全 文 ：利用豆制品废水培养小球藻的研究
周连宁1， 王 波1,2， 吴属连1， 梅立永1， 黄正华1
（1.深港产学研环保工程技术股份有限公司，广东 深圳 518057；2.深港产学研基地，广东 深圳 518057）
摘 要：对豆制品废水培养小球藻的可行性进行了初步研究，考察豆制品废水、灭菌处理和不同营养组合条件对小球藻生长
和生物量的影响及其去污效果。结果表明，豆制品废水完全适合用于小球藻的培养。利用豆制品废水进行小球藻培养过程中，只需
适量添加镁离子、氮元素和磷元素。高压灭菌后培养藻的最大 OD680值为 2.721，而未灭菌培养藻的最大 OD680值仅为 1.834，废水的
灭菌预处理对小球藻的生长具有显著影响。 小球藻对豆制品废水有较好的去污效果， 其中 COD 的去除率为 72.9%，TN 的去除率
为 64.2%，TP 的去除率为 84.9%。 表明利用豆制品废水培养小球藻获得油脂的同时又实现了废水的资源化利用。
关键词：小球藻； 豆制品废水； 生物量； 氮/磷去除
中图分类号：Q949.93 文献标识码：A 文章编号：1004-874X（2012）19-0182-03
Cultivation of Chlorella vulgaris with soybean wastewater
ZHOU Lian-ning1, WANG Bo1,2, WU Shu-lian1, MEI Li-yong1, HUANG Zheng-hua1
(1.Shenzhen-Hongkong Institution of Industry, Education＆Research Environmental Technique Co., Ltd., Shenzhen 518057, China;
2.PKU-HKUST Shenzhen-HongKong Institution, Shenzhen 518057, China)
Abstract: The paper studied the feasibility of soybean wastewater culture Chlorella. The influence of soybean wastewater, autolave
disinfection and different nutrients on growth and biomass of Chlorella vulgaris, and its decontamination were evaluated. The results
showed that soybean wastewater is completely suitable for cultivation of C. vulgaris by adding some nutrients as magnesium, nitrogen and
phosphorus. The maximum OD680 value of C. vulgaris with medium sterilized by autoclaving was 2.721, but the maximum OD680 value with
Non-sterile medium was only 1.834, and autolave disinfection pretreatment of wastewater had significant effects on cell growth (p≤0.05).
C. vulgaris had good decontamination effect on soybean wastewater, the removal efficiencies for CODcr(72.9%), TN(64.2%), TP(84.9%). As
a conclusion, it was feasible to cultivate Chlorella vulgaris with soybean wastewater, not only producing feedstock for algal biodiesel, but
also achieving utilization of wastewater.
