细菌对城市污水中小球藻生长和油脂积累的影响

利用城市污水培养微藻,可在实现污水无害化处理的同时,培养微藻回收生物质能源.污水为微藻的培养提供氮、磷等营养组分和所需水源,同时污水中的细菌可分解污水中的有机物产生CO_2,为微藻提供生长所需碳源.菌藻混合培养既可以收获藻类,又可以净化污水,由于城市污水含有大量的原生菌类,且微藻与细菌之间存在着互生、拮抗等复杂的相互关系,因此,需要筛选出既能够适应于城市污水又能促进微藻生长和油脂积累的优势菌种.本文从不同来源的13种细菌中筛选出2种能够显著促进蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生长和油脂积累细菌,并分析了微藻培养结束后城市污水的菌群结构.结果表明:污水中光合细菌初始吸光度D600为0.01,W4菌初始吸光度D_(600)为0.02时,对小球藻的干重和油脂产量促进作用最显著,油脂产量分别可达0.114 g·L~(-1)、0.113 g·L~(-1),油脂产量比空白对照组分别提高了22.58%、21.50%.通过对生成的脂肪酸甲酯进行气相色谱分析,结果显示光合细菌和W4菌的添加并未改变小球藻脂肪酸成分,但提升了单不饱和脂肪酸的含量,有利于提升所得生物柴油的品位.培养结束后污水的菌群结构分析显示投加细菌会降低污水中菌群的丰富度和多样性,初步判断是投加的菌在藻液中能够成为优势菌群,且实验组中丛毛单胞菌属(Comamonas)和假单胞菌属(Pseudomonas)的丰度大于对照组.     

15株微藻对猪场养殖污水中氮磷的净化及其细胞营养分析

在实验室条件下调查了15株淡水微藻在猪场养殖污水中的生长性能、细胞组成及各微藻对污水中氮磷的去除效果.结果表明:15株微藻均可有效降低猪场养殖污水中的氮磷含量,但不同藻株对污水中不同形态氮的去除效果差异明显.多棘栅藻(Scenedesmus spinosus)SHOUF7、多棘栅藻(S.spinosus)SHOU-F8和四尾栅藻(S.quadricanda)SHOU-F35去除总氮效果最佳.多棘栅藻SHOU-F7、多棘栅藻SHOU-F8和斜生栅藻(S.obliquus)SHOU-F21去除硝态氮效果最好,最大去除率可达到100%.椭圆小球藻(Chlorella ellipsoidea)SHOU-F3、单生卵囊藻(Oocystis solitaria)SHOU-F5和四球藻(Tetrachlorella alternans)SHOU-F24去除氨态氮效果最好,最大去除率为97.82%.各株微藻对污水中总磷的去除率均很高,可达91.00%以上.利用猪场养殖污水培养的各株微藻细胞蛋白含量及脂肪酸组成差异显著,蛋白含量最高的为椭圆小球藻(Ch.ellipsoidea)SHOU-F3(43.90%),含量最低的为多棘栅藻SHOU-F8(23.87%);16∶0和18∶3n3在各株微藻中含量均较丰富.多棘栅藻SHOU-F7、多棘栅藻SHOU-F8、淡水小球藻(Chlorella sp.)SHOU-F19和针形纤维藻(A.acicularis)SHOU-F120的脂肪酸甲酯的理论烷基值超过47.因此,多棘栅藻SHOU-F7、多棘栅藻SHOU-F8和四尾栅藻SHOU-F35是净化猪场养殖污水的优良藻株,其中,多棘栅藻SHOU-F8是猪场养殖污水净化耦合微藻生物柴油生产的合适藻株.     

