一種微藻采收方法及其應用與流程

本發明涉及微藻生物領域，具體地，涉及一種微藻采收方法及其應用。
背景技術：
：微藻是一種分布廣、生長速度快、結構簡單的單細胞生物。通過自身特有的代謝過程，可以生成多種結構獨特的有價值化合物，包括多糖、蛋白質、維生素、脂肪酸及脂肪酸脂，是很有前景的經濟作物。在微藻生長的同時，還可以固定大量的二氧化碳，對減排大氣中的二氧化碳意義重大。由于微藻體積較小，在水中的濃度低，通常濃度不超過百分之一，使得在微藻養殖過程中，收集困難，成本也十分巨大。目前，現有常用的微藻收集的方法包括離心過濾法、絮凝劑沉淀法和pH調節法等。離心過濾法雖然能達到收集微藻的目的，但需要除去大量水分，運行能耗大，成本高，操作繁瑣，勞動強度大。絮凝劑沉淀法操作簡便、易行，不需要專門的設備，采收過程能耗低。但需要加入各種不同的無機或有機絮凝劑。無機絮凝劑如硫酸鋁、硫酸鐵等，會造成大量的廢水排放，造成環境污染。有機絮凝劑則往往用量較大，成本較高。CN103484371A公開了一種加入陽離子淀粉絮凝劑的收集方法，但加入量較大，為微藻干重的1-20％，影響微藻的質量。CN103881922A公開了以巨大芽孢桿菌發酵產物為絮凝劑，對海洋微藻具有明顯的絮凝作用，絮凝劑添加濃度為每毫升藻液0.3-3.0毫克，與微藻干重相比，用量較大。而且不能忽略的是，絮凝劑沉淀法由于在培養液中引入了其他的物質，不利于培養液的重復利用。pH調節法是通過改變培養液的pH值范圍，誘導微藻原位絮凝，實現沉 降分離，但往往需要將pH回復到養殖需要的pH范圍，操作較為繁瑣且由于引入了其他離子不利于培養液的重復利用。pH調節包括酸性調節和堿性調節。CN103266063A公開了通過向培養液中加入酸液，調節培養液pH至3.7-4.3的范圍使微藻自絮凝沉降，沉降后的清液再加堿使其回復到養殖需要的pH范圍。CN102492624A公開了通過氨調節培養液pH，待微藻沉降后，通過加熱和二氧化碳回復培養液pH值到正常范圍。在微藻培養研究中，如何在保證培養液(包括培養液中的藻種)能夠重復利用且不會產生廢液排放的前提下，使得微藻收集簡單并降低微藻收集的成本，是當前致力于微藻培養的研究人員關注的熱門課題，但是，至今仍未獲得一種能夠有效實現上述目的的微藻采收方法。技術實現要素：本發明的目的是為了克服現有技術中的上述缺陷，提供一種微藻采收方法及其應用，該方法對培養液性質不會產生影響，使得培養液(包括培養液中的藻種)能夠重復利用而不會產生廢液排放，而且有利于微藻的聚集、采收，使得微藻收集簡單且能夠降低微藻收集成本。本發明的發明人在研究中發現，當培養微藻至培養液的OD680值為1-10、pH值為7.5-14時，向培養液中補加作為微藻培養營養成分的三價鐵離子化合物，待培養液中的微藻分層沉降后分離微藻，能夠使培養液中的微藻自然分層沉降，不僅對培養液的性質不會產生影響，使得培養液(包括培養液中的藻種)能夠重復利用而不會產生廢液排放，而且有利于微藻的聚集、采收，使得微藻收集簡單且能夠降低微藻收集成本。因此，為了實現上述目的，第一方面，本發明提供了一種微藻采收方法，所述方法包括：當培養微藻至培養液的OD680值為1-10、pH值為7.5-14時，向培養液中補加作為微藻培養營養成分的三價鐵離子化合物，待培養液中的 微藻分層沉降后分離微藻。第二方面，本發明提供了一種上述方法在微藻培養中的應用。本發明的微藻采收方法，對培養液性質不會產生影響，使得培養液(包括培養液中的藻種)能夠重復利用而不會產生廢液排放，而且有利于微藻的聚集、采收，使得微藻收集簡單(只需過濾分離或分液分離即可，而無需進行離心分離)且能夠降低微藻收集成本，采用本發明的方法采收微藻，培養液中的微藻自然分層沉降1h后沉降率高達83％，自然分層沉降12h后沉降率高達97％。