Key words: Chlorella vulgaris; soybean wastewater; biomass; nitrogen/phosphorus removal
当今全球能源消耗大约1.3×108 kW， 预计 2050 年全
球能源需求将达到 2.6×108 kW，其中大部分来源于化石资
源，全球石化能源短缺问题越来越严重，生物柴油作为一
种可持续的绿色能源形式，受到世界范围内的广泛关注[1]。
微藻因其光合作用效率高、 环境适应能力强、 生长周期
短、产油量高、不与粮争地等优点而被公认为是解决能源
与环境问题的理想原料[2-4]。
由于微藻生物柴油产业化生产的最大瓶颈是成本
高，其中原料成本占总成本的 75%[5]，因此，降低规模化培
养微藻的成本是降低微藻生物柴油生产成本的关键。 利
用废水培养能源微藻，既可以节约大量水资源和营养盐，
大大降低微藻的培养成本；又可以净化水质，实现废水的
资源化。 小球藻是一种油脂含量高、耐污性强的微藻，可
吸收利用废水中的氮和磷元素作为生长的营养物， 同时
对废水有一定的净化作用， 因此经常被用于各种废水中
培养[6-8]。 本试验利用小球藻抗污性强、高产油的特性，对
豆制品废水培养小球藻生产生物柴油的可行性进行了初
步研究，评价了小球藻对废水的去污效果，为实现利用工
业废水大规模培养能源微藻尊定基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
小球藻（Chlorella vulgaris）购自中科院（武汉）水生生
物研究所淡水藻种库。
BG11 (Blue -Green Medium) 培 养 基 配 方 (mg/L)：
NaNO3，1 500；MgSO4·7H2O，75；CaCl2·2H2O，36；柠檬酸，6；
Na2EDTA，1； 柠檬酸铁铵，6；Na2CO3，20；K2HPO4·H2O，40；
微量元素 (A5): ZnSO4·7H2O，0.222；CuSO4·7H2O，0.079；
MnCl4·4H2O，1.81；Na2MoO4·2H2O，39；Co (NO3)2·6H2O，
0.049；H3BO3，2.86，去离子水定容至 1 000 mL。
豆制品废水取自深圳维他（光明）食品饮料有限公司。
废水经过孔径为 45 μm 筛绢过滤，去除固形物；经高压蒸
汽灭菌后备用。 测定灭菌后废水的化学需氧量（CODcr）为
1 011（±26.87）mg/L、总氮（TN）为 33.55（±1.2） mg/L、总磷
（TP）为 3.57（±0.18） mg/L、铵态氮（NH4+-N）为 7.24（±0.76）
mg/L、硝态氮（NO3--N）为 3.35（±0.21） mg/L、五价磷（PO43--
P）为 2.25（±0.1）mg/L、pH值为 8.8±0.28。
1.2 试验方法
1.2.1 小球藻预培养 无菌条件下，挑选保存在平板上且
生长良好的单一藻株接入 BG11 液体培养基中，维持温度
在 25（±1）℃、2 000 lx 持续光照条件进行大培养，获得足
量小球藻。 将处于对数生长期的藻种在 4 000 r/min 下离
心 5 min，收集浓缩藻液备用。
1.2.2 利用豆制品废水培养小球藻的研究 取经过灭菌
处理的 1 L三角瓶，装入 400 mL 的豆制品废水，加入一定
量的浓缩藻液， 使每个试验条件下的初始藻细胞密度为
1×106个/mL左右。 考察豆制品废水是否可用于小球藻的
收稿日期：2012-08-21
基金项目：深圳市生物产业发展专项资金（JC201005280675A）
作者简介：周连宁（1984-），男，硕士，E-mail：z.l.ning@163.com
广东农业科学 2012 年第 19 期182
C M Y K
DOI:10.16768/j.issn.1004-874x.2012.19.008
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
培养时间（d）
图 2 灭菌处理对小球藻生长的影响
灭菌豆制品废水
未灭菌豆制品废水
OD
68
0
2.50E+08
2.00E+08
1.50E+08
1.00E+08
5.00E+08
0.00E+08细
胞
密
度
（个
/m
l）
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 111213141516171819
