一种微藻定向培养液及其应用、制备污泥水解液的装置和定向培养富集生物质微藻的装置的制作方法

1.本发明涉及微藻培养技术领域，特别是涉及一种微藻定向培养液及其应用、制备污泥水解液的装置和定向培养富集生物质微藻的装置。


背景技术：

2.随着我国的发展，污水厂工业废泥的排放量也随之提高。利用微生物处理废水的方法虽然能够将废水中的氮、磷浓度降低，但仍有微生物含氮次生代谢产物以及磷积累于剩余的污泥中，大量剩余污泥处理困难，处理成本高且残留毒性。
3.微藻具有光合作用效率高、生长周期短、不需占用农业用地、环境适应能力强等特点。微藻易优化调控提高产量、易粉碎和干燥、且可生产高价值的副产物如蛋白质、色素等。在所有生物柴油原料中，微藻具有较高的油脂生产率，并且在生长积累油脂过程中固定二氧化碳。
4.如何提高微藻增值类生物质的产量是微藻培养面临的一个主要问题。如果能利用污泥培养微藻不仅可回收利用污泥中的碳、氮、磷等营养元素，同时提高微藻增值类生物质的产量，使其达到其工业化运行的目的。因此，寻求能够利用污泥提高微藻增值类生物质的微藻培养方法是当前亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供了一种微藻定向培养液及其应用、制备污泥水解液的装置和定向培养富集生物质微藻的装置。本发明所述的培养液中利用污泥水解液和含细胞分裂素的微量元素补充液能够显著提高微藻增值类生物质产量。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.本发明提供了一种微藻定向培养液，包括污泥水解液和含细胞分裂素的微量元素补充液；所述微量元素补充液包括以下质量的组分：120～150g/l的nano3、3～5g/l的k2hpo4、5～8g/l的mgso4·
7h2o、2～5g/l的cacl2·
2h2o、0.4～0.7g/l的柠檬酸、0.5～0.8g/l的柠檬酸铁铵、0.1～0.2g/l的edtana2、1～3g/l的na2co3；
8.所述含细胞分裂素的微量元素补充液中细胞分裂素的质量百分含量为微量元素补充液质量的2％～5％；
9.所述污泥水解液和含细胞分裂素的微量元素补充液的体积比为(1～1.6):1。
10.优选的，所述细胞分裂素包括激动素、玉米素和6
‑
氨基苄基嘌呤中的一种或几种。
11.优选的，所述污泥水解液的制备包括以下步骤：
12.对污泥进行静置处理，得到浓缩污泥；
13.对浓缩污泥依次进行调节ph值、超声破碎和厌氧水解，得到污泥水解液；所述调节后所得初级污泥的ph值≥7。
14.优选的，所述超声为间歇超声；所述间歇超声为超声4s，暂停4s；在超声时，超声波
频率为10～30khz，功率为50～80w，时间优选为3～8min，所述调节ph值后所得初级污泥的温度＜50℃。
15.优选的，所述超声破碎后还包括对超声破碎后所得中级污泥添加h2o2；所述h2o2的添加量为0.1～0.3ml/gvss。
16.本发明提供了上述的微藻定向培养液在定向培养富集生物质微藻中的应用，所述微藻包括绿藻。
17.本发明提供了一种定向培养富集生物质微藻的方法，包括以下步骤：
18.向上述的培养液接种微藻后，培养。
19.本发明提供了上述方法培养得到的微藻在生物肥料中的应用。
20.本发明提供了一种制备污泥水解液的装置，包括连通的污泥超声破碎单元1和污泥厌氧水解单元2；所述污泥超声破碎单元1包括初级污泥储放器3和第一搅拌器4；所述污泥厌氧水解单元2包括污泥厌氧水解器5、h2o2进料口6和第二搅拌器7。
21.本发明提供了一种定向培养富集生物质微藻的装置，包括污泥水解液储液单元9、微量元素补充液储液单元10和微藻培养单元11；所述污泥水解液储液单元9和微量元素补充液储液单元10分别与微藻培养单元11连通；
22.所述污泥水解液储液单元9包括污泥水解液储液器12；所述微量元素补充液储液单元10包括微量元素补充液储液器15；所述微藻培养单元11包括进料口18、闪光光照培养器19、微藻接种口21和出料口22；所述闪光光照培养器19包括变频光源20。
23.有益效果：本发明提供了一种微藻定向培养液，包括污泥水解液和含细胞分裂素的微量元素补充液；所述微量元素补充液包括以下质量的组分：120～150g/l的nano3、3～5g/l的k2hpo4、5～8g/l的mgso4·
7h2o、2～5g/l的cacl2·
2h2o、0.4～0.7g/l的柠檬酸、0.5～0.8g/l的柠檬酸铁铵、0.1～0.2g/l的edtana2、1～3g/l的na2co3；所述含细胞分裂素的微量元素补充液中细胞分裂素的质量百分含量为微量元素补充液质量的2％～5％；所述污泥水解液和含细胞分裂素的微量元素补充液的体积比为(1～1.6):1。本发明通过微藻与污泥水解液中细菌构成菌藻共生体系削除污泥毒性，使污泥的生物毒性从80％降低到只有10％左右；本发明所述含细胞分裂素的微量元素补充液中的各个组分能满足微藻在厌氧水解液中的生长需求，为微藻生长提供微量营养元素；细胞分裂素是一种植物激素，能促进绿藻合成谷氨酸、淀粉、色素等生物质，补充含细胞分裂素的微量元素补充液能够促进绿藻的生长并获得蛋白质、多糖、类胡萝卜素等增值类生物质；可见本发明所述的培养液中利用污泥水解液、细胞分裂素和微量元素补充液能够显著提高微藻增值类生物质产量，而且利用污泥水解液能够使大量的剩余污泥得到利用，并且成本相对较低，使得剩余污泥得到资源化利用。