利用城市生活废水培养栅藻以生产生物柴油的研究

鉴于采用废水进行微藻培养并生产生物柴油可以有效节省微藻培养成本,甚至会带来额外的经济收益,该研究选取了自行筛选分离的产油微藻斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)和四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda),对其在上海市4家城市污水处理厂进出水共7个水样中的生长性能和氮磷利用率进行了检测。结果显示,批式培养试验中2种栅藻能较好地适应其中6个水样并保持正常生长状态,且优势度均在98%以上。6 d内微藻对氨氮、总氮和总磷的去除率分别为96%~100%、81%~96%、76%~99%,显示出较好的氮磷利用能力。但在对数生长期内2种微藻均不积累油脂,实际运行中需要另加油脂积累环节。半连续式培养研究结果表明,在每2 d换水1次,每次200 mL的换水周期中,南汇城市污水厂的进水能使四尾栅藻及斜生栅藻的生长速度基本稳定在0.20和0.28 g/(L·d)左右,藻种优势度保持在90%左右。研究结果显示,在合适的培养条件下,利用未处理污水培养产油藻以连续运行是可行的,但污水培养的关键问题将是在水力停留时间和微藻停留时间之间找到合适的平衡点,而经济有效的微藻采收回流手段及优势藻种控制技术将是今后的研究重点。     

不同营养模式下固定化斜生栅藻和普通小球藻氨氮去除能力对比分析

微藻培养耦合污水处理是一项极具潜力的绿色生物技术,具有污染物减排和资源化的双重效应.为明确不同微藻固定化后对NH₄+-N去除的差异及优势,以斜生栅藻和普通小球藻为研究对象,以自由生长为对照,通过5 d的批次培养试验对比分析了2种固定化微藻不同营养模式下对NH₄+-N污水的适应性及其生长特性.结果表明:①对比自由生长,固定化生长可有效提升斜生栅藻在自养和异养模式下的NH₄+-N去除能力,2种模式下最大去除率分别为98%和53%,而在混养模式下,最大去除率则从100%降至86%.②固定化生长对普通小球藻NH₄+-N去除率的提升较弱,仅在自养模式下发挥正效应,最大去除率可升至37%,在混养模式下,其自由生长优势强于固定化生长,当C/N为10时,NH₄+-N第4天即可完全去除.③固定化生长并未改变混养模式下2种微藻生长对ρ(COD_Cr)的依赖性,而该效应在异养模式下并不明显.④除自养模式外,固定化生长均略低于自由生长,并且普通小球藻的生长速率也显著高于斜生栅藻.研究显示,斜生栅藻单个细胞对NH₄+-N的去除能力优于普通小球藻单个细胞,斜生栅藻污水培养的适应性更强,并且固定化自养模式最佳,而普通小球藻固定化优势微弱.      

离子注入突变藻株在城市污水中的产油特性

考察了蛋白核小球藻出发株及其离子注入突变株在实际城市污水中的生长情况和产脂性能,以及对污染物的去除能力.结果表明,突变藻株在污水中油脂产率为32.5mg/(L·d),相比于出发株分别显著提高了23.81%(P0.05).通过对生成的脂肪酸甲酯进行气相色谱分析,结果显示离子注入诱变并未改变小球藻脂肪酸成分,但提升了单不饱和脂肪酸的含量,有利于改善所得生物柴油的品质.培养结束后出水水质可达到一级A排放标准,相较于出发株,突变株对污水中污染物具有更好的降解效果.利用扫描电镜观察可以发现出发株和突变株藻细胞形态差异较小,元素含量分析发现突变株H/C值相比出发株有所下降,系统发育树构建说明突变株与出发株属于同种变异.     

细菌对城市污水中斜生栅藻生长与产脂的影响

研究并分析了EM菌和LAS菌对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)生长和油脂积累的促进作用.结果表明:添加上述2种细菌对城市污水中斜生栅藻的干重和油脂产量有显著的促进作用,其油脂产量分别提高了36.2%和21.5%.通过对生成的脂肪酸甲酯进行气相色谱分析,结果显示EM菌的添加提升了斜生栅藻单不饱和脂肪酸的含量,有利于提升所得生物柴油的质量.培养结束后污水的菌群结构分析显示投加细菌会增加污水中菌群的丰富度和多样性,且相比于对照组,加菌后的试验组中?-Proteobacteria、?-Proteobacteria丰度有所提高,而拟杆菌门(Bacteroidetes)丰度有所降低.     

