阅读说明：本技术 一种耦合废水净化产藻红蛋白和紫球藻多糖的方法 (Method for producing phycoerythrin and porphyridium polysaccharide by coupling wastewater purification ) 是由 黄建科 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种海洋微藻培养与农业废水净化相耦合产藻红蛋白和紫球藻多糖的方法,其要点包括如下步骤：步骤一、采用微藻兼养培养模式培养紫球藻藻种；步骤二、向畜禽农业废水中接入紫球藻藻种液进行微藻光自养培养；步骤三、待培养结束后,采收获得紫球藻,并将培养后的清液回用或排放；步骤四、通过分离提取方法获得紫球藻藻细胞中的藻红蛋白以及紫球藻多糖。本发明通过紫球藻快速利用畜禽养殖等农业废水中的有机物、氮及磷等营养物质进行生长与繁殖,达到去除农业废水中的COD、BOD并实现脱氮除磷的作用,实现废水高效净化处理,同时通过紫球藻提取高附加值微藻生物质藻红蛋白和紫球藻多糖,具有较高的应用价值。(The invention relates to a method for producing phycoerythrin and porphyridium polysaccharide by coupling marine microalgae culture and agricultural wastewater purification, which is characterized by comprising the following steps of: step one, cultivating porphyridium algae seeds by adopting a microalgae mixotrophic cultivation mode; step two, inoculating porphyridium algae liquid into the livestock and poultry agricultural wastewater to perform microalgae photoautotrophic culture; step three, after the culture is finished, collecting and obtaining porphyridium, and recycling or discharging the cultured clear liquid; and step four, obtaining phycoerythrin and porphyridium polysaccharide in the porphyridium cell by a separation and extraction method. According to the invention, porphyridium is used for rapidly utilizing organic matters, nitrogen, phosphorus and other nutrient substances in agricultural wastewater of livestock and poultry breeding and the like to grow and reproduce, so that COD and BOD in the agricultural wastewater are removed, nitrogen and phosphorus removal are realized, efficient purification treatment of the wastewater is realized, and meanwhile, high-added-value microalgae biomass phycoerythrin and porphyridium polysaccharide are extracted through the porphyridium, so that the high-added-value microalgae biomass phycoerythrin and porphyridium polysaccharide have high application value.)

一种耦合废水净化产藻红蛋白和紫球藻多糖的方法

技术领域

本发明涉及农业废水处理和藻类培养领域，是一种耦合废水净化产藻红蛋白和紫球藻多糖的方法。

背景技术

目前，农业废水富含氮、磷和有机物等，未经有效处理排放到周边水域，易破坏周边水域水环境的生态平衡，导致水体富营养化。氮、磷等营养盐的积累构成了农业废水中的无机污染物，它们会降低水生生物的氧气浓度，并引发藻类的富集。对于溶解性营养盐，目前多采用沉淀、过滤等物理或化学处理方法，但效果均不甚理想，而且成本高，易导致二次污染，而生物处理方法相对经济有效，微藻已广泛用于废水生物修复。微藻具有高速率的光合活动，如果与生物产品生产结合，就有可能成为未来可持续能源生产的经济途径，从经济和环境角度来看，在废水中培植微藻被认为是一种生态友好的、比基于细菌的处理更合适的方法。

微藻以氮和磷为主要营养来源的单细胞或简单多细胞光合自养微生物，具有光能利用效率高、繁殖速度快、环境适应性强、生长周期短等特点，且富含蛋白质、类胡萝卜素，不饱和脂肪酸、维生素、矿物元素等多种营养成分，广泛应用于生物医药、营养功能食品、食品和食品添加剂、饲料和动物保健、水产养殖等诸多领域。同时，微藻可以快速利用有机物、氮及磷等营养物质进行生长与繁殖，因此利用微藻能够去除废水中的COD、BOD并实现脱氮除磷。基于微藻的废水处理技术是当前国内外研究的热点，该技术不仅可以实现废水的净化，同步获得的高附加值微藻生物质——直接作为饲料、饵料及肥料；也可以分离提取微藻中的天然活性物质，如紫球藻多糖、藻红蛋白、不饱和脂肪酸等制备成高附加值产品。