24.另外本发明提供了一种污泥水解液的制备方法能够更好地使污泥破解，释放出其所含的营养物质。
25.而且本发明提供了一种微藻培养方法，利用该培养方法能够节省微藻培养成本，捕获生物质增值产品谷氨酸类蛋白质高达400mg/l、淀粉200mg/l、类胡萝卜素5mg/l，实现剩余污泥生态资源化与减量化利用，同时捕获微藻生物质可作为生物肥料，施入农田应用于农业生产，促进作物生长，增加产量。
附图说明
26.图1为制备污泥水解液的装置图，1为污泥超声破碎单元，2为污泥厌氧水解单元，3为初级污泥储放器，4为第一搅拌器，5为污泥厌氧水解器，6为h2o2进料口，7为第二搅拌器，8为进泥口；
27.图2为微藻培养的装置图，9为污泥水解液储液单元，10为微量元素补充液储液单元，11为微藻培养单元，12为污泥水解液储液器，13为污泥水解液出料口，14为流量计，15为微量元素补充液储液器，16为微量元素补充液出料口，17为隔膜泵，18为进料口，19为闪光光照培养器，20为变频光源，21为微藻接种口，22为出料口。
具体实施方式
28.如无特殊要求，本发明所述组分、药品以及装置均为本领域技术人员常规购买所得。
29.本发明提供了一种微藻定向培养液，包括上述污泥水解液和含细胞分裂素的微量元素补充液；所述微量元素补充液包括以下质量的组分：120～150g/l的nano3、3～5g/l的k2hpo4、5～8g/l的mgso4·
7h2o、2～5g/l的cacl2·
2h2o、0.4～0.7g/l的柠檬酸、0.5～0.8g/l的柠檬酸铁铵、0.1～0.2g/l的edtana2、1～3g/l的na2co3，优选包括以下质量的组分：125～145g/l的nano3、3.5～4.5g/l的k2hpo4、5.5～7.5g/l的mgso4·
7h2o、2.5～4.5g/l的cacl2·
2h2o、0.45～0.65g/l的柠檬酸、0.55～0.75g/l的柠檬酸铁铵、0.12～0.18g/l的edtana2、1.5～2.5g/l的na2co3，更优选包括以下质量的组分：130～140g/l的nano3、3.8～4.2g/l的k2hpo4、6～7g/l的mgso4·
7h2o、3～4g/l的cacl2·
2h2o、0.5～0.6g/l的柠檬酸、0.6～0.7g/l的柠檬酸铁铵、0.14～0.16g/l的edtana2、1.9～2.2g/l的na2co3。
30.在本发明中，所述含细胞分裂素的微量元素补充液中细胞分裂素的质量百分含量为微量元素补充液质量的2％～5％，优选为2.5％～4.5％，更优选为3％～4％；所述污泥水解液和含细胞分裂素的微量元素补充液的体积比为(1～1.6):1，优选为(1.2～1.5):1；所述细胞分裂素优选包括激动素、玉米素和6
‑
氨基苄基嘌呤中的一种或几种。
31.微藻的生长需要很多微量元素，虽然污泥水解液中含有丰富的碳氮磷等营养元素，但并不能充分满足微藻在厌氧水解液中的生长需求，补充nano3、k2hpo4、mgso4、cacl2·
2h2o等为微藻生长提供微量营养元素；细胞分裂素是一种植物激素，补充细胞分裂素能促进绿藻合成谷氨酸、淀粉、色素等生物质，能够提高微藻抵御植物逆境的能力，促进谷氨酸脱氢酶的活性，进而合成大量谷氨酸，并能促进淀粉和类胡萝卜素的生成，因此加入微量元素补充液能够促进绿藻的生长并获得蛋白质、多糖、类胡萝卜素等增值类生物质。因此，本发明所述污泥水解液和培养液能够用于微藻的定向培养富集生物质培养，工业剩余污泥水解液培养微藻富集增值类生物质是一种环境友好型的生物质和能源富集途径。
32.本发明对所述污泥水解液的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的或者自行制备得到。当采用自行制备的方式提供污泥水解液时；所述污泥水解液的制备方法，优选包括以下步骤：
33.对污泥进行静置处理，得到浓缩污泥；
34.对浓缩污泥依次进行调节ph值、超声破碎和厌氧水解，得到污泥水解液。
35.本发明优选对污泥进行静置处理，得到浓缩污泥。本发明所述污泥优选为工业废
水处理厂剩余污泥；所述污泥的vss/tss＞70％；所述污泥优选为经重金属预去除后的工业废水二级生化处理后剩余污泥，其重金属达到农用污泥污染物控制标准(gb 4284
‑
2018)。在本发明中，所述静置的时间优选为4～8h，更优选为6～8h；所述静置的温度优选为25～30℃；所述浓缩污泥的含水率≥97wt.％。本发明所述浓缩污泥优选为污泥进行静置处理倒掉上清液所得。