根據本發明的一種優選的實施方式，當三價鐵離子化合物為檸檬酸鐵銨和EDTA鐵的混合物，且檸檬酸鐵銨和EDTA鐵的摩爾比為2-1：1時，能夠進一步提高微藻的沉降率，更有利于微藻的聚集、采收。本發明的其它特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。附圖說明圖1是本發明實施例1中單針藻聚集前分散在培養液中的狀態圖。圖2是本發明實施例1中分層沉降12h后的培養液中的單針藻的狀態圖。具體實施方式以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。第一方面，本發明提供了一種微藻采收方法，該方法包括：當培養微藻至培養液的OD680值為1-10、pH值為7.5-14時，向培養液中補加作為微藻培養營養成分的三價鐵離子化合物，待培養液中的微藻分層沉降后分離微藻。本發明方法中，為了進一步提高微藻聚集的效果，優選情況下，向培養液中補加三價鐵離子化合物時培養液的pH值為8-11。本發明方法中，對于微藻的種類沒有特別的限定，可以為本領域常規的培養體系為堿性的各種微藻，優選情況下，微藻為單針藻和/或小球藻。本發明方法中，對培養時采用的培養基、培養條件及光生物反應器等沒有特別的限定，可以分別為本領域常規使用的各種培養基、培養條件及光生物反應器等，其中，單針藻和小球藻的培養條件可以包括：溫度為15-35℃、光照強度為1000-5000Lux、pH值為7.5-13。本領域技術人員應該理解的是，在實際的微藻培養過程中，培養溫度、光照強度和培養液的pH值往往無法控制在一個精確的點值，而是在一個范圍內進行波動。本發明方法中，當培養微藻至培養液的OD680值為1-10時，微藻培養進入培養周期的后期，即進入平臺期，然后聚集進入平臺期的微藻并進行分離采收。本發明方法中，三價鐵離子化合物的補加量的可選擇范圍較寬，綜合考慮微藻聚集的效果、重復利用的方便性和成本，優選情況下，以三價鐵離子計，對于每升培養液，三價鐵離子化合物的補加量為0.001-0.1mmol。為了進一步提高微藻聚集的效果，進一步優選地，以三價鐵離子計，對于每升培養液，所述三價鐵離子化合物的補加量為0.01-0.05mmol。本發明方法中，對于三價鐵離子化合物的種類沒有特別的限定，可以為本領域常用的作為微藻培養營養成分的各種三價鐵離子化合物，為了進一步提高微藻聚集的效果，優選情況下，三價鐵離子化合物為檸檬酸鐵銨和EDTA鐵(又稱乙二胺四乙酸鐵)中的一種或兩種，本發明的發明人在研究中發現，當三價鐵離子化合物為檸檬酸鐵銨和EDTA鐵的混合物時，能夠進一步提高微藻聚集的效果，且當檸檬酸鐵銨和EDTA鐵的摩爾比為2-1：1時，能夠更進一步提高微藻聚集的效果，因此，三價鐵離子化合物進一步優選為檸檬酸鐵銨和EDTA鐵的混合物，更優選地，檸檬酸鐵銨和EDTA鐵的摩爾比為2-1：1。本發明方法中，本發明的發明人在研究中進一步發現，在補加三價鐵離子化合物后，降低培養液的混合強度，能夠促進微藻聚集體進一步互相聚集，形成更大體積的聚集體，更有利于培養液中微藻的快速分層沉降。因此，優選情況下，在補加三價鐵離子化合物后，降低培養液的混合強度。本發明方法中，為了進一步提高微藻聚集的效果，優選情況下，降低后的混合強度為降低前混合強度的0％-99％，進一步優選為0％-80％，更優選為0％-50％。本發明方法中，優選情況下，降低混合強度后，混合1-10天，進一步優選1-5天，然后停止混合。