技术领域
本发明涉及一种养殖微藻的方法和一种养殖微藻与工业废气脱硝联合的方法。
背景技术
能源”与“环境”是新世纪在可持续发展中人类社会所面临的重要问题，一方面，支撑人类现代文明的化石能源是不可再生的，因而世界各国在加紧开发替代能源技术；另一方面，人类在加工和使用化石能源时不可避免地产生严重的废气与污水的排放问题，对气候和人类的生存环境已经造成了严重的影响。这些问题需要有统筹协调的解决方案。
微藻是效率极高的由阳光驱动的“活的化工厂”，通过微藻细胞高效的光合作用，将光能转化为脂肪或淀粉等有机化合物的化学能，并放出O2。利用微藻生产生物能源与化学品可以同时达到“替代化石能源和减少工业废气的排放”双重目的。
然而，在微藻的规模化养殖过程中往往存在很多问题，制约了微藻生物能源的发展。实践表明：氮源的提供形式会严重影响培养微藻的效果。氮源如果以铵盐的形式提供，则必须以较低的浓度，通常小于3.3mmol/L，否则高浓度的铵盐会抑制微藻的生长。在微藻异养过程中可以用氨基酸为微藻提供氮源，但是氨基酸价格昂贵，经济性较差。硝酸盐是微藻养殖中广泛采用的氮源，但在实践中发现：硝酸盐的浓度过高会抑制微藻的生长。尤其是在微藻光能兼养和化能异养的过程中，这两种养殖方式对氮源的需求较大，但在培养基中添加过多的硝酸盐，并不会显著促进微藻的生长。
氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一，不仅会产生光化学烟雾和酸雨，还会导致严重的温室效应。工业排放的废气是大气中NOx的主要来源，因此工业废气的脱硝问题日益受到人们的重视。
工业废气的脱硝方法可分为干法和湿法两种。催化还原法(SCR)与非催化还原法(SNCR)是常用的干法脱硝方法，这两种方法的投资和运行成本较高，并且将NOx还原成了低价值的氮气，没有达到资源化利用NOx的目的。湿法脱硝是将废气中的NOx吸收固定于吸收液中的方法，此类方法的投资和运行成本低，但需要解决两方面的问题，一是工业废气中的NOx主要是NO(一般占90％以上)，而NO极难溶于水，因此需要采取措施来解决NO的溶解度问题；二是吸收过程中难免生成亚硝酸或亚硝酸盐，而亚硝酸或亚硝酸盐是剧毒性物质，因此需要采取措施解决分离或处理问题。
在适宜的氧化度(NO2/NO摩尔比)下，用碱液可以完全吸收NOx。CN1768902A公开了“用过氧化氢、高锰酸钾、亚氯酸钠、次氯酸钙、二氧化氯中的一种或几种作为氧化剂，将NO氧化后，再用碱液吸收”。研究发现，单一的过氧化氢溶液氧化NO效果并不理想，然而使用多种氧化剂来氧化NO，必然使吸收液成分变得复杂，将难以进行后续的资源化利用。
CN 102188891 A公开了一种采用浓硝酸、碱液两步吸收NOx的方法，该方法通过消耗2mol的浓硝酸可以氧化1mol的NO得到3mol的NO2，使NOx的氧化度提高，再用碱液可以达到完全固定NO的效果。然而，如果用该方法处理主要含NO的大量工业废气，不仅会消耗大量的硝酸，而且在中间过程中将生成近3倍于原含量的NOx，因此还会消耗大量的碱。另外，该方法会生成大量的亚硝酸盐，如何分离、利用或处理这些有毒的亚硝酸盐成为难题。
现有文献表明，采用过氧化氢/硝酸水溶液为吸收液的湿法脱硝方法中，效果比较好的有两种，一是采用高浓度硝酸/低浓度过氧化氢的水溶液 吸收低氧化度的NOx，比如USP 4341747中提及的方法；二是采用高浓度过氧化氢/低浓度硝酸的水溶液吸收低氧化度的NOx，比如CN 102407068A中提及的方法。