培养时间（d）
图 1 豆制品废水对小球藻生长的影响
BG11
豆制品废水
BG11+豆制品废水
表 1 废水培养不同营养组合的试验安排
营养成分
NaNO3
MgSO4·7H2O
CaCl2·2H2O
Citric acid+Ferric ammonium citrate
Na2EDTA
Na2CO3
K2HPO4
Microelements (A5)
1
+
+
+
+
+
－
+
+
2
－
+
+
+
+
－
+
+
3
+
－
+
+
+
－
+
+
4
+
+
－
+
+
－
+
+
5
+
+
+
－
+
－
+
+
6
+
+
+
+
－
－
+
+
7
+
+
+
+
+
－
－
+
8
+
+
+
+
+
－
+
－
注：“+”和“-”分别表示添加和不添加。
培养、高压灭菌处理对小球藻生长的影响、废水中不同营
养组合条件对小球藻生物量的影响以及小球藻对豆制品
废水的净化效果。 每个处理 2次重复，取平均值作为最终
试验结果。
废水中不同营养组合条件对小球藻生物量的影响试
验以 BG11 培养基营养条件为基础，设置 8 组营养组合培
养条件（表 1）。由于培养小球藻时连续通入 2% CO2空气，
不存在碳源不足的问题，因此，8组试验均不加入 Na2CO3。
1.2.3 指标测定 藻干重测定：取 2 mL 小球藻培养液置
于已预先烘干和称重的 2.5 mL 离心管中，10 000 r/min 离
心 2 min，弃去上清液。 加入蒸馏水，在振荡器上重新悬
浮，再次离心，弃去上清液。重复 3 次。将离心管敞口放入
烘箱中，80℃烘至恒重，测定干重。
藻细胞生长浊度法测定：全光谱扫描在 680 nm 波长
下小球藻无光吸收峰， 因此可通过测定 OD680来定性测定
藻细胞密度。
CODcr采用重铬酸钾法（GB 11914-89）；TN采用碱性
过硫酸钾消解紫外分光光度法 (GB 11894-89)，TP采用过硫
酸钾氧化-钼锑抗分光光度法测定 (GB 11893-89)。
2 结果与分析
2.1 废水对小球藻生长的影响
本试验考察了小球藻在 BG11、豆制品纯废水和添加
BG11 培养基营养成分的废水中的生长情况，结果见图 1。
结果显示：在 BG11 培养基和废水 BG11 培养基中，小球
藻在第 8 d 开始迅速增长， 之后进入稳定期， 分别在第
16、17 d 达到最高细胞密度 2.12×108、1.52×108 个/mL；相
对而言，在纯废水培养基中，小球藻在前 11 d 增长速度比
较缓慢，随后停止生长，在第 13 d 达到最高细胞密度，仅
为 6.49×107个/mL。
利用工业废水培养微藻， 一方面可以节约大量的水
资源，同时实现废水资源化利用。 曲春波等 [9]利用啤酒废
水替代蒸馏水，小球藻生长没有受到影响，表明啤酒废水
完全可以用于小球藻的培养。 从本试验小球藻生长曲线
来看，小球藻在 BG11 和废水 BG11 培养基中的生长情况
无明显差别， 表明豆制品废水完全可以替代蒸馏水配制
培养基培养小球藻, 废水中基本上不含有抑制小球藻生
长的物质；相比之下，小球藻在纯废水中生长情况较差，
由于豆制品废水中的 TN 和 TP 均低于 BG11 中的浓度，
因此， 氮磷等营养元素的缺乏可能是导致废水中小球藻
生长缓慢的主要原因， 向废水中添加一定量的营养元素
有可能大大促进小球藻的生长。
2.2 高压灭菌对小球藻生长的影响
本试验考察了豆制品废水灭菌处理与否对小球藻生
长的影响，结果见图 2。 从小球藻的生长曲线来看，小球藻
在经过灭菌处理的豆制品废水中一直处于增长状态，在
第 18 d OD680值达到最高值 2.721；相比之下，在未经过灭
菌处理的废水中，小球藻在前 12 d 获得较慢的增长，之后
停止生长，其最大 OD680值为 1.834。 经统计学分析，废水
的灭菌处理对小球藻的生长有显著性的影响。
本试验结果显示，小球藻在经过高压灭菌处理后的豆
制品废水中的生长状况良好， 但在未经过灭菌处理的废
水中生长情况较差， 其原因可能是未经过灭菌处理的废
水中含有各种细菌微生物， 因此在培养过程中存在菌藻
共生，细菌在生长中消耗营养元素与小球藻产生了竞争，
从而不利于小球藻的生长繁殖。
2.3 废水中不同营养组成条件对小球藻生物量的影响
从图 3 可以看出，在缺硝酸盐、钙离子、柠檬酸铁铵、