薄荷提取物对3株微藻生长特性的影响

薄荷中含有不同的化感物质,其化感作用可能抑制或促进微藻生长,达到对水华微藻或商业微藻的调控作用。该研究以铜绿微囊藻、蛋白核小球藻和栅藻为受试藻种,探究了薄荷提取物对铜绿微囊藻、蛋白核小球藻和栅藻生长特性的影响。发现薄荷提取物对铜绿微囊藻(蓝藻)的生长具有抑制作用,其抑制率最大可达97%,而对蛋白核小球藻和栅藻(均为绿藻)的生长具有一定的促进作用,最大促进率可分别达552%和176%,两株受试绿藻的干重最大增加0.60 g/L和0.62 g/L。可见,薄荷提取物对不同藻种的生长特性影响不同,通过添加薄荷提取物控制微藻生长,达到对不同藻种的调控作用。     

再生水补充景观水体中藻类的生长比较

以太原市污水净化二厂二级出水作为景观水体补水水源,比较了以再生水为培养基的小球藻、斜生栅藻、鱼腥藻和针杆藻的生长情况,利用Logistic对数形式模型拟合了藻类在纯培养和共培养条件下的生长曲线.结果表明,在纯培养和共培养条件下,4种藻类的生长情况均为小球藻>斜生栅藻>鱼腥藻>针杆藻.其中,针杆藻的竞争能力较差;鱼腥藻虽然有较强的增殖能力,但并不处于优势地位;斜生栅藻能与小球藻形成竞争,较适宜在该水质条件下生长;小球藻具有较强的竞争优势,为该水质条件下的优势藻种.以污水二厂二级出水为景观水体补水时,应重点防止绿藻尤其小球藻的过度生长.      

放射性废水处理中吸附铀的优势藻种筛选

随着核工业的发展,含铀放射性废水的产生量越来越大,必须进行妥善处理与处置.微藻吸附技术是近年来放射性废水处理领域的研究热点,而获得吸附铀的优势藻种则是该技术得以研究和应用的基础.从工程应用的角度出发确定了筛选原则,并针对11株备选藻种进行了优势藻种筛选工作.栅藻LX1对铀的吸附容量最大,为40.7 mg·g~(-1);在m BG11培养基(模拟城镇污水处理厂污染物排放一级A标准的氮磷浓度限值)中的生物质产量较高,为0.32 g·L~(-1);生长进入稳定期后的沉降性能较好,沉降率为45.3%.综上,在本研究范围内,栅藻LX1为放射性废水处理中吸附铀的优势藻种.     

温度与营养盐耐受藻种筛选及其群落氮磷去除研究

为筛选出能适应不同温度与营养条件的污水处理优势藻种,探究其混合培养所形成微藻群落的污水处理效果,本文在实验室条件下,选择淡水小球藻、斜生栅藻、菱形藻、莱茵衣藻和小环藻,设置10,20,30℃ 3种不同温度,3种不同营养条件,TN、TP浓度分别为8.40与1.97mg/L,12.97与5.70mg/L,60.22与18.19mg/L,筛选出3种在不同温度和营养条件下耐受性和氮磷去除效果较好的优势藻种.进一步将筛选出的优势藻种分别进行藻类群落搭配,基于不同藻类群落对于人工废水中氮磷污染物的去除效果与稳定性确定优势藻种群落.结果表明：在3种不同温度下,小环藻和菱形藻的生长状况较稳定且氮磷去除率一般为80%以上;在3种不同的营养状况下,仅有斜生栅藻的生长速率和氮磷去除率较高,斜生栅藻、菱形藻与小环藻具有更好的环境耐受性与去除率.将上述3种藻分别进行群落搭配组合,发现菱形藻和小环藻的群落组合对TN和TP的去除率一般在80%～90%左右,没有异常变化;斜生栅藻、菱形藻与小环藻的群落组合生长状况较稳定.     