本發明方法中，對于培養液的混合方式沒有特別的限定，可以為本領域常用的各種方式，優選情況下，培養液的混合方式包括磁力攪拌、機械攪拌和氣體鼓泡流化。本發明方法中，將沉降后的微藻培養液進行微藻分離時，可以通過過濾分離或者分液分離的方式進行分離而無需進行離心分離。過濾分離可以為常壓過濾分離、加壓過濾分離或真空過濾分離，優選為常壓過濾分離；分液分離可以為通過分液漏斗的方式進行分離。對于過濾分離(包括常壓過濾分離、加壓過濾分離和真空過濾分離)和分液分離(如通過分液漏斗的方式進行分離)的方法和條件沒有特別的限定，可以為本領域公知的各種方法和條件，此為本領域技術人員所公知，在此不再贅述。第二方面，本發明提供了上述方法在微藻培養中的應用。實施例以下將通過實施例和對比例對本發明進行詳細描述。以下實施例和對比例中，微藻培養液的光密度值(OD值)測定：光密度值用分光光度計測定，以蒸餾水作對照，測定微藻培養液在波長680nm處的吸光值，作為微藻濃度 的指標。微藻培養液自然分層沉降T小時后的微藻沉降率的測定方法包括：測量680nm波長下停止混合時微藻培養液的OD值OD0，將微藻培養液自然分層沉降T小時后，測量680nm波長下上清液的OD值ODT。則微藻培養液自然分層沉降T小時后的微藻沉降率的計算公式為：(OD0-ODT)/OD0×100％。微藻聚集狀態通過光學顯微鏡觀察，光學顯微鏡的型號為44X-9，購自上海永亨光學儀器制造有限公司。單針藻購自中科院武漢水生生物研究所，小球藻購自中科院武漢植物園。煉廠制氫尾氣為中國石化公司石家莊煉化分公司的煉廠制氫尾氣，二氧化碳的含量為15-20重量％，使用前進行凈化除去固體顆粒物并進行冷卻。微藻培養時使用的培養基A：培養基成份見表1-2，在培養基A中NaNO3為氮源。表1培養基A組分含量，mg/LK2HPO4·3H2O40NaNO31500Na2CO320MgSO4·7H2O75CaCl2·2H2O36檸檬酸6檸檬酸鐵銨6EDTA鐵3EDTA-2Na1微量元素A51表2微量元素A5組分組成，mg/LH3BO32860MnCl2·4H2O1810ZnSO4·7H2O222CuSO4·5H2O79NaMoO4·5H2O390Co(NO3)2·6H2O50微藻培養時使用的BG11培養基：培養基成份見表3-4，在BG11培養基中NaNO3為氮源。表3BG11培養基組分含量，mg/LK2HPO4·3H2O40NaNO31500Na2CO320MgSO4·7H2O75CaCl2·2H2O36檸檬酸6檸檬酸鐵銨6EDTA-2Na1微量元素A51表4微量元素A5組分組成，mg/LH3BO32860MnCl2·4H2O1810ZnSO4·7H2O222CuSO4·5H2O79NaMoO4·5H2O390Co(NO3)2·6H2O50實施例1本實施例用于說明本發明的微藻采收方法。將單針藻藻種接種到裝有1000mL培養液的2000mL三角瓶中，接種單針藻藻種后培養液的OD680值為0.02。培養液由硝酸鈉、碳酸氫鈉和培養基A復合組成，每升培養液中硝酸鈉的含量為0.018mol，碳酸氫鈉的含量為1mol，檸檬酸鐵銨的含量為0.013mmol，EDTA鐵的含量為0.0065mmol。在20-30℃、光照強度1800-2200Lux、pH值7.5-12下培養，pH值由高純二氧化碳調節，并進行磁力攪拌，攪拌轉速為300rpm。培養15天后，培養液的OD680值為3.1，pH值為8，對于每升培養液，向培養液中補加0.013mmol檸檬酸鐵氨和0.0065mmolEDTA鐵的混合物，并將攪拌轉速降為150rpm。