CN106904745A - 一种丝状产油藻在环境中对处理工业酚污染的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种丝状产油藻黄丝藻(tribonema)在环境中对工业酚类污染物的去除与降解中的应用。具体为丝状产油藻在环境中对处理工业酚污染中的应用。本发明所采用的丝状藻类相比于单细胞藻类具有易采收、抗逆性强等优势，无需添加絮凝剂就可以直接经过滤布过滤和低速离心等方式可以实现高效的采收，杜绝水体的二次污染；同时黄丝藻具有优良的对苯酚及其衍生物的吸收与降解能力，能够连续地从含200‑800mg/L浓度的酚类污水中将酚类浓度降低到1‑2mg/L，酚类污染物去除率可达到99％，且获得藻类生物质含油量可达40‑50％，完全可以满足生物油提取需要。该方法为工业化含酚废水的资源化利用提供了一种高效的、低成本的途径。
Description
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种丝状产油藻黄丝藻(tribonema)在环境中对工业酚类污染物的去除与降解中的应用。
背景技术
酚类化合物是目前化工产业废水中的主要有机污染成分之一，煤化工、炼油、农药以及印染等行业的生产都会产生不同程度的酚类污染问题，其中煤化工废水的问题尤为严重，其废水中COD 50％以上是由酚污染导致，煤气化过程中酚污染的浓度最高可达6800mg/L。我国贫油多煤，大力发展基于煤炭制气和煤炭清洁化的煤化工过程对我国的环境和能源战略都有重要意义，然而解决煤化工过程所产生的巨量废水处理问题必须同时考虑，才能保证工业化生产和生态环境的健康发展。
许多酚类化合物都溶于水，极易被人体以及环境生物所吸收，对人的身体健康和自然水体环境具有重大危害。含酚废水的处理必须考虑两个方面，一方面尽量回收其中的有价值部分，实现资源化再利用，蒸汽法、固相吸附法、液相萃取、化学沉淀或膜萃取等方法都被证明能够有效的应用于高浓度的酚污染回收中；另一方面，对于低浓度含酚废水，其回收价值较低，但是对于环境仍然有较大的污染性，需要最大程度地降低排放污水中的酚浓度，避免对生态环境造成污染，一般有化学氧化、光催化氧化以及生物降解等方法。从目前的现状来看，第一个环节由于能够产生有价值的副产品，一般能够被很好的执行，第二个环节则由于回收能耗的提高，经常给企业生产带来巨大的成本包袱。然而随着我国对环境保护的日益重视，对污水的零排放已逐渐被提到日程上来。因此，在实现污水深度处理的同时还实现污染物的循环利用，将污水处理由企业的巨大成本包袱变成低成本甚至赢利模式，将是污水处理技术发展的方向。
微藻是一种营光合自养的水生浮游生物，自然界中存在许多高含油品种，经培养后可以作为原料用来生产生物柴油，这被认为是未来代替化石能源的重要途径之一。同时，藻类环境抗逆性强，对氮、磷以及重金属等污染物具有强的处理、吸附与富集能力，广泛的被应用于污水的三级处理过程中，而且以往许多研究探索利用生活废水、养殖废水、酿酒废水等工业废水进行含油微藻的培养，并且都取得了不错的效果。通过这一方式，不但可以实现废水的净化，而且利用废水培养的微藻可以被用来生产生物柴油以及其他工业化学替代品，使废水中的资源得到了高价值化的利用，一举两得。因此，基于产油藻类，开发炼化废水的处理与含油生物质的同步化生产，不仅对于炼化污水的生物处理提供新的解决方法，而且对于产油藻类的可持续能源化生产过程也能起到巨大推动作用。