生物膜贴壁培养小球藻净化猪粪沼液废水的效果

微藻处理猪粪沼液废水是一项污水资源化生物技术.本文以小球藻为研究对象,通过贴壁培养方式,对稀释不同倍数的猪粪沼液废水进行净化处理同时提取藻细胞油脂,旨在探究小球藻贴壁培养处理猪粪沼液废水的效果,分析小球藻耐受猪粪沼液废水的氨氮浓度.将猪粪沼液废水分别稀释1倍(原水)、2倍、5倍、10倍制成培养基.测定贴壁培养小球藻对各处理组猪粪沼液废水中COD、氨氮、总氮、总磷的去除效率及对重金属铜、锌、铁的富集效果,同时探究小球藻的油脂合成情况.结果表明,当猪粪沼液废水稀释5倍时,贴壁小球藻对COD、氨氮、总氮、总磷的净化效果最佳,其去除效率分别为:86.8%、94.1%、85.2%、84.3%;油脂含量高达32.7%;对重金属铜、锌、铁的去除效率分别为:72.9%、70.0%、73.0%;培养一个周期结束时生物产率达到4.21 g·(m~2·d)~(-1).该研究将微藻与难处理的猪粪沼液废水深度净化进行了有效的结合,为实现藻类生物燃料工艺生产及降低废水处理成本提供理论基础.     

利用卷枝毛霉成球特性高效收获微藻

利用卷枝毛霉孢子悬液与小球藻共培养,用过滤含藻菌球的方式来收获微藻.以人工配水为培养基,收获效率为指标,通过单因子试验和正交试验得到最佳收获条件为:pH=6.0,葡萄糖质量浓度为1.25 g·L~(-1),菌藻比为1∶250,收获效率为91.08%.对培养前后培养液中多糖质量浓度进行测定,发现小球藻在培养48 h后多糖质量浓度较培养前增加了约0.047g·L~(-1),而菌藻共培养后的混合液中多糖质量浓度为0.019 g·L~(-1).由此可知在菌藻共培养过程中,小球藻会向外分泌某些水溶性多糖物质供卷枝毛霉利用,二者有一定的共生作用.对小球藻和卷枝毛霉细胞表面Zeta电位进行测量发现,小球藻细胞表面的Zeta电位值随着藻液pH值变化波动不大;而卷枝毛霉细胞表面的Zeta电位值,随着pH值的变小,电位值可由原先最低的-37.7 m V升至-9.87 m V.由此推定菌藻相互吸附的主要机制为电中和吸附.     

蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa-15的异养培养条件优化及污水养殖

为了提高微藻的生物量及油脂产量以降低微藻生物柴油的生产成本,采用光异养培养模式对蛋白核小球藻进行培养,确定其最适生长的碳源为葡萄糖,氮源为大豆蛋白胨.采用响应面设计的方法对蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa-15光异养培养过程中的最佳碳氮源浓度进行了优化,在葡萄糖含量为17.53 g.L-1,大豆蛋白胨含量为8.67 g.L-1时,生物量最大产量为0.63 g.(L.d)-1,与模型预测结果[0.62 g.(L.d)-1]基本吻合,此时其油脂含量为19.25%,油脂产量达到121.3mg.(L.d)-1.污水养殖结果显示,在以北京市城市生活污水为培养基的情况下,微藻Chlorella pyrenoidosa-15对污水具有良好的净化能力,COD的去除率达到80.9%,总氮的去除率达到69%,同时其也具有较好的产油效率,生物量和油脂含量分别可达到1.00 g.L-1和24.12%,具有进一步研究的理论及应用价值.     