36.本发明优选对浓缩污泥依次进行调节ph值、超声破碎和厌氧水解，得到污泥水解液。在本发明中，ph值调节后所得初级污泥的ph值优选≥7，更优选为7～9；调节ph使水解环境为弱碱性能够提高污泥水解效率。在本发明中，所述间歇超声优选为超声4s，暂停4s，本发明利用超声破坏细胞释放eps，低强度超声能防止细菌全部被杀死。本发明在超声时，超声波频率优选为10～30khz，更优选为20khz；功率优选为50～80w，更优选为60w；时间优选为3～8min，更优选为5min；在超声时，所述浓缩污泥的温度优选＜50℃，更优选为＞10℃；所述超声时浓缩污泥的温度优选由冰水浴控制。本发明为了更好地使污泥破解释放eps，释放出碳氮磷等营养元素，厌氧水解前对浓缩污泥进行超声破碎，同时为了避免超声波强度过高而导致细菌全部裂解死亡，采用了低强度超声。
37.本发明所述超声破碎后优选还包括向超声破碎后所得中级污泥添加h2o2；所述h2o2的添加量优选为0.1～0.3ml/g vss，即表示污泥中1g挥发性悬浮固体(vss)添加0.1～0.3ml h2o2，更优选0.15ml/gvss。本发明添加h2o2，利用了其具有氧化性，进一步使污泥细胞破解释放出n、p、scod等。
38.在本发明中，所述厌氧水解的温度优选为中温，更优选为30～45℃，最优选35～38℃；所述厌氧水解的振荡转速优选＞100rpm，更优选150rpm；所述厌氧水解的时间优选为3d；本发明所述厌氧优选采用氮吹的方式；所述氮吹的时间优选为5min；本发明对氮吹的方式没有任何特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的方式即可。
39.本发明所述厌氧水解后优选还包括对厌氧水解所得中级污泥进行离心；所述离心的转速优选＞5000rpm，更优选为8000～12000rpm；所述离心的时间优选为5～15min，更优选为6～14min，进一步优选为7～13min。本发明在厌氧水解后进行离心，能够使污泥释放出的碳氮磷等元素更好地增溶到污泥水解液中。
40.本发明通过厌氧水解的方式可获得含有氮磷钾等营养物质的污泥水解液，同时释放出污泥中积累的毒性物质，污泥中构成生物毒性的多糖、蛋白质等大分子物质在厌氧条件下可以转化为小分子物质从而被微藻吸收利用，进而合成蛋白质、淀粉等生物质。传统剩余污泥处理处置(焚烧、填埋)成本高，本发明利用污泥厌氧水解生成水解液成本相对较低且能让污泥得到资源化利用。
41.本发明制备得到的所述污泥水解液优选包括以下质量的组分：359.7～368.7mg/l的cod、141.4～147.6mg/l的可溶性蛋白质、72～75.8mg/l的可溶性多糖、69.4～83.6mg/l的nh3‑
n、262.5～280.5mg/l的tn、9.8～10.2mg/l的po4‑
p、13.2～18.2mg/l的tp、36～46mg/l的ca、69～75mg/l的mg、22～34mg/l的fe、4～5.2mg/l的mn，更优选包括以下质量的组分：362.5～366.5mg/l的cod、143.5～146.8mg/l的可溶性蛋白质、72.5～74.8mg/l的可溶性多糖、74.3～82.5mg/l的nh3‑
n、268.6～276.5mg/l的tn、9.8～10.2mg/l的po4‑
p、13.4～14.2mg/l的tp、39～43mg/l的ca、72～75mg/l的mg、30～34mg/l的fe、4.4～5.2mg/l的mn；所述污泥水解液的毒性优选为82.9
±
0.9％。本发明所述污泥水解液中cod、蛋白质、多糖等有
机物可被微藻作为营养物质吸收利用，nh3‑
n、po4‑
p、tn、tp作为微藻生存营养元素，ca、mg、fe、mn作为微量元素同样也是可以被微藻吸收利用，满足微藻生长需求，有利于微藻合成有机质；而且本发明所述污泥水解液中含有丰富的碳、氮、磷等营养元素，以及微生物在受到胁迫或冲击时分泌的抗生素、应激蛋白、smp等有毒的次生代谢产物水解得到的氨基酸、乙酸、丙酸等多种小分子物质，能够被微藻很好的利用，进而增加微藻细胞内蛋白质、多糖、类胡萝卜素等生物质。
42.在本发明中，所述污泥水解液的制备优选在制备污泥水解液的装置内进行，装置简单便于污泥的处理。作为本发明一个优选的实施例，制备污泥水解液的装置如图1所示，优选包括连通的污泥超声破碎单元1和污泥厌氧水解单元2。
43.在本发明中，所述泥超声破碎单元1优选包括初级污泥储放器3和第一搅拌器4；所述初级污泥储放器3优选为初级污泥储放箱；所述第一搅拌器4优选为超声破碎仪变幅杆，所述超声破碎杆优选采用超声破碎仪；所述超声破碎仪优选购自于中国上海生析超声仪器有限公司，型号优选为fs
‑
300n。本发明优选将浓缩污泥投入初级污泥储放箱中，利用超声破碎仪变幅杆进行超声破碎。
44.在本发明中，所述污泥厌氧水解单元2优选包括污泥厌氧水解器5、h2o2进料口6和第二搅拌器7；污泥厌氧水解器5优选包括污泥厌氧水解罐；所述污泥超声破碎单元1进一步优选通过进泥口8与污泥厌氧水解器相连通。本发明中经过超声破碎的中级污泥优选通过进泥口8输送至污泥厌氧水解罐；待输送超声破碎的中级污泥进入污泥厌氧水解罐，通过h2o2进料口6通入h2o2，在第二搅拌器7搅拌作用下进行厌氧水解。
45.本发明所述污泥水解液的制备方法能够更好地使污泥破解，释放出其所含的营养物质。