目前许多研究者开展了微藻在环境酚降解上的研究。Klekner和Kosaric在1992年首次报道了小球藻对于苯酚、2,4-二氯苯酚和2,4-二甲基苯酚的降解，Tikoo等在1997年和Gao等在2011年则证明了其对五氯酚和壬酚的降解。随后Lee等在2015年证明了极大螺旋藻Spirulina maxima的酚降解能力。国内一些研究也探索了微藻在酚降解中的应用，吴薇在2007年对了不同培养模式下小球藻的酚降解效率差异；彭章娥等在2009年和2012年分别研究了水体中小球藻和鱼腥藻对辛基酚和壬基酚的吸附与光降解过程；刘玉沛在2015年研究了赤红球菌与小球藻互生条件下的酚处理效率。
但现阶段还没有产油藻类在修复废水中的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种丝状产油藻黄丝藻(Tribonema)在环境中对工业酚类污染物的去除与降解中的应用。
为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
一种丝状产油藻在环境中对处理工业酚污染中的应用。
进一步的说是，所述丝状产油黄丝藻在环境中对处理工业酚污染中的应用。
所述丝状产油藻为黄丝藻藻属的丝状含油品藻种。包括小型黄丝藻、绿色黄丝藻、普生黄丝藻、似丝藻黄丝藻等，但不限于所列品种。
具体修复是：将所述丝状产油黄丝藻或培养至对数生长期的丝状产油黄丝藻施入于待修复的废水中培养，实现对水体环境中工业酚污染物的吸收与降解，同时培养过程中获得用于生物柴油的含油生物质。
所述黄丝藻培养与废水修复时均可采用悬浮培养或生物膜的培养方式。两种方式同时可以应用于黄丝藻细胞培养与废水修复过程。
其中，液体悬浮培养主要采用通过开放式的跑道池、气升式平板反应器、平行管式反应器等通过细胞液体悬浮式的培养系统；生物膜培养，包括贴壁式、转轮式等通过黄丝藻生物膜进行藻类培养与废水处理的方法与系统。
同时，在采用上述方式培养藻时，向反应器中添加适合藻株生长的培养液，如BG11培养液，而后按照常规方式进行培养，藻株的接种量一般为2-3g L-1。
采用上述方式进行修复废水时，调节废水的pH至6-7，而后直接通入上述反应器中，即可。
所述丝状产油黄丝藻修复待处理废水均采用自然光照条件，培养温度保持在15-30度之间。
采用上述方式将丝状产油黄丝藻应用于含酚废水的处理过程中，通过黄丝藻的培养实现环境与工业酚污染物的吸收与降解，并同时通过该过程生产含油生物质用于生物柴油等能源加工过程。
所述含酚废水是工业废水之一，来源广泛，包括炼焦、炼油、造纸、塑料、陶瓷、纺织等工业产生的酚类有机污染物废水，其中主要污染物为苯酚及其衍生形式，包括但不限于氯酚、甲基酚、硝基酚、氨基酚等形式。
通过上述方法处理废水的同时，所生产的黄丝藻生物质含有量可达40-50％，其中80％以上为中性的甘油三酯，该生物质可以作为生物柴油、生物航煤等的生产原料。
上述采用的黄丝藻(Tribonema)是一株重要的丝状真核产油藻类，可以在细胞内大量的积累甘油三脂，其含量可达生物量的50-60％，其油脂产率达到甚至超过许多单细胞含油品种，完全可以作为生物柴油的原料。表明，黄丝藻同样能够快速的吸收环境中的苯酚，完全可以应用于酚污染物的处理过程。而且，相比于小球藻、栅藻等单细胞微藻，丝状藻类的形体较大，无需通过絮凝作用就可以通过过滤、离心等进行高效率的采收，不会在培养后产生对水体的二次污染。因此，基于黄丝藻等丝状藻类更适合应用于环境与工业废水的处理过程。
本发明的优势在于：
