一株柵藻的分離培養(yǎng)及其應(yīng)用于養(yǎng)豬廢水處理的潛力研究.pdf

1、養(yǎng)豬業(yè)的快速發(fā)展導(dǎo)致養(yǎng)豬廢水的大量產(chǎn)生，給地區(qū)生態(tài)環(huán)境和居民健康帶來了嚴(yán)重危害，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)豬廢水的無害化、資源化和減量化處理是保證產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，而現(xiàn)有的常規(guī)污水處理技術(shù)僅僅作為一種處理工藝實(shí)現(xiàn)廢水的無害化處理，忽略了廢水的資源化利用;另一方面，為緩解當(dāng)前資源匱乏、能源緊缺的形勢(shì)，微藻生物能源成為生物質(zhì)能研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，但如何降低微藻培養(yǎng)成本是實(shí)現(xiàn)微藻燃料商業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵。基于微藻培養(yǎng)的污水處理技術(shù)的出現(xiàn)，為同時(shí)實(shí)現(xiàn)養(yǎng)豬廢水的無害

2、化處理、資源化利用和降低微藻培養(yǎng)成本提供了可能，它將水質(zhì)凈化與高價(jià)值生物質(zhì)生產(chǎn)相耦合，實(shí)現(xiàn)污水處理由處理工藝向生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)變，所獲得的微藻生物質(zhì)可以用作生產(chǎn)生物柴油的原料，給養(yǎng)豬場(chǎng)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，保障養(yǎng)豬場(chǎng)的可持續(xù)發(fā)展。但藻種的篩選和培養(yǎng)體系的構(gòu)建是成功實(shí)現(xiàn)此處理技術(shù)的關(guān)鍵。本實(shí)驗(yàn)室從養(yǎng)豬場(chǎng)廢水處理池內(nèi)分離純化了一株微藻，因此，課題主要圍繞此微藻的分離培養(yǎng)及其在養(yǎng)豬廢水處理中應(yīng)用的基礎(chǔ)條件進(jìn)行了探討，為構(gòu)建基于微藻培養(yǎng)的養(yǎng)豬廢水處理技術(shù)體系

3、提供基礎(chǔ)依據(jù)，論文通過對(duì)微藻的分離鑒定及其理化性質(zhì)測(cè)定、微藻培養(yǎng)條件的優(yōu)化、微藻處理養(yǎng)豬廢水的可行性及強(qiáng)化微藻處理養(yǎng)豬廢水條件的研究，獲得了以下主要結(jié)果:
　　 (1)借助形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)手段，鑒定此微藻為柵藻，命名為Desmodesmus sp.CHX1，相關(guān)純化藻株和序列基因已提交至中國微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心（保藏受理號(hào):CGMCC No.6649）和Genebank（登錄號(hào):JX255841）;柵藻（De

4、smodesmus sp.CHX1）最佳光密度值為OD690，但OD690測(cè)定值不易超過0.7，在此測(cè)定范圍內(nèi)，光密度值與藻體干重間呈線性正相關(guān)關(guān)系（R2=0.9942）;正常培養(yǎng)條件下，柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）在BG-11培養(yǎng)液中生長45天后達(dá)到生長穩(wěn)定期，最高濃度達(dá)4.54 g/l;培養(yǎng)4周后，柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）細(xì)胞內(nèi)C、N、H和Zn含量分別為45.7％、7.13％、7.90％和79

5、.7 mg/kg，Cu含量低于最低檢測(cè)濃度;藻體總?cè)~綠素含量為4.92 mg/l，其中葉綠素a占總?cè)~綠素含量的78.5％，類胡蘿卜素含量為1.67 mg/l;藻細(xì)胞總脂含量為12.1％-14.6％，脂肪酸成分中以C16-C18含量為主，占總脂肪酸含量的70.7％，適合作為生物柴油生產(chǎn)原料。此外，藻體粗蛋白含量為49.3％，在所測(cè)定的16種氨基酸成分中含有人體所必需的7種氨基酸，其中天冬氨酸含量最高，達(dá)27.2 mg/g，總氨基酸含量為1