46.本发明提供了上述的培养液在定向培养富集生物质微藻中的应用，所述微藻包括绿藻，优选包括小球藻(chlorella)、栅藻(scenedesmus)、绿球藻(chlorococcum)、衣藻(chlamydomonas)和杜氏藻(dunaliella)中的一种或几种；所述小球藻优选包括蛋白核小球藻；所述栅藻优选包括斜生栅藻；所述绿球藻优选包括土生绿球藻。本发明对所述微藻的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员常规购买所得即可；在本发明具体实施例中所述微藻优选购买自中科院水生生物研究所淡水藻种库(fachb)。
47.本发明提供了一种定向培养富集生物质微藻的方法，包括以下步骤：
48.向上述的培养液接种微藻后，培养。
49.本发明在接种时，所述微藻的密度优选＞1
×
106cell/ml，更优选为(2～3)
×
106cell/ml；所述微藻的干重优选约＞0.03g/l，更优选约为0.05～0.08g/l。本发明在接种时，无需对培养液进行灭菌，能够构建菌藻共生复合体。本发明利用微藻与水解液中细菌构成菌藻共生体系削除污泥毒性，能够降解有机物质，削除污泥毒性，发光细菌的相对抑光率表征污泥的生物毒性，使污泥的生物毒性从80％降低到只有10％左右。
50.在本发明中，所述培养的温度优选＞20℃，更优选为24～26℃；所述培养的时间优选＞5d，更优选为15～20d；所述培养的转速优选为120～150rpm，更优选为125～145rpm。
51.本发明在培养时，闪光频率范围优选为30～200hz，更优选为50～100hz；光强优选＞2000lux，更优选为3500～4500lux，光暗比优选为(0.8～1.5):1(即光照时间：黑暗时间优选为(8～15)h:10h)，更优选为1.4:1(即光照时间：黑暗时间更优选为14h:10h)。本发明
采用该方式培养微藻的优势在于低频率的闪光可以诱导绿藻生成更多的蛋白质、多糖、类胡萝卜素等生物质。本发明对所述培养采用的培养箱没有特殊限定，采用本领域技术人员常规购买所得即可；在本发明具体实施例中，所述培养时优选采用闪光光照培养箱；所述闪光光照培养箱优选购自于斯必克公司，型号优选为spx
‑
250b
‑
g。
52.在本发明中，定向培养富集生物质微藻优选在定向培养富集生物质微藻装置中进行。本发明所述定向培养富集生物质微藻的装置能够将污泥水解液和含细胞分裂素的微量元素补充液混合均匀，并且接种方便、能够为微藻提供合适生长的条件，而且培养箱低频率的闪光可以诱导绿藻生成更多的蛋白质、多糖、类胡萝卜素等生物质。作为本发明一个优选的实施例，所述定向培养富集生物质微藻的装置如图2所示，包括污泥水解液储液单元9、微量元素补充液储液单元10和微藻培养单元11；所述污泥水解液储液单元9和微量元素补充液储液单元10分别与微藻培养单元11连通。
53.在本发明中，所述污泥水解液储液单元9、微量元素补充液储液单元10和微藻培养单元11优选通过管道连通。在本发明中，所述污泥水解液储液单元9包括污泥水解液储液器12；所述污泥水解液储液器12优选为污泥水解液储液箱；所述污泥水解液储液单元9优选经污泥水解液出料口13流出通过隔膜泵17与微藻培养单元11相连接；所述污泥水解液储液单元9进一步优选经污泥水解液出料口13流出通过流量计14和隔膜泵17与微藻培养单元11相连接。
54.在本发明中，所述微量元素补充液储液单元10包括微量元素补充液储液器15；所述微量元素补充液储液器15优选为微量元素补充液储液箱；所述微量元素补充液储液单元10优选经微量元素补充液出料口16流出通过隔膜泵17与微藻培养单元11相连接；所述微量元素补充液储液单元10进一步优选经微量元素补充液出料口16流出通过流量计14和隔膜泵17与微藻培养单元11相连接。在本发明中，污泥水解液储液单元9、微量元素补充液储液单元10分别通过流量计14和隔膜泵17与微藻培养单元11相连接，能够控制二者流量从而控制二者比例，在隔膜泵17作用下从进料口18输送到闪光光照培养器19中混合得到微藻定向培养液。
55.在本发明中，所述微藻培养单元11包括进料口18、闪光光照培养器19、微藻接种口21和出料口22；所述闪光光照培养器19优选为闪光光照培养箱；所述闪光光照培养器19优选包括变频光源20；所述变频光源20优选为闪光发光二极管。在本发明中，所述进料口18优选位于在闪光光照培养箱19的上部，能够使污泥水解液和微量元素补充液进入培养箱；所述微藻接种口21优选位于闪光光照培养器的顶部，方便接种微藻，同时还能保证藻液可以从接种口进入培养箱培养液中；所述出料口22优选位于闪光光照培养器下部，能够收集培养后的藻液。本发明合理设置进料口、出料口以及接种口的位置，使得微藻能够充分接触培养液，进而利用培养液中的有效物质。本发明优选通过所述微藻经闪光光照培养器19顶部左侧的微藻接种口21接入微藻定向培养液中，通过闪光光照培养器19右侧底部的出料口22获得所述的培养后微藻生物质。
56.在本发明中，所述闪光光照培养器19可以为多个；当有多个闪光光照培养器的时，所述每个闪光光照培养器19分别通过各自的进料口18与污泥水解液储液单元9和微量元素补充液储液单元10连通；连通方式分别如前述技术方案所述，在此不再赘述。当有多个闪光光照培养器时，每个闪光光照培养器19分别通过各自的出料口22排出培养所得微藻；多个