本发明通过利用丝状的高含油黄丝藻处理工业的含酚废水，同时实现含油生物质生产和污水的同步处理，同时丝状的藻类相比于单细胞藻类具有易采收、抗逆性强等优势，无需添加絮凝剂就可以直接经过滤布过滤和低速离心等方式可以实现高效的采收，杜绝水体的二次污染；同时黄丝藻对苯酚及其衍生物具有较强的吸收与降解能力，能够连续的从水体里去除200-800mg/L浓度的酚类污染，而且获得生物质含油量可达40-50％，完全可以满足生物油提取需要。
具体实施方式
下面通过具体实例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
本发明采用丝状产油藻类用于工业含酚污水处理的方法，目的在于将丝状产油黄丝藻在含酚废水中培养，实现酚类污染物的吸收与降解，并同时获得含油微藻生物质用于生物柴油生产。本发明所采用的丝状藻类相比于单细胞藻类具有易采收、抗逆性强等优势，无需添加絮凝剂就可以直接经过滤布过滤和低速离心等方式可以实现高效的采收，杜绝水体的二次污染；同时黄丝藻具有优良的对苯酚及其衍生物的吸收与降解能力，能够连续地从含200-800mg/L浓度的酚类污水中将酚类浓度降低到1-2mg/L，酚类污染物去除率可达到99％，且获得藻类生物质含油量可达40-50％，完全可以满足生物油提取需要。该方法为工业化含酚废水的资源化利用提供了一种高效的、低成本的途径。
下述实施例采用的黄丝藻均为现阶段本领域技术人人员可通过流通渠道获得，并且培养至一定生物量的过程可按照现有的培养方式进行。
实施例1
采用长为3.8米、宽为1.9米的椭园型跑道池进行室外培养，选用小型黄丝藻进行试验，小型黄丝藻细胞以0.1g/L的生物量密度，在跑道池中培养大约10-15天，生物量达到1-1.5g/L后，利用三足式滤布离心机采收后，以大约0.8-1g/L的密度接种到含有大约500-800mg/L含苯酚的污水中，培养过程中每天通过安替比林比色法测定废水中苯酚浓度的变化，第一批处理细胞经过4天的适应性诱导，苯酚浓度开始降低，再经过4天处理，苯酚浓度降低到2mg/L，苯酚去除率达到99％。此时采收细胞并重新接种到新的污水中，再次处理，每次苯酚浓度降低到2mg/L时，将细胞重新收获并接种到新的废水中，每个批次大约处理时间在3-4天左右，经过10次的连续批次处理，耗时45天，单个跑道池共可处理3立方的含苯酚污水的去除，苯酚浓度降低到2mg/L，并收获约0.7公斤的黄丝藻生物质，含油量达到41％。
实施例2
利用小型黄丝藻，利用20个40L气泡柱反应器进行种子细胞培养，7-8天后，生物量达到2.5g/L左右时，通过三足式滤布离心机采收细胞，细胞再通过涂布的方式接种在插板式贴壁反应器，反应器占地10平方米，其中可培养生物膜面积100平方米，接种密度5g/m2左右，培养与处理过程中，通过循环水泵将液体连续循环流过膜平面，先用BG11培养基，培养第8天，生物量达到并超过20g/m2时，换用大约500-800mg/L含苯酚的污水进行处理培养，经过4天的适应性诱导处理期，水体中苯酚浓度开始明显下降，到第6天，苯酚浓度降低到2mg/L，苯酚去除率达到99％。换新鲜的污水进行连续批次处理，连续20批次处理后，平均每批次处理天数2天，总共时间45天，共处理污水15方，获得黄丝藻含油生物质约6公斤，含油量45％左右。
实施例3