6、98.4 mg/g，其中總必需氨基酸含量為59.31 mg/g，占總氨基酸含量的29.9％，也可作為養(yǎng)豬場(chǎng)部分蛋白飼料的替代品。
　　 (2)混養(yǎng)培養(yǎng)方式最利于柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）生長，而葡萄糖和NO3-N分別作為碳源和氮源時(shí)，最適宜于柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）生物產(chǎn)量和Chl(a+b)的積累;正交優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果表明，在所測(cè)定的四個(gè)因素中，葡萄糖添加濃度對(duì)柵藻（Desmodesmus

7、sp.CHX1）生長和油脂產(chǎn)率的影響最大，其次為藻細(xì)胞初始接種濃度，結(jié)合正交試驗(yàn)和單因子試驗(yàn)結(jié)果，篩選出最利于柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）生長和油脂生產(chǎn)的培養(yǎng)條件組合為:葡萄糖濃度3g/l、培養(yǎng)液初始pH=10、細(xì)胞接種濃度5％（初始OD690=0.08）、硝酸鹽濃度2g/l;在此培養(yǎng)條件下，柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）從適應(yīng)期結(jié)束到穩(wěn)定期只需5天左右，大大縮短了藻細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)間;此外，曝氣能顯著增加?xùn)?/p>

8、藻(Desmodesmussp.CHX1)細(xì)胞的生物產(chǎn)量、Chl(a+b)含量和油脂產(chǎn)量，且在所研究的曝氣量范圍內(nèi)（16-160l/h），隨曝氣量的增加，上述指標(biāo)均顯著增加，培養(yǎng)7天后，在曝氣量為160l/h時(shí)，柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）細(xì)胞的生物量濃度、Chl（a+b）含量和油脂產(chǎn)率分別達(dá)到7.26 g/l、60.5 mg/l和128.7 mg/l/d，這說明在柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）培養(yǎng)過程

9、中，適當(dāng)?shù)钠貧饫谖⒃迳L和油脂的生產(chǎn)。
　　 (3)柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）能在適度稀釋的滅菌后養(yǎng)豬廢水中存活并生長，培養(yǎng)12天后，最大生物量產(chǎn)率和比生長率分別達(dá)到196.7 mg/l/d和0.279/d，對(duì)NH4+-N、TP和COD的最大去除率分別為98.2％、80.4％和37.1％。因此，該柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）具備應(yīng)用于養(yǎng)豬廢水處理的潛力，但在處理前，對(duì)養(yǎng)豬廢水進(jìn)行適當(dāng)?shù)南♂?/p>

10、是保證柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）快速生長和有效去除營養(yǎng)物質(zhì)的前提，而在現(xiàn)今的商業(yè)運(yùn)作模式中，稀釋是商業(yè)化應(yīng)用過程中的一大限制，因此，降低養(yǎng)豬廢水對(duì)柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）的抑制效應(yīng)，尋找其他低成本的預(yù)處理方式以強(qiáng)化其商業(yè)化應(yīng)用的可行性成為必要。
　　 (4)直接空氣吹脫可以作為一種簡(jiǎn)單有效的預(yù)處理方法應(yīng)用于基于微藻培養(yǎng)的養(yǎng)豬廢水處理技術(shù)體系中，以降低養(yǎng)豬廢水中過高氨氮對(duì)微藻的生長抑制作用

11、;而向不滅菌養(yǎng)豬廢水中泵入含5％ CO2的空氣（即混養(yǎng)培養(yǎng)）時(shí)，柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）的生長、油脂積累和廢水中NH4+-N、TN、TP和COD、Cu、Zn等去除均得到顯著加強(qiáng)。培養(yǎng)8天后，柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）的生物量濃度、生物量產(chǎn)率和油脂產(chǎn)率分別高達(dá)7.91 g/l、869.0 mg/l/d和132.1mg/l/d（總脂含量15.2％），而廢水中NH4+-N、TN、TP、COD、Cu和Z

12、n等去除率分別為97.3％、87.9％、93.2％、41.8％、50.1％和30.1％。元素流分析結(jié)果表明，柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）的直接吸收利用是廢水中N、P和Cu、Zn去除的主要原因。混養(yǎng)培養(yǎng)后，柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）細(xì)胞內(nèi)N、P含量、C16-C18脂肪酸含量、粗蛋白含量和氨基酸含量均得到顯著提高，其中N、P含量分別為9.55％和0.79 mg/kg，粗蛋白和總氨基酸含量分別為59.7％