出料口22优选通过管道连通汇合，便于集中出料。
57.利用本发明所述方法培养得到的微藻能够富集蛋白质、淀粉、类胡萝卜素等生物质，因此将活体微藻液或者微藻提取物施入农田中，促进农作物生长，增加产量。
58.本发明提供了利用上述方法培养得到的微藻在生物肥料中的应用。
59.本发明提供了一种生物肥料，所述生物肥料的有效成分优选包括上法培养得到的微藻。利用本发明所述方法制备得到的微藻富集的高价值微藻生物质，可制作为有机肥，代替化学肥料，应用于土壤改善和农作物产量提升。
60.本发明对所述生物肥料的制备方法没有任何限定，采用本领域技术人员所熟知的方式即可；在本发明具体应用例中所述生物肥料的制备方法优选包括以下步骤：
61.本发明优选将前述技术方案所述微藻进行离心，得到生物肥料(藻泥)。在本发明中，所述离心的转速优选为5000rpm；所述离心的时间优选为10min。
62.或，
63.本发明优选将前述技术方案所述微藻进行离心、超声破碎和减压蒸馏，得生物肥料(微藻提取物)。在本发明中，所述离心的转速优选为5000rpm；所述离心的时间优选为10min。本发明优选对离心所得藻泥进行超声破碎，所述超声破碎优选为间歇超声；所述间歇超声优选为超声4s，暂停4s。本发明在超声时，功率优选为300w；时间优选为10min；在超声时，采用的超声液优选为乙醇；所述乙醇优选为无水乙醇；所述无水乙醇的体积百分含量优选为75％；所述离心后所得藻泥和无水乙醇的质量体积比为5:1。在本发明中，所述提取的方式优选为减压蒸馏提取，其目的是除去多余乙醇；本发明对所述减压蒸馏的方式没有任何限定，采用本领域技术人员所熟知的方式即可。
64.本发明提供了上述生物肥料的使用方法，优选包括以下步骤：
65.将前述技术方案所述生物肥料与水稀释后使用。在本发明中，所述生物肥料与水稀释的质量体积比为5:1；所述使用的方式优选包括喷洒；所述稀释所得稀释生物肥料的用量优选为50ml/m2；所述施入的次数优选为15次。
66.本发明提供了一种制备污泥水解液的装置，包括连通的污泥超声破碎单元1和污泥厌氧水解单元2；所述污泥超声破碎单元1包括初级污泥储放器3和第一搅拌器4；所述污泥厌氧水解单元2包括污泥厌氧水解器5、h2o2进料口6和第二搅拌器7，所述制备污泥水解液的装置在前述技术方案所述制备污泥水解液的装置已做详细的介绍，在此不做赘述。
67.本发明提供了一种微藻培养的装置，包括污泥水解液储液单元9、微量元素补充液储液单元10和微藻培养单元11；所述污泥水解液储液单元9和微量元素补充液储液单元10分别与微藻培养单元11连通；所述污泥水解液储液单元9包括污泥水解液储液器12；所述微量元素补充液储液单元10包括微量元素补充液储液器15；所述微藻培养单元11包括进料口18、闪光光照培养器19、微藻接种口21和出料口22；所述闪光光照培养器19包括变频光源20，所述微藻培养的装置在前述技术方案所述制备污泥水解液的装置已做详细的介绍，在此不做赘述。
68.为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的一种微藻定向培养液及其应用、制备污泥水解液的装置和微藻培养的装置进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
69.实施例中使用的污泥性质如表1所示；所述污泥1、污泥2和污泥3均取自上海白龙
港污水处理厂含酚剩余污泥。
70.表1污泥特性
71.污泥vss/tss(％)cod(mg/l)含水率(％)污泥17520095污泥27825097污泥38030099
72.实施例1
73.参照图1和图2所示装置制备污泥水解液和培养微藻：
74.取表1中的污泥2制备水解液并培养斜生栅藻(scenedesmus obliquus)，所述处理方法按照以下步骤进行：
75.1、污泥水解液的制备：取上海白龙港污水处理厂含酚剩余污泥，剩余污泥为经重金属预去除后的工业废水二级生化处理后剩余污泥，其重金属达到农用污泥污染物控制标准(gb 4284
‑
2018)，即污泥2，25℃静置6h，倒去上清液获得浓缩污泥，含水量为97％。浓缩污泥在转速150rpm、温度37℃的条件下加盖进行3d厌氧水解。厌氧水解前调节ph值为8，用功率60w、超声频率20khz的超声波破碎仪对浓缩污泥进行超声破碎，超声4s，暂停4s，冰水浴控制ph值调节后所得初级污泥污泥温度＜50℃，处理5min。超声破碎后加入h2o20.15ml/g vss。然后用氮气冲扫5min，密闭，达到严格厌氧状态。将厌氧水解3d后的污泥在8000rpm条件下离心10min，上清液即为污泥水解液，其中，污泥水解液中含有的主要组分为：363.8mg/l的cod、144.1mg/l的可溶性蛋白质、73.2mg/l的可溶性多糖、76.5mg/l的nh3‑
n、mg/l的tn、9.8mg/l的po4‑
p、13.4mg/l的tp、40mg/l的ca、72mg/l的mg、30mg/l的fe、5mg/l的mn。
