養殖微藻的方法及其與工業廢氣脫硝聯合的方法

養殖微藻的方法及其與工業廢氣脫硝聯合的方法
【專利摘要】本發明涉及養殖微藻的方法及其與工業廢氣脫硝聯合的方法，其中的養殖方法包括：養殖微藻的培養基中，氮源、磷源和碳源中的至少一種以堿金屬營養鹽的形式提供；養殖過程中，用硝酸和/或亞硝酸調節藻液的pH值。采用本發明的養殖方法可以提高養殖微藻的效率。
【專利說明】
養殖微藻的方法及其與工業廢氣脫硝聯合的方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種養殖微藻的方法和一種養殖微藻與工業廢氣脫硝聯合的方法。
【背景技術】
[0002] 能源"與"環境"是新世紀在可持續發展中人類社會所面臨的重要問題，一方面，支 撐人類現代文明的化石能源是不可再生的，因而世界各國在加緊開發替代能源技術；另一 方面，人類在加工和使用化石能源時不可避免地產生嚴重的廢氣與污水的排放問題，對氣 候和人類的生存環境已經造成了嚴重的影響。這些問題需要有統籌協調的解決方案。
[0003] 微藻是效率極高的由陽光驅動的"活的化工廠"，通過微藻細胞高效的光合作用， 將光能轉化為脂肪或淀粉等有機化合物的化學能，并放出〇2。利用微藻生產生物能源與化 學品可以同時達到"替代化石能源和減少工業廢氣的排放"雙重目的。
[0004] 然而，在微藻的規模化養殖過程中往往存在很多問題，制約了微藻生物能源的發 展。實踐表明：氮源的提供形式會嚴重影響培養微藻的效果。氮源如果以銨鹽的形式提供， 則必須以較低的濃度，通常小于3. 3mmol/L，否則高濃度的銨鹽會抑制微藻的生長。在微藻 異養過程中可以用氨基酸為微藻提供氮源，但是氨基酸價格昂貴，經濟性較差。硝酸鹽是微 藻養殖中廣泛采用的氮源，但在實踐中發現：硝酸鹽的濃度過高會抑制微藻的生長。尤其是 在微藻光能兼養和化能異養的過程中，這兩種養殖方式對氮源的需求較大，但在培養基中 添加過多的硝酸鹽，并不會顯著促進微藻的生長。
[0005] 氮氧化物（NOx)是主要的大氣污染物之一，不僅會產生光化學煙霧和酸雨，還會 導致嚴重的溫室效應。工業排放的廢氣是大氣中NOx的主要來源，因此工業廢氣的脫硝問 題日益受到人們的重視。
[0006] 工業廢氣的脫硝方法可分為干法和濕法兩種。催化還原法（SCR)與非催化還原法 (SNCR)是常用的干法脫硝方法，這兩種方法的投資和運行成本較高，并且將NOx還原成了 低價值的氮氣，沒有達到資源化利用NOx的目的。濕法脫硝是將廢氣中的NOx吸收固定于 吸收液中的方法，此類方法的投資和運行成本低，但需要解決兩方面的問題，一是工業廢氣 中的NOx主要是N0 ( -般占90 %以上），而N0極難溶于水，因此需要采取措施來解決N0的 溶解度問題；二是吸收過程中難免生成亞硝酸或亞硝酸鹽，而亞硝酸或亞硝酸鹽是劇毒性 物質，因此需要采取措施解決分離或處理問題。
[0007] 在適宜的氧化度（N02/N0摩爾比）下，用堿液可以完全吸收NOx。CN1768902A公開 了 "用過氧化氫、高錳酸鉀、亞氯酸鈉、次氯酸鈣、二氧化氯中的一種或幾種作為氧化劑，將 N0氧化后，再用堿液吸收"。研究發現，單一的過氧化氫溶液氧化N0效果并不理想，然而使 用多種氧化劑來氧化N0,必然使吸收液成分變得復雜，將難以進行后續的資源化利用。
[0008] CN 102188891 A公開了一種采用濃硝酸、堿液兩步吸收NOx的方法，該方法通過 消耗2mol的濃硝酸可以氧化lmol的N0得到3mol的N0 2，使NOx的氧化度提高，再用堿液 可以達到完全固定N0的效果。然而，如果用該方法處理主要含N0的大量工業廢氣，不僅 會消耗大量的硝酸，而且在中間過程中將生成近3倍于原含量的N0x，因此還會消耗大量的 堿。另外，該方法會生成大量的亞硝酸鹽，如何分離、利用或處理這些有毒的亞硝酸鹽成為 難題。
[0009] 現有文獻表明，采用過氧化氫/硝酸水溶液為吸收液的濕法脫硝方法中，效果比 較好的有兩種，一是采用高濃度硝酸/低濃度過氧化氫的水溶液吸收低氧化度的NOx，比 如USP 4341747中提及的方法；二是采用高濃度過氧化氫/低濃度硝酸的水溶液吸收低氧 化度的NOx，比如CN 102407068A中提及的方法。
[0010] 現有文獻表明，低濃度過氧化氫/低濃度硝酸的水溶液對低氧化度NOx的吸收 率很低，因此不適合處理主要含N0的工業廢氣，比如《Effect of Temperature on NOx Absorption into Nitric Acid Solutions Containing Hydrogen Peroxide》， Ind.Eng. Chem. Res. 1998, 37, 4418-4423。