现有文献表明，低浓度过氧化氢/低浓度硝酸的水溶液对低氧化度NOx的吸收率很低，因此不适合处理主要含NO的工业废气，比如《Effect of Temperature on NOx Absorption into Nitric Acid Solutions Containing Hydrogen Peroxide》，Ind.Eng.Chem.Res.1998,37,4418-4423。
大量消耗的氮源对规模化养殖微藻而言是昂贵的，如果能将养殖微藻与工业废气脱硝结合起来，一方面可以利用NOx为微藻生长提供氮肥，从而降低养殖微藻的成本；另一方面又可以净化废气、减少NOx的排放，产生更大环境效益。已有一些文献公开了“将工业废气直接通入微藻养殖器进行脱硝方法”，然而这些方法均存在以下难以解决的问题：①利用微藻进行工业废气脱硝必须解决限制其商业化的一些问题，比如养殖微藻需要光照和温暖的气候条件，而天气变化必然导致微藻脱硝效率的变化，“直接通入工业废气”将难以匹配废气排放工况与微藻养殖工况，造成两段工艺互相影响，无法满足实际生产的减排要求；②一氧化氮(NO)是NOx的主要成分，而NO在水中的溶解度极低，因此“直接通入工业废气”无法解决NOx中大量NO不溶于水而难以吸收的问题。
通常，光能自养的效率小于30g.m-2.d-1,室外大规模培养的效率一般低于10g.m-2.d-1，以这样的效率进行工业废气脱硝会占用大量的土地，因此有必要进一步提高微藻的养殖效率。添加有机碳源进行异养培养或光能兼养是加速微藻生长的可行方法，然而在添加有机碳源后，藻液极易遭受有害细菌的污染，导致细菌的生长显著快于微藻的生长，从而导致微藻养殖失败。采用封闭的养殖体系并进行严格的灭菌可实现无菌状态，然而对于大规模养殖微藻而言，这种方法的成本过于昂贵。
规模化养殖微藻需要大量的水，如果不对其进行循环利用，则会大大增加用水成本。某些情况下，难以对养殖用水循环利用，比如用金属盐作为营养源时，循环养殖用水会使金属离子在养殖水体中累积，导致其盐度不断增加，而高盐度通常对微藻的生长有明显的抑制作用。
发明内容
本发明的第一个目的是提高微藻的养殖效率，特别是提高异养培养和光能兼养的养殖效率。本发明的第二个目的是避免异养培养和光能兼养时的无菌操作。本发明的第三个目的是将微藻养殖与工业废气脱硝有机地结合起来，既能够利用NOx为微藻生长提供氮源，又能避免因废气排放与微藻养殖工况不同而造成的相互影响。本发明的第四个目的是，用硝酸/过氧化氢的水溶液对工业废气脱硝，以避免生成有毒的亚硝酸；同时提高该过程的过氧化氢利用率。
具体而言，本发明包括以下内容。
1.一种养殖微藻的方法，养殖微藻的培养基中，氮源、磷源和碳源中的至少一种以碱金属营养盐的形式提供，其特征在于；养殖过程中，用硝酸和/或亚硝酸调节藻液的pH值。
2.按照1所述的方法，其特征在于，养殖微藻的培养基中，氮源以碱金属硝酸盐和/或碱金属亚硝酸盐的形式提供。
3.按照1所述的方法，其特征在于，微藻的养殖方式为异养培养或光能兼养。
4.按照3所述的方法，其特征在于，所使用的有机碳源选自糖、有机酸、有机酸盐、醇、纤维素水解物和与淀粉水解物中的至少一种；优选葡萄糖、果糖、乙酸、乙酸钠、乳酸、乙醇、甲醇和纤维素水解物中的至少一种，更优选葡萄糖。
5.按照3所述的方法，其特征在于，所使用的有机碳源的浓度控制在1g/L藻液～30g/L藻液，优选控制在2g/L藻液～10g/L藻液。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，养殖方式为光能自养或光能兼养时，光强为1000～200000勒克斯。
7.按照1所述的方法，其特征在于，还包括从收获的藻液中分离出微藻，并将分离出微藻后获得的养藻残液循环用于养殖微藻的步骤。