76.2、将步骤1得到的污泥水解液与含细胞分裂素的微量元素补充液以1.2:1的比例混合制备微藻定向培养液。其中，含细胞分裂素的微量元素补充液中细胞分裂素的质量百分含量为微量元素补充液质量的3％，所述微量元素补充液为：130g/l的nano3、4.0g/l的k2hpo4、6.5g/l的mgso4·
7h2o、3.5g/l的cacl2·
2h2o、0.5g/l的柠檬酸、0.6g/l的柠檬酸铁铵、0.15g/l的edtana2、2.0g/l的na2co3。
77.3、斜生栅藻的培养：将斜生栅藻(2.5
×
106cell/ml，干重为0.08g/l)接种到步骤2得到的微藻定向培养液中，然后放在光照培养箱中培养(25℃，4000lux，闪光频率50hz，光暗比为1.4:1(即光照时间：黑暗时间为14h:10h)，20d，120rpm)，即完成斜生栅藻的培养。以发光菌抑制率表征污泥毒性，毒性越低，发光菌抑制率越低。
78.实施例2
79.与实施例1的步骤相同，唯一区别点在于，本实施例采用的是污泥3，其中，制备得到的污泥水解液中含有的主要组分为：364.2mg/l的cod、145.3mg/l的可溶性蛋白质、73.2mg/l的可溶性多糖、76.5mg/l的nh3‑
n、271.5mg/l的tn、10mg/l的po4‑
p、13.5mg/l的tp、41mg/l的ca、73mg/l的mg、31mg/l的fe、5.2mg/l的mn。
80.实施例3
81.取污泥3制备水解液并培养斜生栅藻，所述处理方法按照以下步骤进行：
82.1、污泥水解液的制备：与实施例1的步骤相同，唯一区别点在于，本实施例中污采用的是污泥3，其中，污泥水解液中含有的主要组分为：365.4mg/l的cod、146.1mg/l的可溶性蛋白质、73.9mg/l的可溶性多糖、76.8mg/l的nh3‑
n、272.4mg/l的tn、10.2mg/l的po4‑
p、
13.8mg/l的tp、42mg/l的ca、74mg/l的、32mg/l的fe、5.2mg/l的mn。
83.2、将步骤1得到的污泥水解液与微量元素补充液以1.5:1的比例混合制备微藻定向培养液。其中，含细胞分裂素的微量元素补充液中细胞分裂素的质量百分含量为微量元素补充液质量的3％，所述微量元素补充液为：135g/l的nano3、4.0g/l的k2hpo4、6.5g/l的mgso4·
7h2o、3.5g/l的cacl2·
2h2o、0.6g/l的柠檬酸、0.7g/l的柠檬酸铁铵、0.16g/l的edtana2、2.0g/l的na2co3。
84.3、斜生栅藻的培养：将斜生栅藻(2.5
×
106cell/ml)接种到步骤二得到的培养液中，然后放在光照培养箱中培养(25℃，4000lux，闪光频率50hz，光暗比为1.4:1(即光照时间：黑暗时间为14h:10h)，20d，120rpm)，即完成斜生栅藻的培养。以发光菌抑制率表征污泥毒性，毒性越低，发光菌抑制率越低。
85.实施例4
86.取污泥1制备水解液并培养蛋白核小球藻(chlorellapyrenoidosa)，所述处理方法按照以下步骤进行：
87.1、污泥水解液的制备：与实施例1的步骤相同，唯一区别点在于，本实施例中污采用的是污泥1，其中，污泥水解液中含有的主要组分为：362.5mg/l的cod、143.5mg/l的可溶性蛋白质、72.5mg/l的可溶性多糖、74.3mg/l的nh3‑
n、268.6mg/l的tn、9.8mg/l的po4‑
p、13.5mg/l的tp、39mg/l的ca、69mg/l的mg、29mg/l的fe、4.4mg/l的mn。
88.2、将步骤1得到的污泥水解液与含细胞分裂素微量元素补充液以体积比为1:1的比例混合制备微藻定向培养液。其中，含细胞分裂素的微量元素补充液中细胞分裂素的质量百分含量为微量元素补充液质量的3％，所述微量元素补充液为：136g/l的nano3、4.0g/l的k2hpo4、6.7g/l的mgso4·
7h2o、3.7g/l的cacl2·
2h2o、0.5g/l的柠檬酸、0.6g/l的柠檬酸铁铵、0.15g/l的edtana2、2.1g/l的na2co3。
89.3、蛋白核小球藻的培养：将蛋白核小球藻(2.5
×
106cell/ml)接种到步骤二得到的培养液中，然后放在光照培养箱中培养(25℃，4000lux，闪光频率50hz，光暗比为1.4:1(即光照时间：黑暗时间为14h:10h)，20d，120rpm)，即完成蛋白核小球藻的培养。以发光菌抑制率表征污泥毒性，毒性越低，发光菌抑制率越低。
90.实施例5
91.与实施例4的步骤相同，唯一区别点在于，本实施例中污泥水解液与微量元素补充液的体积比为1.2:1。
92.实施例6
93.与实施例4的步骤相同，唯一区别点在于，本实施例中污泥水解液与微量元素补充液的体积比为1.5:1。
94.实施例4～实施例6的培养结果见表2。
95.表2实施例4～实施例6制备得到的微藻定向培养液培养蛋白核小球藻体系中液相和藻相指标
[0096][0097]