[0011] 大量消耗的氮源對規模化養殖微藻而言是昂貴的，如果能將養殖微藻與工業廢氣 脫硝結合起來，一方面可以利用NOx為微藻生長提供氮肥，從而降低養殖微藻的成本；另一 方面又可以凈化廢氣、減少NOx的排放，產生更大環境效益。已有一些文獻公開了"將工業 廢氣直接通入微藻養殖器進行脫硝方法"，然而這些方法均存在以下難以解決的問題：①利 用微藻進行工業廢氣脫硝必須解決限制其商業化的一些問題，比如養殖微藻需要光照和溫 暖的氣候條件，而天氣變化必然導致微藻脫硝效率的變化，"直接通入工業廢氣"將難以匹 配廢氣排放工況與微藻養殖工況，造成兩段工藝互相影響，無法滿足實際生產的減排要求； ②一氧化氮（N0)是NOx的主要成分，而N0在水中的溶解度極低，因此"直接通入工業廢氣" 無法解決NOx中大量N0不溶于水而難以吸收的問題。
[0012] 通常，光能自養的效率小于30g. m2. d \室外大規模培養的效率一般低于10g. m2. d \以這樣的效率進行工業廢氣脫硝會占用大量的土地，因此有必要進一步提高微藻的養 殖效率。添加有機碳源進行異養培養或光能兼養是加速微藻生長的可行方法，然而在添加 有機碳源后，藻液極易遭受有害細菌的污染，導致細菌的生長顯著快于微藻的生長，從而導 致微藻養殖失敗。采用封閉的養殖體系并進行嚴格的滅菌可實現無菌狀態，然而對于大規 模養殖微藻而言，這種方法的成本過于昂貴。
[0013] 規模化養殖微藻需要大量的水，如果不對其進行循環利用，則會大大增加用水成 本。某些情況下，難以對養殖用水循環利用，比如用金屬鹽作為營養源時，循環養殖用水會 使金屬離子在養殖水體中累積，導致其鹽度不斷增加，而高鹽度通常對微藻的生長有明顯 的抑制作用。

【發明內容】

[0014] 本發明的第一個目的是提高微藻的養殖效率，特別是提高異養培養和光能兼養的 養殖效率。本發明的第二個目的是避免異養培養和光能兼養時的無菌操作。本發明的第三 個目的是將微藻養殖與工業廢氣脫硝有機地結合起來，既能夠利用N0X為微藻生長提供氮 源，又能避免因廢氣排放與微藻養殖工況不同而造成的相互影響。本發明的第四個目的是， 用硝酸/過氧化氫的水溶液對工業廢氣脫硝，以避免生成有毒的亞硝酸；同時提高該過程 的過氧化氫利用率。
[0015] 具體而言，本發明包括以下內容。
[0016] 1. -種養殖微藻的方法，養殖微藻的培養基中，氮源、磷源和碳源中的至少一種以 堿金屬營養鹽的形式提供，其特征在于；養殖過程中，用硝酸和/或亞硝酸調節藻液的pH 值。
[0017] 2.按照1所述的方法，其特征在于，養殖微藻的培養基中，氮源以堿金屬硝酸鹽和 /或堿金屬亞硝酸鹽的形式提供。
[0018] 3.按照1所述的方法，其特征在于，微藻的養殖方式為異養培養或光能兼養。
[0019] 4.按照3所述的方法，其特征在于，所使用的有機碳源選自糖、有機酸、有機酸鹽、 醇、纖維素水解物和與淀粉水解物中的至少一種；優選葡萄糖、果糖、乙酸、乙酸鈉、乳酸、乙 醇、甲醇和纖維素水解物中的至少一種，更優選葡萄糖。
[0020] 5.按照3所述的方法，其特征在于，所使用的有機碳源的濃度控制在lg/L藻液~ 30g/L藻液，優選控制在2g/L藻液~10g/L藻液。
[0021] 6.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，養殖方式為光能自養或光能兼養時， 光強為1000~200000勒克斯。
[0022] 7.按照1所述的方法，其特征在于，還包括從收獲的藻液中分離出微藻，并將分離 出微藻后獲得的養藻殘液循環用于養殖微藻的步驟。
[0023] 8.按照3所述的方法，其特征在于，養殖過程中，向藻液中加入EM菌（EM菌的加 入量為1 x 106個/L藻液~9 X 10 8個/L藻液，優選為1 X 10 7個/L藻液~5 X 10 8個/L藻 液）。
[0024] 9. -種養殖微藻和工業廢氣脫硝的聯合方法，包括以下步驟：
[0025] (1)養殖微藻的步驟；該步驟中，養殖微藻的培養基中，氮源、磷源和碳源中的至 少一種以堿金屬營養鹽的形式提供；
[0026] (2)將工業廢氣中的NOx轉化為硝酸和/或亞硝酸的步驟；
[0027] (3)用步驟（2)中獲得的硝酸和/或亞硝酸，調節步驟（1)中養殖過程的藻液pH 值。
[0028] 10.按照9所述的方法，其特征在于，步驟（1)的培養基中，氮源以堿金屬硝酸鹽和 /或堿金屬亞硝酸鹽的形式提供。
[0029] 11.按照9所述的方法，其特征在于，步驟（1)的養殖方式為異養培養或光能兼養。
[0030] 12.按照11所述的方法，其特征在于，所使用的有機碳源選自糖、有機酸、有機酸 鹽、醇、纖維素水解物和與淀粉水解物中的至少一種；優選葡萄糖、果糖、乙酸、乙酸鈉、乳 酸、乙醇、甲醇和纖維素水解物中的至少一種，更優選葡萄糖。
[0031] 13.按照11所述的方法，其特征在于，所使用的有機碳源的濃度控制在lg/L藻 液~30g/L藻液，優選控制在2g/L藻液~10g/L藻液。
[0032] 14.按照9所述的方法，其特征在于，步驟（1)的養殖方式為光能自養或光能兼養 時，光強為1000~200000勒克斯。