8.按照3所述的方法，其特征在于，养殖过程中，向藻液中加入EM菌(EM菌的加入量为1×106个/L藻液～9×108个/L藻液，优选为1×107个/L藻液～5×108个/L藻液)。
9.一种养殖微藻和工业废气脱硝的联合方法，包括以下步骤：
(1)养殖微藻的步骤；该步骤中，养殖微藻的培养基中，氮源、磷源和碳源中的至少一种以碱金属营养盐的形式提供；
(2)将工业废气中的NOx转化为硝酸和/或亚硝酸的步骤；
(3)用步骤(2)中获得的硝酸和/或亚硝酸，调节步骤(1)中养殖过程的藻液pH值。
10.按照9所述的方法，其特征在于，步骤(1)的培养基中，氮源以碱金属硝酸盐和/或碱金属亚硝酸盐的形式提供。
11.按照9所述的方法，其特征在于，步骤(1)的养殖方式为异养培养或光能兼养。
12.按照11所述的方法，其特征在于，所使用的有机碳源选自糖、有机酸、有机酸盐、醇、纤维素水解物和与淀粉水解物中的至少一种；优选葡萄糖、果糖、乙酸、乙酸钠、乳酸、乙醇、甲醇和纤维素水解物中的至少一种，更优选葡萄糖。
13.按照11所述的方法，其特征在于，所使用的有机碳源的浓度控制在1g/L藻液～30g/L藻液，优选控制在2g/L藻液～10g/L藻液。
14.按照9所述的方法，其特征在于，步骤(1)的养殖方式为光能自养或光能兼养时，光强为1000～200000勒克斯。
15.按照9所述的方法，其特征在于，步骤(1)的养殖过程中，向藻液中加入EM菌(EM菌的加入量为1×106个/L藻液～9×108个/L藻液，优选为1×107个/L藻液～5×108个/L藻液)。
16.按照9所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，采用湿法脱硝将工业废气中的NOx转化为硝酸；湿法脱硝中的吸收液由0.5m％～58m％的硝酸、0.001m％～25m％的过氧化氢和余量水组成。
17.按照14所述的方法，其特征在于，吸收液由由10m％～25m％的硝酸、0.1m％～1m％的过氧化氢和余量水组成。
本发明取得了如下的技术效果。
根据本发明，在养殖微藻的过程中，用硝酸和/或亚硝酸调节藻液的pH值，大大提高了养殖微藻的效率。
根据本发明，微藻养殖与工业废气脱硝是两个相对独立的过程，避免了因废气排放与微藻养殖工况不同而造成的相互影响，避免了大量NO不溶于水而难以吸收的问题，不需要额外的碱液就能利用工业废气中的NOx为微藻提供氮源，这使得本发明的方法养殖成本更低。
本发明避免了金属离子的累积问题，使养殖水体得以循环利用。
根据本发明，在藻液中加入EM菌，能够有效地抑制有害细菌的繁殖，大幅度提高微藻的生长速率。这一特点使本发明在异养培养或光能兼养时，不需要进行消毒灭菌，因此使本发明具有更大的优势。
根据本发明，采用低浓度过氧化氢和低浓度硝酸的水溶液对工业废气脱硝，过氧化氢的分解率更低、有效利用率很高。
根据本发明，在对工业废气脱硝的同时生产稀硝酸，该稀硝酸中不含有毒的亚硝酸，更有利于将其用作养殖微藻的氮源。
附图说明
图1为小球藻生长曲线。
图2为螺旋藻生长曲线。
图3为实施例6～9及对比例4的微藻生长曲线。
图4为实施例10～13的微藻生长曲线。
具体实施方式
以下详细说明本发明的具体实施方式，但是需要指出的是，本发明的保护范围不受这些具体实施方式的限制，而是由权利要求书来确定。
除非另有定义，本说明书所用的所有技术和科学术语都具有本领域技术人员常规理解的含义。在有冲突的情况下，以本说明书的定义为准。
在本说明书的上下文中，除了明确说明的内容之外，未提到的任何事宜或事项均直接适用本领域已知的那些而无需进行任何改变。而且，本文描述的任何实施方式均可以与本文描述的一种或多种其他实施方式自由结合，由此形成的技术方案或技术思想均视为本发明原始公开或原始记载的一部分，而不应被视为是本文未曾披露或预期过的新内容，除非本领域技术人员认为该结合明显不合理。