5天(5天內溫度為20-30℃、光照強度為1800-2200Lux、pH值為8-10)后停止攪拌，測得培養液的OD680值為3.3，培養液中的單針藻快速分層沉降，1小時后，測得上清液的OD680值為0.56，即自然分層沉降1小時后的單針藻的沉降率為83％。12小時后，測得上清液的OD680值為0.1，即自然分層沉降12小時后的單針藻的沉降率為97％。不同階段單針藻的形態如圖1和圖2所示。將分層沉降12小時后的培養液用320目濾布過濾，得到30g單針藻藻泥。實施例2本實施例用于說明本發明的微藻采收方法。將小球藻藻種接種到消毒后并裝有28L培養液的封閉式光生物反應器中，接種小球藻藻種后培養液的OD680值為0.08。封閉式光生物反應器為聚氯乙烯薄膜袋，直徑為220mm、高為1500mm，無內導流筒。培養液由硝酸鈉、碳酸氫鈉和培養基A復合組成，每升培養液中硝酸鈉的含量為0.018mol，碳酸氫鈉的含量為1mol，檸檬酸鐵銨的含量為0.013mmol，EDTA鐵的含量為0.0065mmol。煉廠制氫尾氣經凈化并冷卻至25℃后從光生物反應器底部通過氣石分散以鼓泡形式進入，并產生流化攪動、混合，煉廠制氫尾氣的進氣流量為200L/h。在20-24℃、光照強度1800-5000Lux、pH值7.5-10.5下培養，pH值通過煉廠制氫尾氣的進氣流量和進氣時間控制。培養15天后，培養液的OD680值為3.7，pH值為9，對于每升培養液，向培養液中補加0.005mmol檸檬酸鐵氨和0.005mmolEDTA鐵的混合物，并將進氣流量降為40L/h。5天(5天內溫度為20-24℃、光照強度為1800-5000Lux、pH值為9-11)后停止進氣，測得培養液的OD680值為3.9，培養液中的小球藻快速分層沉降，1小時后，測得上清液的OD680值為0.74，即自然分層沉降1小時后的小球藻的沉降率為81％。12小時后，測得上清液的OD680值為0.19，即自然分層沉降12小時后的小球藻的沉降率為95.1％。將分層沉降12小時后的培養液用G3玻砂過濾，得到370g小球藻藻泥。實施例3本實施例用于說明本發明的微藻采收方法。將單針藻藻種接種到裝有10,000L培養液的開放式跑道池光生物反應器中，接種單針藻藻種后培養液的OD680值為0.078。開放式跑道池光生物反應器的跑道池面積為50m2。培養液由硝酸鈉、碳酸氫鈉和培養基A復合組成，每升培養液中硝酸鈉的含量為0.018mol，碳酸氫鈉的含量為1mol，檸 檬酸鐵銨的含量為0.013mmol，EDTA鐵的含量為0.0065mmol。煉廠制氫尾氣經凈化并冷卻至25℃后從跑道池表面通過分散器鼓泡形式進入培養液中，煉廠制氫尾氣的進氣流量為2000L/h。在22-25℃、光照1800-5000Lux、pH值8-12、攪拌轉速200rpm下培養，pH值通過煉廠制氫尾氣的進氣流量和進氣時間控制。培養15天后，培養液的OD680值為1.8，pH值為9，對于每升培養液，向培養液中補加0.03mmol檸檬酸鐵氨和0.02mmol的EDTA鐵，并將進氣流量降為1600L/h，將攪拌轉速降為160rpm。5天(5天內溫度為22-25℃、光照強度為1800-5000Lux、pH值為9-11)后停止攪拌和進氣，測得培養液的OD680值為1.9，培養液中的單針藻快速分層沉降，1小時后，測得上清液的OD680值為0.34，即自然分層沉降1小時后的單針藻的沉降率為82.1％。12小時后，測得上清液的OD680值為0.076，即自然分層沉降12小時后的單針藻的沉降率為96％。將分層沉降12小時后的培養液通過分液漏斗進行分離，得到22Kg單針藻藻泥。