Trametes sp.LS-10C产漆酶发酵培养基优化及其漆酶对偶氮染料的脱色性能

为了提高菌株Trametes sp.LS-10C的漆酶产量并初步研究该酶对偶氮染料的脱色性能,本文通过单因素实验及均匀设计对菌株Trametes sp.LS-10C产漆酶培养基进行了优化,获得最优培养基配方为:葡萄糖14.4 g·L~(-1)、豆渣10.1 g·L~(-1)、麸皮100 g·L~(-1)、NH_4Cl_3g·L~(-1)、KH2PO41.4g·L~(-1)、CuSO_4’5H2O 1 g·L~(-1)、NaCl 1 g·L~(-1)、MgSO_40.8 g·L~(-1)、CaCl_20.5 g·L~(-1).菌株发酵至8 d时漆酶产量为595.15 U·m L~(-1),约是优化前的35.66倍.进一步研究表明,该漆酶-介体系统对酸性红GR、酸性蓝40和酸性铬蓝K等3种偶氮染料脱色10 h后脱色率分别高达96.86%、91.28%和86.31%.相比公开发表的文献,本研究所报道的Trametes sp.LS-10C利用优化培养基发酵产漆酶达到了较高水平,具有酶活力高和发酵时间短等特征,且该漆酶在处理偶氮染料废水脱色领域中具有进一步研发和应用价值.     

小球藻高效净化猪场废水厌氧发酵沼液研究

为了净化脱除养猪场废水厌氧发酵沼液中的主要污染物,本文利用臭氧氧化对沼液灭菌并且降解其中的大分子有机物(效果优于高压蒸汽灭菌法),然后高效培养小球藻转化为生物质变废为宝.研究了通入不同体积浓度CO_2以及在沼液中补充部分营养盐对微藻生长净化沼液的影响.当CO_2体积浓度从2%逐渐增加到30%时,微藻生物质产量和脱除污染物效率先升后降,并在体积浓度为15%时达到峰值.当沼液中补充添加营养盐10 mg·L~(-1)磷和1 mg·L~(-1)铁时,微藻生物质产量相对未添加条件进一步提高了29.1%,达到了5.81 g·L~(-1),相应的COD、TN、NH_3-N、TP和抗生素替米考星等污染物脱除效率分别提高到88.5%、91.2%、93.6%、98.9%和90.7%.因此,小球藻可高效净化猪场厌氧发酵沼液同时生产高值生物质,具有良好的应用前景.     

1株转座子插入突变菌株TB34的筛选及产氢分析

以分离自红树林污泥的厌氧发酵产氢细菌Pantoea agglomerans BH18为出发菌株,利用转座子Tn7构建突变体文库.通过卡那霉素抗性筛选与PCR扩增,鉴定转座子插入突变菌株.通过初筛和复筛,获得1株突变菌TB34,其产氢量较野生菌株明显提高.在初始pH为7.0和葡萄糖浓度10 g.L-1的海水培养条件下,产氢量(H2/葡萄糖)为(2.04±0.04)mol.mol-1,相比野生菌株产氢量提高43%.经过5次连续传代培养,突变菌株TB34表现出稳定的产氢特性.测定突变菌株TB34在不同碳源培养条件下的产氢量.结果表明,突变菌株TB34和野生菌株BH18都能利用蔗糖、葡萄糖和果糖发酵产氢.与野生菌株BH18不同,突变菌株TB34在以木糖为底物培养条件下仍能够发酵产氢,产氢量(H2/木糖)为(1.34±0.09)mol.mol-1,扩大了底物利用范围.     

Microalgae cultivation using an aquaculture wastewater as growth medium for biomass and biofuel production

Microalgae as a main feedstock has attracted much attention in recent years but is still not economically feasible due to high algal culture cost. The objective of this study was to develop a comprehensive eco-friendly technology for cultivating microalgae Platymonas subcordiformis using aquaculture wastewater as growth medium for biomass and biofuel production. Platymonas subcordiformis was grown in pretreated flounder aquaculture wastewaters taken from different stages. Each of wastewater contained different levels of nutrients. The biomass yield of microalgae and associated nitrogen and phosphorous removal were investigated. The results showed that algal cell density increased 8.9 times than the initial level. Platymonas subcordiformis removed nitrogen and phosphorus from wastewater with an average removal efficiency of 87%-95% for nitrogen and 98%-99% for phosphorus. It was feasible to couple the removal of nitrogen and phosphorus from wastewater to algal biomass and biofuel production. However, further studies are required to make this technologies economically viable for algae biofuel production.