[0033] 15.按照9所述的方法，其特征在于，步驟（1)的養殖過程中，向藻液中加入EM菌 (EM菌的加入量為1 X 106個/L藻液~9 X 108個/L藻液，優選為1 X 10 7個/L藻液~5 X 108 個/L藻液）。
[0034] 16.按照9所述的方法，其特征在于，步驟（2)中，采用濕法脫硝將工業廢氣中的 NOx轉化為硝酸；濕法脫硝中的吸收液由0. 5m%~58m%的硝酸、0. 001m%~25m%的過氧 化氫和余量水組成。
[0035] 17.按照14所述的方法，其特征在于，吸收液由由10m%~25m%的硝酸、0. lm%~ lm %的過氧化氫和余量水組成。
[0036] 本發明取得了如下的技術效果。
[0037] 根據本發明，在養殖微藻的過程中，用硝酸和/或亞硝酸調節藻液的pH值，大大提 高了養殖微藻的效率。
[0038] 根據本發明，微藻養殖與工業廢氣脫硝是兩個相對獨立的過程，避免了因廢氣排 放與微藻養殖工況不同而造成的相互影響，避免了大量N0不溶于水而難以吸收的問題，不 需要額外的堿液就能利用工業廢氣中的NOx為微藻提供氮源，這使得本發明的方法養殖成 本更低。
[0039] 本發明避免了金屬離子的累積問題，使養殖水體得以循環利用。
[0040] 根據本發明，在藻液中加入EM菌，能夠有效地抑制有害細菌的繁殖，大幅度提高 微藻的生長速率。這一特點使本發明在異養培養或光能兼養時，不需要進行消毒滅菌，因此 使本發明具有更大的優勢。
[0041] 根據本發明，采用低濃度過氧化氫和低濃度硝酸的水溶液對工業廢氣脫硝，過氧 化氫的分解率更低、有效利用率很高。
[0042] 根據本發明，在對工業廢氣脫硝的同時生產稀硝酸，該稀硝酸中不含有毒的亞硝 酸，更有利于將其用作養殖微藻的氮源。
【附圖說明】
[0043] 圖1為小球藻生長曲線。
[0044] 圖2為螺旋藻生長曲線。 圖3為實施例6~9及對比例4的微藻生長曲線。 圖4為實施例10~13的微藻生長曲線。
【具體實施方式】
[0045] 以下詳細說明本發明的【具體實施方式】，但是需要指出的是，本發明的保護范圍不 受這些【具體實施方式】的限制，而是由權利要求書來確定。
[0046] 除非另有定義，本說明書所用的所有技術和科學術語都具有本領域技術人員常規 理解的含義。在有沖突的情況下，以本說明書的定義為準。
[0047] 在本說明書的上下文中，除了明確說明的內容之外，未提到的任何事宜或事項均 直接適用本領域已知的那些而無需進行任何改變。而且，本文描述的任何實施方式均可以 與本文描述的一種或多種其他實施方式自由結合，由此形成的技術方案或技術思想均視為 本發明原始公開或原始記載的一部分，而不應被視為是本文未曾披露或預期過的新內容， 除非本領域技術人員認為該結合明顯不合理。
[0048] 本發明所公開的所有特征可以任意組合，這些組合應被理解為本發明所公開的內 容，除非本領域技術人員認為該組合明顯不合理。本說明書所公開的數值點，不僅包括具體 公開的數值點，還包括各數值范圍的端點，這些數值點所任意組合的范圍都應被視為本發 明已公開或記載的范圍，不論本文中是否一一公開了這些數值對。
[0049]( 一）養殖微藻的方法
[0050] -種養殖微藻的方法，養殖微藻的培養基中，氮源、磷源和碳源中的至少一種以堿 金屬營養鹽的形式提供，其特征在于；養殖過程中，用硝酸和/或亞硝酸調節藻液的pH值。
[0051] 根據本發明，養殖方式可以是光能自養（在光照下，僅利用無機碳源比如0)2生 長）、異養培養（異養培養是指僅利用有機碳源生長）或光能兼養（光能兼養是指，在光照 下同時利用無機碳源比如〇) 2和有機碳源生長）。
[0052] 微藻生長需要必要的條件，比如適宜的溫度，充足的光照（光能自養或光能兼 養），足夠的水、〇) 2以及氮肥、磷肥等營養物質，調控藻液中的溶解氧、pH值在合適的范圍 內等。盡管對于不同的微藻，這些條件不盡相同，但這些都是本領域已知的。
[0053] -般而言，培養溫度為15~40°C，較佳的溫度為25~35°C;藻液pH值為6~11， 較佳的藻液pH值為7~9。光能自養或光能兼養時，光強為1000~200000勒克斯，較佳的 光強為5000~150000勒克斯。
[0054] 本發明對微藻的種類沒有限制。根據本發明，優選養殖那些適于產油的微藻，這樣 既可以獲得生物能源，又可以減排廢氣污染物。
[0055] 盡管異養培養或光能兼養會因使用有機碳源而增加部分養殖成本，但其養殖效率 也大為提高，使后續加工過程得以簡化，因此如果能夠避免無菌養殖，就能夠避免消耗大量 蒸汽對系統進行嚴格滅菌處理，從而大幅降低養殖成本。根據本發明，特別優選那些能異養 培養或光能兼養的微藻，比如小球藻、柵藻、螺旋藻或單針藻。令人驚訝的是，以異養培養或 光能兼養方式培養這些微藻時，只要加入一定數量的EM菌，即使不進行消毒滅菌，養殖也 會順利進行，微藻的生長速率大大加快，即使水源含有大量有害細菌和/或敞開養殖，結果 也是如此；而不加入EM菌時，異養培養或光能兼養通常會失敗。
