離后的沼渣進行好氧發(fā)酵，得到有機肥。在本步驟中，在利用微藻液的上層液獲得類胡蘿卜素后，由于其下層本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用微藻處理廢水并生產類胡蘿卜素、氣體燃料和有機肥的方法，其特征在于，包括以下步驟：將水中的微藻在太陽光照射條件下在合理的溫度、光照強度和鹽度的范圍下，利用廢水中的營養(yǎng)物質和二氧化碳合成微藻生物質，得到微藻液；對所述微藻液進行破壁處理，向處理后的微藻液中加入植物油進行混合，靜置后回收上層液并進行吸附處理，得到類胡蘿卜素；將靜置后得到的下層液在暗條件下進行厭氧發(fā)酵，收集沼氣，并對沼氣發(fā)酵后殘留的沼渣和沼液進行分離,將分離后的沼渣進行好氧發(fā)酵，得到有機肥；對所收集的沼氣進行凈化處理，分別收集甲烷和二氧化碳；將部分沼液離心取上清液，對所述上清液進行培養(yǎng)，并將培養(yǎng)得到的微生物接種到微生物電解裝置中對所收集的二氧化碳進行電解處理，使二氧化碳完全還原為甲烷，合并所得到的甲烷制備氣體燃料。

【技術特征摘要】
1.一種利用微藻處理廢水并生產類胡蘿卜素、氣體燃料和有機肥的方法，其特征在于，包括以下步驟：將水中的微藻在太陽光照射條件下在合理的溫度、光照強度和鹽度的范圍下，利用廢水中的營養(yǎng)物質和二氧化碳合成微藻生物質，得到微藻液；對所述微藻液進行破壁處理，向處理后的微藻液中加入植物油進行混合，靜置后回收上層液并進行吸附處理，得到類胡蘿卜素；將靜置后得到的下層液在暗條件下進行厭氧發(fā)酵，收集沼氣，并對沼氣發(fā)酵后殘留的沼渣和沼液進行分離,將分離后的沼渣進行好氧發(fā)酵，得到有機肥；對所收集的沼氣進行凈化處理，分別收集甲烷和二氧化碳；將部分沼液離心取上清液，對所述上清液進行培養(yǎng)，并將培養(yǎng)得到的微生物接種到微生物電解裝置中對所收集的二氧化碳進行電解處理，使二氧化碳完全還原為甲烷，合并所得到的甲烷制備氣體燃料。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，合理的溫度范圍為15℃-35℃，合理的光照強度范圍為50-250μmol/(㎡s)，合理的鹽度范圍為15-45。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述微藻每天內的光照時間不少于8-16小時，生長時間為2-15天。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述廢水中的營養(yǎng)物質的主要成分為氮磷鹽，所述氮磷鹽的濃度比在1:2-2:1之間，廢水中的初始氮磷鹽的濃度...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：郭雨匯，
申請(專利權)人：郭雨匯，
類型：發(fā)明
國別省市：山東,37