EDTA 与微量元素添加的条件下，小球藻的生长同全营养
元素组无明显差异；而从缺镁离子组的生长曲线来看，在
无额外的镁离子补充条件下，相比于其他组，小球藻的生
长明显受到限制。 因此若单纯从 OD680生长来分析，利用
豆制品废水培养小球藻，硝酸根离子、柠檬酸铁铵、EDTA
与微量元素可以不用添加，而 Mg2+则必须补充，无机磷需
要适量补充。
收集藻液，测定不同培养基组成下的细胞干重，结果
发现： 全营养元素培养条件下细胞干重可达 5.40（±0.28）
g/L；相比之下，缺柠檬酸铁铵组、缺 EDTA 组、缺钙离子
组、缺硝酸盐组、缺微量元素组培养条件下，细胞干重差异
不大，分别为 5.00（±0.15）、4.95（±0.21）、4.80（±0.27）、4.70
（±0.14）、4.60（±0.26） g/L；缺磷酸盐组培养条件下，细胞干
183
C M Y K
OD
68
0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
培养时间（d）
图 3 添加不同营养素对小球藻生长的影响
全营养元素
缺硝酸盐
缺镁离子
缺钙离子
缺柠檬酸铁铵
缺 EDTA
缺磷酸盐
缺微量元素
1200
1000
800
600
400
200
0
CO
Dc
r（
m
g/
L）
培养前 培养后
质
量
浓
度
（ m
g/
L）
40
35
30
25
20
15
10
5
0 TN TP
培养前
培养后
图 4 小球藻对豆制品废水的净化效果
COD
重为 3.45（±0.22） g/L，比以上 6 个培养条件都低，表明磷
酸盐对小球藻细胞的生长有较重要影响， 豆制品废水中
磷酸盐需要适量添加；缺镁离子组培养条件下，细胞干重
最低仅为 2.15（±0.22） g/L，表明豆制品废水中镁离子严重
不足，必须补充。 这与上述直观分析相一致。
吕素娟等[10]利用生活废水进行微藻培养中，仅需补充
添加无机氮、无机磷、柠檬酸铁铵以及微量元素，即可较
好地用于微藻的培养，大大的降低了微藻的培养成本。 本
试验研究表明， 利用豆制品废水培养小球藻， 只需添加
Mg2+、氮元素和磷元素。这种差异可能是废水来源不同，导
致废水中营养成分及含量有所不同。
2.4 小球藻对废水的净化作用
本试验采用豆制品废水培养小球藻，结果见图 4。 结
果表明， 豆制品废水培养小球藻前的 CODcr、TN和 TP分
别为 1011（±26.87）、33.55（±1.2）和 3.57（±0.18），培养小球
藻后分别为 274（±8.49）、12（±1.7）、0.54（±1.01）mg/L，去除
率分别为 72.9%、64.2%和 84.9%。
微藻是一种在显微镜下才能辨别形态大小的单细胞
藻类类群， 能够有效的利用太阳能将 N、P 和 CO2等无机
物质合成自身物质而生长[11]。 采用工业废水培养微藻，将
废水深度处理和能源微藻培养相耦合， 利用微藻转移污
水中的 N和 P而净化废水。Woertz等[12]研究利用市政废水
外加 CO2条件下培养生物柴油混合藻类， 同时废水中的
NH4+-N和正磷酸盐几乎完全去除。 其它相关研究也明确
小球藻能够有效降低污水中铵盐、硝酸盐、磷酸盐等物质
浓度[13-15]。 本试验中，小球藻对豆制品废水中 COD、TN 和
TP的去除率分别为 72.9%、64.2%和 84.9%，具有较强的去
污能力和广泛的应用前景。
3 结语
本研究利用豆制品废水作为水源配制培养基培养小
球藻， 考察了豆制品废水培养小球藻的可行性。 结果表
明，豆制品废水中基本上不含有抑制小球藻生长的物质，
可以用于小球藻的培养。 豆制品废水中只需适量添加
Mg2+、氮元素和磷元素，便可获得与全营养培养基获得的
生物量（5.40 g/L）。另外，废水的灭菌处理对小球藻的生长
影响比较大，因此在实际运用中应做好废水的预处理。
利用豆制品废水培养小球藻， 能够有效地去除废水
中的 COD、TN 和 TP， 去除率分别为 72.9% 、64.2%和
84.9%，表明小球藻具有较强的氮磷去除能力。 利用工业
废水培养微藻，既可以净化废水，又可以降低能源微藻的
培养成本，实现能源微藻的再生和减排的双效模式。
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