本技术涉及一种藻菌共生污水处理系统,旨在通过收集油脂和藻青素实现碳和氮的双重回收。首先,从系统中提取藻菌悬浊液并进行泥水分离,得到藻菌生物质沉淀。接着,使用氯仿-甲醇溶液从沉淀物中提取油脂,以回收碳。最后,向萃取后的生物质中加入盐酸溶液,加热搅拌后收集藻青素,以回收氮。该方法先提取油脂再提取藻青素,避免了油脂损失,提高了收集效率,并实现了碳氮双回收。
背景技术
传统的污水处理主要关注去除污水中的有机质和氮磷等污染物,但随着环保要求的提高和资源循环利用的理念深入,回收利用污水中的碳和氮资源变得越来越重要。污水处理厂正面临着从能源密集型向碳中和、氮回收节能系统过渡的巨大挑战。在废水处理系统中,藻菌共生系统作为一种环境可持续且经济高效的污水处理工艺被广泛研究应用。在藻菌共生系统中,藻菌互惠互利,促进彼此迅速增长,在去除废水中的碳、氮和磷来减少富营养化的同时,藻类通过光合作用利用水中CO2
和一些含氮营养物质将太阳能转化为化学能和生物质,其中生物质蕴含着大量的高附加值聚合物。
藻青素(Cyanophycin),也称为藻青素颗粒多肽或多-L-精氨酸-聚-L-天冬氨酸,是在蓝藻和一些异养细菌中发现的非核糖体合成的氨基酸聚合物。它主要作为氮的临时储存化合物,由主链中的天冬氨酸和作为侧链的精氨酸残基组成。藻青素作为一种在微藻和活性污泥中均大量存在的一种胞内聚合物,因其本身具有生物相容性、可降解性、多重两性以及丰富的氮含量等特点,在食品医药、化妆品、农业等领域具有广阔的应用,因此具有巨大的回收潜力。另一方面,由于环境与能源,开发可再生生物燃料已成为必要,如生物乙醇、生物柴油、生物氢和沼气。微藻和藻菌生物因其生长速度快、高效的油脂积累能力而被认为是最有前途的生物柴油生产原料和碳回收高附加值产品的重要来源。
目前,针对蓝藻和活性污泥中藻青素的提取方法已经被广泛报道。但是均存在获取过程繁琐、条件限制严格、成本高、产量低等缺点,也并不适用于藻菌共生系统这一复杂生物群体。而且对于油脂的提取,普遍在Folch法的基础上,需要对微藻或藻菌生物质先进行冷冻干燥后再研磨提取,这就在很大程度上增加回收经济成本和时间成本。除此之外,在两种产品进行提取回收时,并没有报道指出可以同时回收再利用,这也在一定程度上造成了藻菌生物质的巨大浪费。基于此,针对微藻(纯藻)、藻菌共生颗粒这一独特生物质得到最大资源化,亟待开发一种藻青素、油脂经济高效的最优提取条件及藻青素和油脂联合提取,同时实现碳和氮双回收,以及为工业化资源化提供一种联合回收装置理念。
实现思路