[0056] 根據本發明，所述的異養培養或光能兼養中，優選不進行滅菌操作，也不加入殺菌 劑，而是加入EM菌。
[0057] 所述的EM菌（Effective Microorganisms)屬于現有技術，其主要由屬于光合菌 群、乳酸菌群、酵母菌群、革蘭氏陽性放線菌群、發酵系的絲狀菌群的幾十種微生物組成，是 一種市售的活菌制劑。所述的EM菌既可根據已有知識自行配制，也可以通過商購獲得，使 用前需根據已有知識或商購制劑的說明進行發酵。
[0058] 根據本發明，EM菌的用量應滿足加速微藻生長的需要，既不能因用量過少而不起 作用，又不能因用量過大而與微藻競爭消耗過多的營養物質。任何EM菌的加入方式（比如 一次性加入或分多次加入）及任何的EM菌用量都是可用的，只要能滿足加速微藻生長的需 要。
[0059] 根據本發明，EM菌的加入量優選為1 X 106個/L藻液~9 X 10 8個/L藻液；更優選 為1 X 107個/L藻液~5 X 10 8個/L藻液。
[0060] 根據本發明，進行異養培養或光能兼養時，可用的有機碳源包括但不限于糖、有機 酸、有機酸鹽、醇、纖維素水解物和淀粉水解物中的至少一種；比如可選自葡萄糖、果糖、乙 酸、乙酸鈉、乳酸、乙醇、甲醇和纖維素水解物中的至少一種，較佳的選擇是葡萄糖。
[0061] 根據微藻生物量的增長情況以及培養液中營養物質的消耗情況，需要及時補充不 足的營養物質。根據本發明，任何補加營養物質的方式都是可用的，比如分段補加或連續補 加，只要能將營養物質的量控制在合適的范圍內即可。
[0062] 根據本發明，進行異養培養或光能兼養時，一般將有機碳源的濃度控制在lg/L藻 液~30g/L藻液，優選控制在2g/L藻液~lOg/L藻液。有機碳源可以一次性加入，也可以 分多次加入。
[0063] 根據本發明，所述堿金屬營養鹽中，金屬離子為鈉和/或鉀。
[0064] 根據本發明，所述的氮源優選為堿金屬硝酸鹽和/或堿金屬亞硝酸鹽。
[0065] 根據本發明，所述的磷源優選為堿金屬磷酸鹽和/或堿金屬磷酸氫鹽。
[0066] 根據本發明，所述碳源的一部分可以為堿金屬碳酸鹽和/或堿金屬碳酸氫鹽。
[0067] 根據本發明，采用光能自養時，全部或大部分的碳源以C02的形式提供。
[0068] 根據本發明，所述的氮源、磷源、碳源的用量按現有已知的技術提供，比如以氮原 子計，氮源的用量為〇. 1~400mmol/L，優選為10~300mmol/L，更進一步優選為20~ 200mmol/L〇
[0069] 根據本發明，還包括從收獲的藻液中分尚出微藻，并將分尚出微藻后獲得的養藻 殘液循環用于養殖微藻的步驟。
[0070] (二）養殖微藻與工業廢氣脫硝聯合的方法
[0071] -種養殖微藻和工業廢氣脫硝的聯合方法，包括以下步驟：
[0072] (1)養殖微藻的步驟；該步驟中，養殖微藻的培養基中，氮源、磷源和碳源中的至 少一種以堿金屬營養鹽的形式提供；
[0073] (2)將工業廢氣中的NOx轉化為硝酸和/或亞硝酸的步驟；
[0074] (3)用步驟（2)中獲得的硝酸和/或亞硝酸，調節步驟（1)中養殖過程的藻液pH 值。
[0075] 步驟（1)的內容與前述養殖微藻的方法相同，本發明不再贅述。
[0076] 根據本發明，對工業廢氣中的NOx含量沒有特別的限制。一般而言，工業廢氣中的 NOx含量在幾百ppm (體積）至幾千ppm不等，比如在lOOppm至5000ppm之間。
[0077] 根據本發明，所述的工業廢氣中，以NOx的總量計，N0所占的摩爾分數多80% ;進 一步地，所述的工業廢氣中，以NOx的總量計，N0所占的摩爾分數彡90%。
[0078] 根據本發明，步驟（2)可采用任何已有的方法將工業廢氣中的NOx轉化為硝酸和 /或亞硝酸。
[0079] 有些微藻不能夠代謝N02，當養殖這些微藻時，需要選擇適當的固定NOx的方法， 以使NOx大部分或全部轉化為N0 3。根據本發明，已知適當的方法都是可用的，比如以硝酸 /雙氧水為吸收劑的氧化吸收法。
[0080] 根據本發明，優選養殖那些能同時代謝N03和N02的微藻，比如本發明篩選出的 小球藻、單針藻、柵藻或螺旋藻，此時不存在轉化N0 2的問題。
[0081] 根據本發明，步驟（2)中，優選采用濕法脫硝將工業廢氣中的NOx轉化為硝酸；濕 法脫硝中的吸收液由0. 5m%~58m%的硝酸、0. 001m%~25m%的過氧化氫和余量水組成。
[0082] 本發明人研究發現，盡管采用高濃度硝酸/低濃度過氧化氫的水溶液或高濃度過 氧化氫/低濃度硝酸的水溶液，都能夠有效吸收低氧化度的N0x，然而這兩種方法均存在過 氧化氫分解較快、損耗較大的缺陷。在低濃度過氧化氫/低濃度硝酸的水溶液中，過氧化氫 的分解較慢，然而低濃度過氧化氫/低濃度硝酸的水溶液對低氧化度NOx的吸收活性很低。 本發明人經過深入研究意外發現，盡管在初始階段，低濃度過氧化氫/低濃度硝酸的水溶 液對低氧化度NOx的吸收活性很低，但隨著時間的延長，該水溶液對低氧化度NOx的吸收活 性緩慢升高，經過一段時間后，該水溶液對低氧化度NOx的吸收活性進入高水平的穩定期。
