一株柵藻的分離培養(yǎng)及其應用于養(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重危害，實現(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，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，為緩解當前資源匱乏、能源緊缺的形勢，微藻生物能源成為生物質(zhì)能研究領域的熱點之一，但如何降低微藻培養(yǎng)成本是實現(xiàn)微藻燃料商業(yè)化發(fā)展的關鍵?；谖⒃迮囵B(yǎng)的污水處理技術(shù)的出現(xiàn)，為同時實現(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)凈化與高價值生物質(zhì)生產(chǎn)相耦合，實現(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)豬場創(chuàng)造經(jīng)濟效益，保障養(yǎng)豬場的可持續(xù)發(fā)展。但藻種的篩選和培養(yǎng)體系的構(gòu)建是成功實現(xiàn)此處理技術(shù)的關鍵。本實驗室從養(yǎng)豬場廢水處理池內(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)豬廢水處理中應用的基礎條件進行了探討，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、提供基礎依據(jù)，論文通過對微藻的分離鑒定及其理化性質(zhì)測定、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)學和分子生物學手段，鑒定此微藻為柵藻，命名為Desmodesmus sp.CHX1，相關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普通微生物中心（保藏受理號:CGMCC No.6649）和Genebank（登錄號:JX255841）;柵藻（De

4、smodesmus sp.CHX1）最佳光密度值為OD690，但OD690測定值不易超過0.7，在此測定范圍內(nèi)，光密度值與藻體干重間呈線性正相關關系（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天后達到生長穩(wěn)定期，最高濃度達4.54 g/l;培養(yǎng)4周后，柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）細胞內(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，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)化試驗結(jié)果表明，在所測定的四個因素中，葡萄糖添加濃度對柵藻（Desmodesmus

7、sp.CHX1）生長和油脂產(chǎn)率的影響最大，其次為藻細胞初始接種濃度，結(jié)合正交試驗和單因子試驗結(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）從適應期結(jié)束到穩(wěn)定期只需5天左右，大大縮短了藻細胞培養(yǎng)時間;此外，曝氣能顯著增加柵

8、藻(Desmodesmussp.CHX1)細胞的生物產(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，上述指標均顯著增加，培養(yǎng)7天后，在曝氣量為160l/h時，柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）細胞的生物量濃度、Chl（a+b）含量和油脂產(chǎn)率分別達到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?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到196.7 mg/l/d和0.279/d，對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）具備應用于養(yǎng)豬廢水處理的潛力，但在處理前，對養(yǎng)豬廢水進行適當?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)運作模式中，稀釋是商業(yè)化應用過程中的一大限制，因此，降低養(yǎng)豬廢水對柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）的抑制效應，尋找其他低成本的預處理方式以強化其商業(yè)化應用的可行性成為必要。
　　 (4)直接空氣吹脫可以作為一種簡單有效的預處理方法應用于基于微藻培養(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，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。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?；祓B(yǎng)培養(yǎng)后，柵藻（Desmodesmus sp.CHX1）細胞內(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％