同时，藻红蛋白又是一种水溶性极好的食品色素，具有高荧光强度、抗氧化、清除自由基、高色度等优势，在食品、化妆品、药品等行业具有广泛的用途，具有优越的物理性质，是一种高荧光物质，具有高度的光稳定性，它的荧光量子产率受 pH 值影响小，并且具有较大的斯托克斯位移，能够最大限度地减少了瑞利散射和拉曼散射的干扰，因而在分子检测上具有优越的性能。其荧光强度比传统化学，荧光染料强几十倍，可作为荧光标记物应用在分子生物学、临床医学等领域；紫球藻多糖常为硫酸酯多糖，主要由木糖、葡萄糖和半乳糖等单糖组成，产生支链淀粉型和支链淀粉型a～聚葡聚，具有阻止病毒吸附的作用，因此在治疗肿瘤上具有特殊的功效。另外，紫球藻多糖还具有预防和治疗心血管疾病、降血脂以及治疗肝、胆、胰等疾病的作用，也被广泛运用于保健品行业，因此紫球藻多糖是一种应用面广、功能效果明显的代谢产物。

据此，现有技术未公开针对农业废水处理困难及资源化利用低等问题，将基于海洋微藻的废水处理技术应用到农业废水的处理，提高农业废水处理效率，降低处理难度并实现农业废水的高度资源化利用的方法或技术。

发明内容

为克服上述不足，本发明的目的是向本领域提供一种耦合废水净化产藻红蛋白和紫球藻多糖的方法，使其解决现有农业废水处理过程复杂，成本高，资源回收利用率底，附加产值低的技术问题。其目的是通过如下技术方案实现的。

一种海洋微藻培养与农业废水净化相耦合产藻红蛋白和紫球藻多糖的方法，其要点包括如下步骤：步骤一、采用微藻兼养培养模式培养紫球藻藻种；步骤二、向畜禽农业废水中接入紫球藻藻种液进行微藻光自养培养；步骤三、待培养结束后，采收获得紫球藻，并将培养后的清液回用或排放；步骤四、通过分离提取方法获得紫球藻藻细胞中的藻红蛋白以及紫球藻多糖。

所述步骤一中，所述兼养培养模式采用甘油作为碳源，硝酸盐作为氮源，碳源浓度为5～10g/L，硝酸盐浓度为1～3g/L。

所述步骤二中，所述畜禽养殖废水稀释至COD浓度为100～500 mg/L，总氮浓度为10～60 mg/L， 总磷浓度2～20 mg/L，稀释方法为采用盐度15～30‰的海水。

所述微藻培养的温度为20～25℃，培养周期15～25天。

所述畜禽养殖废水的pH调节至6～8。

所述紫球藻藻种液的接入量为稀释后畜禽养殖废水体积的20%。

所述步骤二之前，将农业废水经物理沉降和膜过滤后去除颗粒悬浮物和杂质，并对畜禽养殖废水进行消毒杀菌处理，杀菌消毒通过高温蒸汽灭菌、次氯酸钠法、紫外消毒法、微滤膜过滤法任意一种或两种以上结合的方式。

所述紫球藻在光照条件下培养，当采用光照条件下培养时，光照强度为3000～5000lux；培养采用的装置为摇瓶、发酵罐或可灭菌光生物反应器，当培养装置为摇瓶时，摇床转速控制在100rpm～200rpm；当培养装置为发酵罐或可灭菌光生物反应器时，开启搅拌和通气，控制溶解氧不低于10%。

所述步骤三中，通过离心法、气浮法、絮凝法任意一种方式获得紫球藻。

所述步骤四中，通过超声波破碎提取法和乙醇提取法分别提取藻红蛋白和紫球藻多糖。

本发明通过紫球藻快速利用畜禽养殖等农业废水中的有机物、氮及磷等营养物质进行生长与繁殖，达到去除农业废水中的COD、BOD并实现脱氮除磷的作用，实现废水高效净化处理，且同时通过紫球藻提取高附加值微藻生物质藻红蛋白和紫球藻多糖，紫球藻多糖具有许多显著的功效，如抗氧化作用、抗癌作用和治疗心血管疾病等，故紫球藻多糖的应用相当广泛，具有较高的应用价值；而藻红蛋白具有高荧光强度、抗氧化、清除自由基、高色度等优势。除此以外，上述废水处理中的紫球藻培养液通过重复回收利用，实现低成本高农业废水处理效率，大幅提高资源化利用率。其适合作为现有农业废水处理方法使用，或同类废水处理方法的改进。