[0083] 根據本發明，前述的濕法脫硝中，所述吸收液優選由10m%~25m%的硝酸、 0. lm%~lm%的過氧化氫和余量水組成；更優選由10m%~25m%的硝酸、0. 2m%~lm%的 過氧化氫和余量水組成。如前所述，該組成的吸收液初始脫硝活性很低，必須經過一個活化 的步驟，才能滿足對工業廢氣脫硝的要求。該活化步驟包括：將由l〇m%~25m%的硝酸、 0. lm%~lm%的過氧化氫和余量水組成的溶液與含NOx的氣體接觸，當所述溶液的脫硝活 性不再持續上升時，即完成活化步驟；所述含NOx的氣體中，以NOx的總量計，N0所占的摩 爾分數多80%。所述用于活化吸收液的含NOx的氣體，可以為所述的工業廢氣。
[0084] 根據本發明，前述的濕法脫硝中，脫硝溫度可以為-10°C~40°C，脫硝壓力可以為 0? IMpa~IMpa ;優選的脫硝溫度和壓力為常溫（10°C~40°C )和常壓。
[0085] 根據本發明，對前述濕法脫硝中工業廢氣與活性吸收液的接觸方式沒有特別的限 制，比如可采用下述的（A)、（B)、（C)之一或其任意的組合：
[0086] (A)工業廢氣以氣泡形態分散在吸收液中；
[0087] (B)吸收液以液滴狀分散在工業廢氣中；
[0088] (C)液體以膜狀運動與工業廢氣進行接觸。
[0089] 優選的情況下，采用上述的（A)方式。
[0090] 根據本發明，所述的濕法脫硝中，可采用一個吸收塔或多個串聯的吸收塔；優選采 用一個吸收塔或2~3個串聯的吸收塔。本發明對吸收塔的類型沒有特別的限制，比如可 采用下述之一或其任意的組合：板式吸收塔、鼓泡吸收塔、攪拌鼓泡吸收塔、將吸收液以液 滴狀分散在氣相中的噴霧塔、填料吸收塔和降膜吸收塔；優選采用鼓泡吸收塔或攪拌鼓泡 吸收塔。
[0091] 本發明中，所述的脫硝活性是指處理后工業廢氣的NOx含量占處理前工業廢氣的 NOx含量的摩爾分數。
[0092] 下面通過實施例詳細說明本發明。
[0093] 藻液光密度值（(?_值）測定：光密度值用分光光度計測定，以蒸餾水作對照，測 定藻液在波長680nm處的吸光值，作為微藻濃度的指標。
[0094] 溶液氮含量的測定：采用ICS3000型離子色譜儀（美國Dionex公司）測定水溶液 中的N〇r含量或者N0 2含量，儀器配有EG40淋洗液自動發生器、電導檢測器和變色龍色譜 工作站；IonPac AS11-HC 型分離柱（25〇mmX4mmi. d.) ;IonPac AG11 型保護柱（5〇mmX4mm 1. d.) ;ASRS-ULTRA陰離子自身抑制器。淋洗液：K0H溶液；流速為lmL/min ;淋洗液濃度： 30mmol/L ;進樣量為60 y L ;柱溫為30°C ;抑制電流100mA ;外標法峰面積定量。
[0095] 細菌計數：按以下步驟進行細菌計數
[0096] 1.樣品洗滌：吸取1ml樣品，用1 XPBS洗滌2-3次；2.初步分離：根據藻類和細 菌離心力的不同，首先用lOOOrpm離心2min，初步分離藻類（細菌在上清液中，藻類呈沉 淀）；如果藻類含量較高時，再次重復；3.收集上清，此時上清中的藻類數量可忽略不計， 8000rpm離心5min，棄上清；4.用500ul細菌破膜劑重懸沉淀，室溫反應15min ;5. 8000rpm 離心5min，用1XPBS洗滌2次菌液；6.加入100ul 1XPBS重懸菌體，加入5ul PI染液母 液，室溫反應30min ;7.熒光顯微鏡下觀察細菌并計數，4個大方格內細菌數量最高為1000 個，大于1000個時，稀釋菌液一定倍數重新計數；8.計算公式：
[0097] 所測溶液中細菌密度=計數結果/4X稀釋倍數X4X 104個/ml
[0098] 主要試劑耗材：
[0100] 主要儀器：
[0101]
[0102] 微藻的培養基：培養基成分見表1~表7。
[0103] 表1培養基BG11
[0104]
[0105]
[0106] 表2微量元素A5
[0107]
[0108] 表3Z氏培養基
[0109]
[0110]
[0111] 表4微量兀素A5
[0112]
[0113] 表5微量兀素A6
[0114]
[0115] 表6異養培養基
[0118] 表7微量元素
[0119]

[0120] EM菌：實施例中所用的益生菌為康源綠洲生物科技有限公司生產的如金益生菌， 使用前按其說明進行激活處理，PH〈4。
[0121] 對比例1
[0122] 本對比例用于說明用低濃度NH4HC03培養小球藻的效果。
[0123] 采用BG11培養基（表1和2)培養小球藻（中科院水生生物研究所提供），將BG11 培養基中的氮源改為NH 4HC03，氮源濃度為3. 3mmol/L，該氮源濃度遠低于BG11培養基中的 氮源濃度（17. 6mmol/L)。藻種起始濃度0D_為0. 5,通入壓縮空氣培養，控制溫度為20~ 30°C之間。培養過程中采用自然日光培養，白天光照強度最高可達600001UX。其生長曲線 見圖1。