利用小型黄丝藻，首先利用长为6米、宽为4米的10个椭园型跑道池进行室外培养制备种子细胞，10-15天后，生物量达到1.5g/L左右时，通过三足式滤布离心机采收细胞，细胞再通过涂布的方式接种在插板式贴壁反应器，反应器占地100平方米，其中可培养生物膜面积2400平方米，接种密度5g/m2左右，培养与处理过程中，通过循环水泵将液体连续循环流过膜平面，先用BG11培养基，培养10天，生物量达到并超过20g/m2时，换用大约500-800mg/L含苯酚的污水进行处理培养，经过5天的适应性诱导处理期，发现水体中苯酚浓度开始明显下降，到第7天，苯酚浓度降低到2mg/L，换新鲜的污水进行连续批次处理，连续20批次处理后，平均每批次处理天数2-3天，总共时间50天，共处理污水120方，获得黄丝藻含油生物质约50公斤，含油量43％左右。
实施例4
采用长为3.8米、宽为1.9米的椭园型跑道池进行室外培养，选用似丝藻黄丝藻进行试验，似丝藻黄丝藻细胞以0.1g/L的生物量密度，在跑道池中培养大约10-15天，生物量达到1.3g/L左右后，利用三足式滤布离心机采收后，以大约0.8-1g/L的密度接种到含有大约500-800mg/L含苯酚的污水中，培养过程中每天通过安替比林比色法测定废水中苯酚浓度的变化，第一批处理细胞经过4天的适应性诱导期，苯酚浓度开始降低，再经过4天处理，苯酚浓度降低到2mg/L，苯酚去除率达到99％。此时采收细胞并重新接种到新的污水中，再次处理，每次苯酚浓度降低到2mg/L时，将细胞重新收获并接种到新的废水中，每个批次大约处理时间在3-4天左右，经过10次的连续批次处理，耗时45天，单个跑道池共可处理3立方的含苯酚污水的去除，苯酚浓度降低到1mg/L以下，并收获约0.6公斤的黄丝藻生物质，含油量达到44％。
实施例5
利用普生黄丝藻，首先利用长为6米、宽为4米的10个椭园型跑道池进行室外培养制备种子细胞，10-15天后，生物量达到1.3g/L左右时，通过三足式滤布离心机采收细胞，细胞再通过涂布的方式接种在插板式贴壁反应器，反应器占地100平方米，其中可培养生物膜面积2400平方米，接种密度5g/m2左右，培养与处理过程中，通过循环水泵将液体连续循环流过膜平面，先用BG11培养基，培养10天，生物量达到并超过20g/m2时，换用大约500-800mg/L含苯酚的污水进行处理培养，经过5天的适应性诱导处理期，发现水体中苯酚浓度开始明显下降，到第7天，苯酚浓度降低到1.5mg/L，换新鲜的污水进行连续批次处理，连续20批次处理后，平均每批次处理天数2-3天，总共时间50天，共处理污水120方，获得黄丝藻含油生物质约48公斤，含油量41％左右。
以上实施例中，将所用的藻种替换为绿色黄丝藻、囊状黄丝藻、同形黄丝藻等藻种，所得结果相似。
Claims (6)
1.一种丝状产油藻在环境中对处理工业酚污染中的应用。
2.按权利要求1所述的丝状产油藻在环境与工业酚污染处理中的应用，其特征在于：所述丝状产油黄丝藻在环境中对处理工业酚污染中的应用。
3.按权利要求1或2所述的丝状产油藻在环境中对处理工业酚污染中的应用，其特征在于：所述丝状产油藻为黄丝藻藻属的丝状含油品藻种。
4.按权利要求1或2所述的丝状产油藻在环境中对处理工业酚污染中的应用，其特征在于：将所述丝状产油黄丝藻或培养至对数生长期的丝状产油黄丝藻施入于待修复的废水中培养，实现对水体环境中工业酚污染物的吸收与降解，同时培养过程中获得用于生物柴油的含油生物质。
5.按权利要求4所述的丝状产油藻在环境中对处理工业酚污染中的应用，其特征在于：所述培养丝状产油黄丝藻或修复废水时均可采用悬浮培养或生物膜的培养方式。
6.按权利要求4所述的丝状产油藻在环境中对处理工业酚污染中的应用，其特征在于：所述丝状产油黄丝藻修复待处理废水均采用自然光照条件，培养温度保持在15-30度之间。
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