由表2记载的可知，污泥水解液培养蛋白核小球藻后cod、污泥毒性、tn、tp等均得到了显著去除。随着污泥水解液比例的升高，蛋白核小球藻细胞密度逐渐增加，蛋白质、多糖、类胡萝卜素等显著增加，说明蛋白核小球藻吸收利用污泥水解液中的营养物质生长的同时显著富集增值类生物质，并且去除污泥毒性。
[0098]
实施例7
[0099]
取剩余污泥2制备水解液并培养土生绿球藻(chlorococcum humicola)，所述处理方法按照以下步骤进行：
[0100]
1、污泥水解液的制备：与实施例1的步骤相同，唯一区别点在于，本实施例静置8h，其中，污泥水解液中含有的主要组分为：364.2mg/l的cod、144.0mg/l的可溶性蛋白质、73.2mg/l的可溶性多糖、76.3mg/l的nh3‑
n、271.4mg/l的tn、10.0mg/l的po4‑
p、14.1mg/l的tp、40mg/l的ca、72mg/l的、31mg/l的fe、5.2mg/l的mn。
[0101]
2、将步骤1得到的污泥水解液与含细胞分裂素的微量元素补充液以1.5:1的比例混合制备微藻定向培养液。其中，含细胞分裂素的微量元素补充液中细胞分裂素的质量百分含量为微量元素补充液质量的3％，所述微量元素补充液为：130g/l的nano3、4.0g/l的k2hpo4、6.5g/l的mgso4·
7h2o、3.5g/l的cacl2·
2h2o、0.5g/l的柠檬酸、0.6g/l的柠檬酸铁铵、0.15g/l的edtana2、2.0g/l的na2co3。
[0102]
3、土生绿球藻的培养：将土生绿球藻(2.5
×
106cell/ml)接种到步骤2得到的培养液中，然后放在光照培养箱中培养(25℃，4000lux，闪光频率50hz，光暗比为1.4:1(即光照时间：黑暗时间为14h:10h)，20d，120rpm)，即完成土生绿球藻的培养。以发光菌抑制率表征污泥毒性，毒性越低，发光菌抑制率越低。培养结果如表5所示。
[0103]
实施例8
[0104]
与实施例7的步骤相同，唯一区别点在于，本实施例中污泥超声破碎后加入h2o20.1ml/g vss。
[0105]
实施例9
[0106]
与实施例7的步骤相同，唯一区别点在于，本实施例中污泥超声破碎后加入h2o20.2ml/g vss。
[0107]
实施例7～实施例9的培养结果如表3所示。
[0108]
表3实施例7～实施例9制备得到的微藻定向培养液培养土生绿球藻体系中液相和藻相指标
[0109][0110]
由表3记载的实验数据可知，当h2o2加入量为0.15ml/gvss时，所得的污泥水解液与微量元素补充液混合制成的微藻培养液培养土生绿球藻可以得到最高的微藻细胞密度28×
106cell/ml，同时富集高含量的蛋白质、多糖、类胡萝卜素等生物质。说明加入0.15ml/g vss h2o2最有利于促进细胞破解释放出营养物质在厌氧阶段能更充分地厌氧水解，获得营养物质丰富的污泥水解液。因此培养微藻时能显著促进其生长，并通过微藻与细菌共生削减污泥毒性。
[0111]
实施例10
[0112]
取剩余污泥3制备水解液并培养斜生栅藻，所述处理方法按照以下步骤进行：
[0113]
1、污泥水解液的制备：与实施例1的步骤相同，唯一区别点在于，本实施例中污采用的是污泥3，其中，污泥水解液中含有的主要组分为：366.5mg/l的cod、146.8mg/l的可溶性蛋白质、74.8mg/l的可溶性多糖、82.5mg/l的nh3‑
n、276.5mg/l的tn、10.2mg/l的po4‑
p、14.2mg/l的tp、43mg/l的ca、75mg/l的mg、33mg/l的fe、5.0mg/l的mn。
[0114]
2、将步骤1得到的污泥水解液与含细胞分裂素的微量元素补充液以1.5:1的比例混合制备微藻定向培养液。其中，含细胞分裂素的微量元素补充液中细胞分裂素的质量百分含量为微量元素补充液质量的3％，所述微量元素补充液为：135g/l的nano3、4.0g/l的k2hpo4、6.5g/l的mgso4·
7h2o、3.5g/l的cacl2·
2h2o、0.6g/l的柠檬酸、0.6g/l的柠檬酸铁铵、0.15g/l的edtana2、2.0g/l的na2co3。
[0115]
3、斜生栅藻的培养：将斜生栅藻(2.5
×
106cell/ml)接种到步骤2得到的培养液中，然后放在光照培养箱中培养(25℃，4000lux，闪光频率50hz，光暗比为1.4:1(即光照时间：黑暗时间为14h:10h)，20d，120rpm)，即完成斜生栅藻的培养。以发光菌抑制率表征污泥毒性，毒性越低，发光菌抑制率越低。
[0116]
实施例11
[0117]
与实施例10的步骤相同，唯一区别点在于，本实施例中微量元素补充液中加入2％细胞分裂素。
[0118]
实施例12
[0119]
与实施例10的步骤相同，唯一区别点在于，本实施例中微量元素补充液中加入4％细胞分裂素。
[0120]
实施例10～实施例12的培养结果见表4。
[0121]
表4实施例10～实施例12制备得到的微藻定向培养液培养斜生栅藻体系中液相和藻相指标
[0122][0123]