[0124] 對比例2
[0125] 本對比例用于說明用低濃度NaN03培養小球藻的效果。
[0126] 與對比例1的不同之處僅在于：將培養基中的氮源改為NaN03。每天檢測藻液的 〇D_值，其生長曲線見圖1。
[0127] 對比例3
[0128] 本對比例用于說明用極高濃度NaN03培養小球藻的效果。
[0129] 與對比例1的不同之處在于：將培養基中的氮源改為NaN03，氮源濃度增加至 176mmol/L，該氮源濃度遠高于BG11培養基中的氮源濃度（17. 6mmol/L)。每天檢測藻液的 〇D_值，其生長曲線見圖1。
[0130] 實施例1
[0131] 本實施例用于說明本發明在自養培養小球藻時的效果。
[0132] 本實施例與對比例1的不同之處僅在于：氮源及其濃度仍采用BG11培養基的配 方，培養后期當pH值高于10時，補充硝酸將pH調整在合適的范圍內，每天檢測藻液的0D_ 值，其生長曲線見圖1。
[0133] 實施例2
[0134] 本實施例用于說明本發明在自養培養螺旋藻時的效果。
[0135] 采用Z氏培養基（表3、4和5)養殖螺旋藻（中科院水生生物研究所提供），藻 種起始濃度〇D 6S。為0. 3,通入壓縮空氣培養，控制溫度為20~30°C之間，當pH值高于10. 5 時，補充硝酸將pH調整在合適的范圍內。培養過程中采用自然日光培養，白天光照強度最 高可達600001UX。每天檢測藻液的0D_值，其生長曲線見圖2。
[0136] 實施例3
[0137] 本實施例用于說明本發明在兼養培養小球藻時的效果（不進行滅菌操作）。
[0138] 本實施例與同對比例1的不同之處僅在于：米用小球藻異養培養基（表6和7)， 培養過程中每三天添加2g/L葡萄糖和0. 5ml/L已發酵的EM菌液，當pH值高于10時，補充 硝酸將pH調整在合適的范圍內。每天檢測藻液的0D6S。值，其生長曲線見圖1。
[0139] 實施例4
[0140] 本實施例用于說明本發明在兼養培養螺旋藻時的效果（不進行滅菌操作）。
[0141] 本實施例與實施例2的不同之處僅在于：培養過程中，每三天添加2g/L葡萄糖和 0. 5ml/L已發酵的EM菌液，當pH值高于10. 5時，補充硝酸將pH調整在合適的范圍內。每 天檢測藻液的〇D6S。值，其生長曲線見圖2。
[0142] 實施例5
[0143] 本實施例用于說明本發明在無菌異養培養小球藻時的效果。
[0144] 小球藻與對比例1相同，米用小球藻異養培養基（表6和7)進行異養培養，藻種 起始濃度〇D_為0. 5,通入壓縮空氣，在無菌、無光狀態下培養，控制溫度為20~30°C之間。 當葡萄糖消耗殆盡時及時添加葡萄糖l〇g/L ;當pH值高于10時，補充硝酸將pH調整在合 適的范圍內。每天檢測藻液的〇D6S。值，其生長曲線見圖1。
[0145] 由圖1~2可見，采用本發明的方法，能提高微藻的生長效率。如果在養殖初期大 量添加硝酸鹽，則高濃度硝酸鹽并不會顯著促進微藻的生長。
[0146] 實施例6~13用于說明"在大量添加有機碳源的情況下，EM菌對微藻代謝無機氮 源的影響"。
[0147] 實施例6
[0148] 首先米用BG11培養基（按表1、2添加營養成分，培養液不進行滅菌處理）培養小 球藻（來自中國石化微藻藻種庫，編號Chlorella sp. RIPP-1);當0D_值為4時，按表3規 定量補加一次異養培養基營養成分。控制溫度為20~30°C之間，通入壓縮空氣與C0 2培養， 當藻液PH>10時通入C02，當藻液PH〈7. 5時停止通入C02。培養過程中采用自然日光培養， 白天光照強度最高可達60000勒克斯，添加2g/L的葡萄糖，并按2. 9 X 107個/L藻液的量 添加EM菌，每天檢測藻液的0D6S。值；培養1天后再次加入10g/L的葡萄糖，并按3. 6X 10 7 個/L藻液補加EM菌；培養至第5天時再次補加葡萄糖10g/L，養殖過程中監測藻液的細菌 計數最高為9. 7 X 106個/mL藻液，連續培養8天后收獲，最后一次加入葡萄糖后停止通入 C02，結束養殖時藻液PH值為8. 6,尚心分尚得到藻泥與養藻殘液。分析養藻殘液中的N03 與NO廠的總含量〈10 y g/g。微藻的生長曲線見圖3。
[0149] 實施例7
[0150] 本實施例與實施例6的區別僅在于：培養微藻為單針藻（來自中國石化微藻藻種 庫，編號Monoraphidium dybowskii. RIPP-50)。養殖過程中監測藻液的細菌計數最高達到 了 4. 6 X 107個/mL藻液，測得培養結束時藻液的pH自然升高到8. 2,分析養藻殘液中的 N0廠與N0廠的總含量〈200 y g/g。微藻的生長曲線見圖3。
[0151] 實施例8