實施例4按照實施例1的方法，不同的是，向培養液中補加的三價鐵離子化合物為0.005mmol檸檬酸鐵銨和0.015mmol的EDTA鐵。5天后停止攪拌，測得培養液的OD680值為3.24，培養液中的單針藻快速分層沉降，1小時后，測得上清液的OD680值為0.64，即自然分層沉降1小時后的單針藻的沉降率為80.2％。12小時后，測得上清液的OD680值為0.26，即自然分層沉降12小時后的單針藻的沉降率為92％。將分層沉降12小時后的培養液用320目濾布過濾，得到28.4g單針藻藻泥。實施例5按照實施例1的方法，不同的是，向培養液中補加的三價鐵離子化合物 為0.02mmol檸檬酸鐵氨。5天后停止攪拌，測得培養液的OD680值為3.2，培養液中的單針藻快速分層沉降，1小時后，測得上清液的OD680值為0.65，即自然分層沉降1小時后的單針藻的沉降率為79.7％。12小時后，測得上清液的OD680值為0.31，即自然分層沉降12小時后的單針藻的沉降率為90.3％。將分層沉降12小時后的培養液用320目濾布過濾，得到28g單針藻藻泥。實施例6按照實施例1的方法，不同的是，向培養液中補加的三價鐵離子化合物為0.02mmol的EDTA鐵。5天后停止攪拌，測得培養液的OD680值為3.21，培養液中的單針藻快速分層沉降，1小時后，測得上清液的OD680值為0.85，即自然分層沉降1小時后的單針藻的沉降率為73.5％。12小時后，測得上清液的OD680值為0.47，即自然分層沉降12小時后的單針藻的沉降率為85.4％。將分層沉降12小時后的培養液用320目濾布過濾，得到26.4g單針藻藻泥。實施例7按照實施例1的方法，不同的是，向培養液中補加的三價鐵離子化合物為0.002mmol檸檬酸鐵氨和0.001mmol的EDTA鐵。5天后停止攪拌，測得培養液的OD680值為3.19，培養液中的單針藻快速分層沉降，1小時后，測得上清液的OD680值為0.80，即自然分層沉降1小時后的單針藻的沉降率為74.9％。12小時后，測得上清液的OD680值為0.34，即自然分層沉降12小時后的單針藻的沉降率為89.3％。將分層沉降12小時后的培養液用320目濾布過濾，得到27.6g單針藻藻泥。實施例8按照實施例1的方法，不同的是，用BG11培養基代替培養基A，且每升培養液中檸檬酸鐵銨的含量為0.02mmol；培養15天后，對于每升培養液，向培養液中補加0.02mmol檸檬酸鐵銨。5天后停止攪拌，測得培養液的OD680值為3.27，培養液中的單針藻快速分層沉降，1小時后，測得上清液的OD680值為0.75，即自然分層沉降1小時后的單針藻的沉降率為77.1％。12小時后，測得上清液的OD680值為0.33，即自然分層沉降12小時后的單針藻的沉降率為89.9％。將分層沉降12小時后的培養液用320目濾布過濾，得到27.8g單針藻藻泥。實施例9按照實施例1的方法，不同的是，培養15天后，向培養液中補加檸檬酸鐵銨和EDTA鐵后，保持攪拌轉速不變。5天后停止攪拌，測得培養液的OD680值為3.28，培養液中的單針藻快速分層沉降，1小時后，測得上清液的OD680值為0.61，即自然分層沉降1小時后的單針藻的沉降率為81.4％。12小時后，測得上清液的OD680值為0.29，即自然分層沉降12小時后的單針藻的沉降率為91.2％。將分層沉降12小時后的培養液用320目濾布過濾，得到28.2g單針藻藻泥。實施例10按照實施例1的方法，不同的是，在20-30℃、光照強度1800-2200Lux、pH值11-13.5下培養，培養15天后，培養液的OD680值為2.7，pH值為13。