附图说明

图1是本发明实施例1用于紫球藻培养的藻细胞干重、COD， 总氮和总磷浓度变化过程图。

图2是本发明实施例1的紫球藻培养中藻红蛋白和紫球藻多糖浓度的变化过程图。

图3是本发明实施例2用于紫球藻培养的藻细胞干重、COD， 总氮和总磷浓度变化过程图。

图4是本发明实施例2的紫球藻培养中藻红蛋白和紫球藻多糖浓度的变化过程图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明作进一步描述。

实施例1：首先采用微藻兼养培养模式培养紫球藻藻种，兼养培养模式采用甘油作为碳源，硝酸盐作为氮源，碳源浓度为10g/L，硝酸盐浓度为2g/L。将畜禽养殖废水静止沉降3小时，然后用微滤膜过滤、紫外消毒，用盐度30‰ 的海水稀释1倍后使得畜禽养殖废水中的COD浓度为500mg/L，总氮55mg/L总磷12mg/L，pH调节至6～8。将1000mL此液体装入规格为1.2 L的光生物反应器中，然后在115℃、25min的灭菌条件下高温灭菌。待冷却后，接入200mL紫球藻藻种液体，初始接种密度0.67g/L，通入2%的CO₂，控制培养温度为25℃。

上述过程中测定干重条件下的藻细胞浓度、COD、总氮及总磷的变化过程，从图1可见，藻细胞接种后快速生长，培养至第24天，紫球藻的浓度达到9g/L；废水的COD从500mg/L下降至30.23mg/L，总氮和总磷分别从55mg/L和12mg/L下降至4.23mg/L和0.47mg/L。同时，由图2可见，紫球藻培养液的藻红蛋白含量以及紫球藻多糖含量分别从4mg/L和0.17/L快速上升至55.25mg/L和1.91g/L。因此，紫球藻可以快速的去除废水中的COD，总氮及总磷，实现废水的净化，同时可以生产高附加值天然产物藻红蛋白和紫球藻多糖。

实施例2：首先采用微藻兼养培养模式培养紫球藻藻种，兼养培养模式采用甘油作为碳源，硝酸盐作为氮源，碳源浓度为10g/L，硝酸盐浓度为2.5g/L。将畜禽养殖废水静止沉降5小时，然后用微滤膜过滤、紫外消毒，用盐度25‰的海水稀释4倍后使得农业废水中的COD浓度为170mg/L，总氮18mg/L，总磷4mg/L。将紫球藻藻种200mL接入到1.2L光生物反应器中（装液量1000mL），初始接种密度0.67g/L，通入2%的CO₂，控制培养温度为25℃。

上述过程中测定干重条件下的藻细胞浓度、COD、总氮及总磷的变化过程，从图3可见，藻细胞接种后快速生长，培养至第24天，紫球藻的浓度达到7.63g/L；废水的COD从170mg/L下降至7.9mg/L，总氮和总磷分别从18mg/L和4mg/L降低至1.91mg/L和0.32mg/L。同时，由图4可见，紫球藻培养液的藻红蛋白和紫球藻多糖浓度分别从4mg/L和0.17g/L快速上升至45.45mg/L和1.71g/L。因此，紫球藻可以快速的去除废水中的COD，总氮及总磷，实现废水的净化，同时可以生产高附加值天然产物藻红蛋白和紫球藻多糖。

综上所述，本发明针对农业废水处理困难及资源化利用低等问题，将基于海洋微藻的废水处理技术应用到农业废水的处理，极大地提高农业废水处理效率，降低处理难度并实现农业废水的高度资源化利用。同时，将畜禽废水用于微藻紫球藻的培养，实现废水净化的同时，获得高附加值的天然活性物质——藻红蛋白和紫球藻多糖；并对现有农业废水处理方法进行改进，采用紫球藻净化农业废水，并生产藻红蛋白和紫球藻多糖。

以上内容旨在说明本发明的技术手段，并非限制本发明的技术范围。本领域技术人员结合现有公知常识对本发明做显而易见的改进或替换，亦落入本发明权利要求的保护范围之内。