由表4记载的实验数据可知，在微量元素补充液中加入3％的细胞分裂素培养斜生栅藻，可以刺激斜生栅藻生长，吸收利用污泥提取液中的营养物质，使得斜生栅藻生成高含量的蛋白质、多糖、类胡萝卜素等生物质。
[0124]
对比例1
[0125]
与实施例1的步骤相同，唯一区别点在于，本实施例采用的是污泥1，其中，污泥水解液中含有的主要组分为：361.5mg/l的cod、143.0mg/l的可溶性蛋白质、72.5mg/l的可溶性多糖、71.6mg/l的nh3‑
n、267.5mg/l的tn、9.8mg/l的po4‑
p、12.8mg/l的tp、39mg/l的ca、69mg/l的mg、29mg/l的fe、4.4mg/l的mn。
[0126]
实施例1、实施例2和对比例1的微藻定向培养液培养结果如表5所示。表5实施例1、实施例2和对比例1制备得到的微藻定向培养液培养斜生栅藻体系中液相和藻相指标
[0127][0128][0129]
由表5记载的实验数据可知，采用vss/tss＞70％的污泥，能显著降低污泥的污泥，培养微藻后，能显著提高微藻中的蛋白质、多糖和类胡萝卜素的含量，并且利用菌藻共生体系削除污泥毒性。
[0130]
对比例2
[0131]
与实施例3相同，区别在于，浓缩污泥不做任何预处理，直接在转速150rpm、温度37℃的条件下，用氮气冲扫5min达到严格厌氧状态后，加盖进行3d厌氧水解。
[0132]
对比例3
[0133]
与实施例3相同，区别在于，浓缩污泥厌氧水解前调节ph值为11，然后用氮气冲扫5min达到严格厌氧状态后，在转速150rpm、温度37℃的条件下，加盖进行3d厌氧水解。
[0134]
实施例4、对比例2和对比例3养结果见表6。
[0135]
表6培养液培养斜生栅藻体系中液相和藻相指标
[0136][0137]
由表6记载的实验数据可知，采用本发明所述制备方法能充分释放出污泥中的有机物，厌氧水解后能够得到富含碳、氮、磷等营养物质的污泥水解液，而且培养微藻后，能显著提高微藻中的蛋白质、多糖和类胡萝卜素的含量，同时利用菌藻共生体系削除污泥毒性。
[0138]
应用例1
[0139]
收集实施例6中培养20d后的蛋白核小球藻藻液，取出适量藻液离心(5000rpm，10min)后去掉上清液收集藻泥，藻泥加入无水乙醇摇匀后冰水浴间歇超声破碎10min(300w，超声4s，间隔4s)得破碎液，其中藻泥和无水乙醇的质量体积比为5:1，无水乙醇的体积百分含量为75％，摇动破碎液1h后减压蒸馏除去乙醇，加入自来水中摇匀得到微藻提取物，其中微藻提取物和自来水的质量体积比为5:1。在种入3颗黄瓜种子的盆栽中施入微藻提取物，在黄瓜种子播种前3d施藻肥一次，播种后到黄瓜开花前每5d施藻肥一次，开花后每3d施肥一次，共施肥15次，每次50ml/m2。每天观察并记录黄瓜长势，在黄瓜苗全部出土长到4～5cm时，留长势最好(即该植株茎直、叶绿且无虫害。)的1株；生长至30d时，记录株高、叶片数、茎直径等；生长至45d(开花期)时，记录花蕾数、株高、叶片数、茎直径等。
[0140]
应用例2
[0141]
与应用例1的步骤相同，唯一区别点在于，将得到藻泥与自来水混匀得到活体微藻藻液，其中藻泥和自来水的质量体积比为5:1，将其施入种有黄瓜的盆栽。
[0142]
应用例3
[0143]
与应用例1的步骤相同，唯一区别点在于，本应用例仅将自来水施入种有黄瓜的盆栽，不添加藻液。
[0144]
应用例1～应用例3的培养结果见表7。
[0145]
表7应用例1～应用例3制备得到藻液培养黄瓜体系中黄瓜生长指标
[0146][0147]
由表7记载的实验数据可知，与施入自来水相比，施入活体微藻藻液或者微藻提取物质后黄瓜生长更好，特别是施入微藻提取物质，株高能达到62cm，花蕾数达到18个，说明微藻体内富集的蛋白质、淀粉、类胡萝卜素等生物质能够作为生物肥料，促进农作物生长，增加产量。
[0148]
由上述实施例记载的可知，本发明通过微藻与污泥水解液中细菌构成菌藻共生体系削除污泥毒性，使污泥的生物毒性从80％降低到只有10％左右；本发明所述含细胞分裂素的微量元素补充液中的各个组分能满足微藻在厌氧水解液中的生长需求，为微藻生长提供微量营养元素；细胞分裂素是一种植物激素，能促进绿藻合成谷氨酸、淀粉、色素等生物质，补充含细胞分裂素的微量元素补充液能够促进绿藻的生长并获得蛋白质、多糖、类胡萝卜素等增值类生物质；可见本发明所述的培养液中利用污泥水解液、细胞分裂素和微量元素补充液能够显著提高微藻增值类生物质产量，而且利用污泥水解液能够使大量的剩余污泥得到利用，并且成本相对较低，使得剩余污泥得到资源化利用。另外本发明提供了一种污泥水解液的制备方法能够更好地使污泥破解，释放出其所含的营养物质。而且本发明提供了一种微藻培养方法，利用该培养方法能够节省微藻培养成本，捕获生物质增值产品谷氨酸类蛋白质高达400mg/l、淀粉200mg/l、类胡萝卜素5mg/l，实现剩余污泥生态资源化与减量化利用，同时捕获微藻生物质可作为生物肥料，施入农田应用于农业生产，促进作物生长，增加产量。
[0149]
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。