5天后停止攪拌，測得培養液的OD680值為2.8，培養液中的單針藻快速分層沉降，1小時后，測得上清液的OD680值為0.72，即自然分層沉降1小時后的單針藻的沉降率為74.3％。12小時后，測得上清液的OD680值為0.38， 即自然分層沉降12小時后的單針藻的沉降率為86.4％。將分層沉降12小時后的培養液用320目濾布過濾，得到26.7g單針藻藻泥。對比例1按照實施例1的方法，不同的是，培養15天后，并不向培養液中補加檸檬酸鐵銨和EDTA鐵，且保持攪拌轉速不變(300rpm)。5天后停止攪拌，測得培養液的OD680值為3.17，培養液中的單針藻快速分層沉降，1小時后，測得上清液的OD680值為1.32，即自然分層沉降1小時后的單針藻的沉降率為58.4％。12小時后，測得上清液的OD680值為0.98，即自然分層沉降12小時后的單針藻的沉降率為69.1％。將分層沉降12小時后的培養液用320目濾布過濾，得到21.4g單針藻藻泥。對比例2按照實施例1的方法，不同的是，培養15天后，將攪拌轉速降為150rpm，但并不向培養液中補加檸檬酸鐵銨和EDTA鐵。5天后停止攪拌，測得培養液的OD680值為3.18，培養液中的單針藻快速分層沉降，1小時后，測得上清液的OD680值為1.28，即自然分層沉降1小時后的單針藻的沉降率為59.7％。12小時后，測得上清液的OD680值為0.88，即自然分層沉降12小時后的單針藻的沉降率為72.3％。將分層沉降12小時后的培養液用320目濾布過濾，得到22.4g單針藻藻泥。對比例3按照實施例1的方法，不同的是，培養15天后，向培養液中補加0.02mmol的三氯化鐵，替代0.013mmol檸檬酸鐵銨和0.0065mmol的EDTA鐵，并將攪拌轉速降為150rpm。5天后停止攪拌，測得培養液的OD680值為3.28，培養液中的單針藻快速分層沉降，1小時后，測得上清液的OD680值為0.98，即自然分層沉降1小時后的單針藻的沉降率為70.1％。12小時后，測得上清液的OD680值為0.58，即自然分層沉降12小時后的單針藻的沉降率為82.3％。將分層沉降12小時后的培養液用320目濾布過濾，得到25.4g單針藻藻泥。將實施例1與實施例4-8比較可知，以三價鐵離子計，對于每升培養液，三價鐵離子化合物的補加量為0.01-0.05mmol時，能夠進一步提高微藻的沉降率，更有利于微藻的聚集、采收；而且當向培養液中補加三價鐵離子化合物為檸檬酸鐵銨和EDTA鐵的混合物，且檸檬酸鐵銨和EDTA鐵的摩爾比為2-1：1時，能夠更進一步提高微藻的沉降率，更有利于微藻的聚集、采收。將實施例1與實施例9比較可知，在向培養液中補加三價鐵離子化合物后，降低培養液的混合強度，能夠進一步提高微藻的沉降率，更有利于微藻的聚集、采收。將實施例1與實施例10比較可知，向培養液中補加三價鐵離子化合物時培養液的pH值為8-11時，能夠進一步提高微藻的沉降率，更有利于微藻的聚集、采收。將實施例1與對比例1-3比較可知，培養15天后，向培養液中補加作為微藻培養營養成分的三價鐵離子化合物，能夠明顯提高微藻的沉降率，更有利于微藻的聚集、采收。而且本領域技術人員可以理解的是，當向培養液中補加的三價鐵離子化合物不是作為微藻培養營養成分的三價鐵離子化合物時(本領域技術人員應公知三氯化鐵不能作為微藻培養的營養成分)，在不利于微藻聚集(即不利于微藻沉降率的提高)、采收的同時，因引入了新的離子也不利于培養液的重復利用。以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。當前第1頁1 2 3