[0152] 本實施例與實施例6的區別僅在于以下方面：第一次的EM菌添加量為7. 9X107 個/L藻液，不添加第二次的EM菌；并且第二次添加的葡萄糖量為30g/L，不添加第三次葡 萄糖。養殖過程中監測藻液的細菌計數最高為2. 6 X 107個/mL藻液，測得培養結束時藻液 的pH自然升高到8. 2,分析養藻殘液中的N0廠與N0廠的總含量〈10 y g/g。微藻的生長曲 線見圖3。
[0153] 實施例9
[0154] 本實施例與實施例8的區別僅在于：培養微藻為單針藻（來自中國石化微藻藻種 庫，編號Monoraphidium dybowskii. RIPP-50)。養殖過程中監測藻液的細菌計數最高達到 了 5. 2X 107個/mL藻液，測得培養結束時藻液的pH自然升高到7. 8,分析養藻殘液中的N03_ 與NO廠的總含量〈200 y g/g。微藻的生長曲線見圖3。
[0155] 對比例4
[0156] 本對比例與實施例6的區別僅在于：不添加EM菌。監測培養過程中藻液細菌計數 最高為13. 6X 10s個/mL藻液，測得培養結束時藻液的pH自然升高到7. 2。微藻的生長曲 線見圖3。
[0157] 從圖3中可見，添加EM菌大大促進了微藻的生長并迅速消耗了無機氮源。
[0158] 實施例10
[0159] 首先米用BG11培養基（按表1、2添加營養成分，培養液不進行滅菌處理）培養 小球藻；當0D 6S。值為4時，按表3規定量補加一次異養培養基營養成分。控制溫度為20~ 30°C之間，通入壓縮空氣與C0 2培養，當藻液PH>10時通入C0 2，當藻液PH〈7. 5時停止通入 C02。培養過程中采用自然日光培養，白天光照強度最高可達60000勒克斯，小球藻接種后 首先在光照自養條件下培養2天，然后添加2g/L的葡萄糖，并按1. 8 X 10s個/L藻液的量添 加EM菌，每天檢測藻液的0D_值；培養3天后再次加入10g/L的葡萄糖，并按1. 8X10 8個 /L藻液補加EM菌；培養2天后再次補加葡萄糖10g/L，養殖過程中監測藻液的細菌計數最 高為2. 9 X 107個/mL藻液，連續培養14天后收獲，最后一次加入葡萄糖后停止通入C0 2，結 束養殖時藻液PH值為9. 2,尚心分尚得到藻泥與養藻殘液。分析養藻殘液中的N03與N02 的總含量〈10 yg/g。微藻的生長曲線見圖4。
[0160] 實施例11
[0161] 本實施例與實施例10的區別僅在于以下方面：不添加第二次的EM菌；并且第二 次添加的葡萄糖量為30g/L，不添加第三次葡萄糖。養殖過程中監測藻液的細菌計數最高為 2. 9X 107個/mL藻液，測得培養結束時藻液的pH自然升高到9. 3,分析養藻殘液中的N0 3_ 與N0廠的總含量〈10 y g/g。微藻的生長曲線見圖4。
[0162] 實施例12
[0163] 本實施例與實施例10的區別僅在于：BG11培養基中NaN03替換為KN0 3，并且KN03 添加量為〇. 5g/L。養殖過程中監測藻液的細菌計數最高為1. 3 X 107個/mL藻液，測得結束 養殖時藻液的PH值為9. 4,分析養藻殘液中的N03_與N02_的總含量〈10 y g/g。微藻的生 長曲線見圖4。
[0164] 實施例13
[0165] 本實施例與實施例11的區別僅在于：BG11培養基中的NaN03替換為KN0 3，并且 1^03添加量為0. 5g/L。養殖過程中監測藻液的細菌計數最高為1. 7 X 10 7個/mL藻液，測得 結束養殖時藻液的PH值為9. 3,分析養藻殘液
[0166] 中的勵3_與N0廠的總含量〈10yg/g。微藻的生長曲線見圖4。
[0167] 從圖4中可見，以硝酸鉀或硝酸鈉作為氮源，添加EM菌均促進了微藻的生長。
[0168] 實施例14
[0169] 本實施例用于說明硝酸或H202濃度變化對過氧化氫分解速率的影響。
[0170] 配制不同濃度的硝酸/H202水溶液，10天后測定H 202的濃度，計算不同濃度的硝酸 /H202水溶液中的H 202分解率，計算結果見表8。（用GB1616-2003的方法測定過氧化氫濃 度）
[0171] 表 8
[0172]
[0173] 表8可見，不論提高硝酸濃度，還是提高過氧化氫濃度，都導致過氧化氫的損耗顯 著增加。
[0174] 實施例15
[0175] 本實施例用于說明本發明對低濃度NOx的脫硝效果。
[0176] 模擬廢氣用NO、N02和氮氣配制，N0的濃度為500ppm (體積），N0 2的濃度為 20ppm(體積）。吸收液由15m%的硝酸、0. 4m%的過氧化氫和余量水組成。吸收裝置采用 玻璃塔，玻璃塔直徑為100mm，高為700mm ;在玻璃塔的底部設有篩板，篩板孔徑為16 y m~ 30 ym ;塔內裝有3000ml吸收液；模擬廢氣的流速為150L/h ;試驗在常溫、常壓下進行。試 驗結果見表9。（用GB/T14642-2009的方法測定，發現試驗后的吸收液中無亞硝酸根）
[0177] 表 9
[0179] 表9可見，在脫硝初始階段，吸收液的脫硝活性很低，隨時間增加，吸收液脫硝活 性緩慢持續增加，16小時后吸收液的脫硝活性進入穩定期，此時的脫硝率達到90%以上。
[0180] 實施例16
[0181] 本實施例用于說明本發明對低濃度NOx的脫硝效果。
[0182] 本實施例與實施例15的不同之處僅在于：過氧化氫的濃度為lm%，硝酸的濃度為 25m%。試驗結果見表10。（用GB/T14642-2009的方法測定，發現試驗后的吸收液中無亞 硝酸根）
[0183] 表 10
[0185] 實施例17
[0186] 本實施例用于說明，本發明采用單塔時對高濃度NOx的脫硝效果。
[0187] 本實施例與實施例15的不同之處僅在于：過氧化氫的濃度為0. 3m%，硝酸的濃 度為15m% ;模擬廢氣中，N0的濃度為3200ppm(體積），勵2的濃度為lOOppm(體積）。試 驗結果見表11。（用GB/T14642-2009的方法測定，發現試驗后的吸收液中無亞硝酸根）
[0188] 表 11
[0190] 實施例18
[0191] 本實施例用于說明采用高濃度H202時的脫硝效果。
[0192] 本實施例與實施例15的不同之處僅在于：過氧化氫的濃度為2. 5m%，硝酸的濃度 為15m%。試驗結果見表12。
[0193] 表 12
[0195] 實施例19
[0196] 本對比例用于說明采用高濃度硝酸時的脫硝效果。
[0197] 本對比例與實施例15的不同之處僅在于：過氧化氫的濃度為0. 4m%，硝酸的濃度 為35m%。試驗結果見表13。用GB/T14642-2009的方法測定，發現試驗后的吸收液中無亞 硝酸根。
[0198] 表 13
【主權項】
1. 一種養殖微藻的方法，養殖微藻的培養基中，氮源、磷源和碳源中的至少一種以堿金 屬營養鹽的形式提供；其特征在于，養殖過程中，用硝酸和/或亞硝酸調節藻液的pH值。2. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于，所述養殖微藻的培養基中，氮源以堿金屬 硝酸鹽和/或堿金屬亞硝酸鹽的形式提供。3. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于，微藻的養殖方式為異養培養或光能兼養。4. 按照權利要求3所述的方法，其特征在于，所使用的有機碳源選自糖、有機酸、有機 酸鹽、醇、纖維素水解物和與淀粉水解物中的至少一種。5. 按照權利要求3所述的方法，其特征在于，所使用的有機碳源的濃度控制在lg/L藻 液~30g/L藻液。6. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于，養殖方式為光能自養或光能兼養時，光強 為1000~200000勒克斯。7. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括從收獲的藻液中分離出微藻，并將 分離出微藻后獲得的養藻殘液循環用于養殖微藻的步驟。8. 按照權利要求3所述的方法，其特征在于，養殖過程中，向藻液中加入EM菌。9. 一種養殖微藻和工業廢氣脫硝的聯合方法，包括以下步驟： (1) 養殖微藻的步驟；該步驟中，養殖微藻的培養基中，氮源、磷源和碳源中的至少一 種以堿金屬營養鹽的形式提供； (2) 將工業廢氣中的NOx轉化為硝酸和/或亞硝酸的步驟； (3) 用步驟（2)中獲得的硝酸和/或亞硝酸，調節步驟（1)中養殖過程的藻液pH值。10. 按照權利要求9所述的方法，其特征在于，所述步驟（1)的培養基中，氮源以堿金屬 硝酸鹽和/或堿金屬亞硝酸鹽的形式提供。11. 按照權利要求9所述的方法，其特征在于，步驟（1)的養殖方式為異養培養或光能 兼養。12. 按照權利要求11所述的方法，其特征在于，所使用的有機碳源選自糖、有機酸、有 機酸鹽、醇、纖維素水解物和與淀粉水解物中的至少一種。13. 按照權利要求11所述的方法，其特征在于，所使用的有機碳源的濃度控制在lg/L 藻液~30g/L藻液。14. 按照權利要求9所述的方法，其特征在于，步驟（1)的養殖方式為光能自養或光能 兼養時，光強為1000~200000勒克斯。15. 按照權利要求9所述的方法，其特征在于，步驟（1)的養殖過程中，向藻液中加入 EM菌。16. 按照權利要求9所述的方法，其特征在于，步驟（2)中，采用濕法脫硝將工業廢氣中 的NOx轉化為硝酸；濕法脫硝中的吸收液由0. 5m%~58m%的硝酸、0. 001m%~25m%的過 氧化氫和余量水組成。17. 按照權利要求14所述的方法，其特征在于，吸收液由由10m%~25m%的硝酸、 0. lm%~lm%的過氧化氫和余量水組成。
【文檔編號】B01D53/56GK106032521SQ201510113349
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月16日
【發明人】榮峻峰, 朱俊英, 周旭華, 紀洪波
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院