本发明所公开的所有特征可以任意组合，这些组合应被理解为本发明所公开的内容，除非本领域技术人员认为该组合明显不合理。本说明书所公开的数值点，不仅包括具体公开的数值点，还包括各数值范围的端点，这些数值点所任意组合的范围都应被视为本发明已公开或记载的范围，不论本文中是否一一公开了这些数值对。
(一)养殖微藻的方法
一种养殖微藻的方法，养殖微藻的培养基中，氮源、磷源和碳源中的至少一种以碱金属营养盐的形式提供，其特征在于；养殖过程中，用硝酸和/或亚硝酸调节藻液的pH值。
根据本发明，养殖方式可以是光能自养(在光照下，仅利用无机碳源比如CO2生长)、异养培养(异养培养是指仅利用有机碳源生长)或光能 兼养(光能兼养是指，在光照下同时利用无机碳源比如CO2和有机碳源生长)。
微藻生长需要必要的条件，比如适宜的温度，充足的光照(光能自养或光能兼养)，足够的水、CO2以及氮肥、磷肥等营养物质，调控藻液中的溶解氧、pH值在合适的范围内等。尽管对于不同的微藻，这些条件不尽相同，但这些都是本领域已知的。
一般而言，培养温度为15～40℃，较佳的温度为25～35℃；藻液pH值为6～11，较佳的藻液pH值为7～9。光能自养或光能兼养时，光强为1000～200000勒克斯，较佳的光强为5000～150000勒克斯。
本发明对微藻的种类没有限制。根据本发明，优选养殖那些适于产油的微藻，这样既可以获得生物能源，又可以减排废气污染物。
尽管异养培养或光能兼养会因使用有机碳源而增加部分养殖成本，但其养殖效率也大为提高，使后续加工过程得以简化，因此如果能够避免无菌养殖，就能够避免消耗大量蒸汽对系统进行严格灭菌处理，从而大幅降低养殖成本。根据本发明，特别优选那些能异养培养或光能兼养的微藻，比如小球藻、栅藻、螺旋藻或单针藻。令人惊讶的是，以异养培养或光能兼养方式培养这些微藻时，只要加入一定数量的EM菌，即使不进行消毒灭菌，养殖也会顺利进行，微藻的生长速率大大加快，即使水源含有大量有害细菌和/或敞开养殖，结果也是如此；而不加入EM菌时，异养培养或光能兼养通常会失败。
根据本发明，所述的异养培养或光能兼养中，优选不进行灭菌操作，也不加入杀菌剂，而是加入EM菌。
所述的EM菌(Effective Microorganisms)属于现有技术，其主要由属于光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、革兰氏阳性放线菌群、发酵系的丝状菌群的几十种微生物组成，是一种市售的活菌制剂。所述的EM菌既 可根据已有知识自行配制，也可以通过商购获得，使用前需根据已有知识或商购制剂的说明进行发酵。
根据本发明，EM菌的用量应满足加速微藻生长的需要，既不能因用量过少而不起作用，又不能因用量过大而与微藻竞争消耗过多的营养物质。任何EM菌的加入方式(比如一次性加入或分多次加入)及任何的EM菌用量都是可用的，只要能满足加速微藻生长的需要。
根据本发明，EM菌的加入量优选为1×106个/L藻液～9×108个/L藻液；更优选为1×107个/L藻液～5×108个/L藻液。
根据本发明，进行异养培养或光能兼养时，可用的有机碳源包括但不限于糖、有机酸、有机酸盐、醇、纤维素水解物和淀粉水解物中的至少一种；比如可选自葡萄糖、果糖、乙酸、乙酸钠、乳酸、乙醇、甲醇和纤维素水解物中的至少一种，较佳的选择是葡萄糖。
根据微藻生物量的增长情况以及培养液中营养物质的消耗情况，需要及时补充不足的营养物质。根据本发明，任何补加营养物质的方式都是可用的，比如分段补加或连续补加，只要能将营养物质的量控制在合适的范围内即可。
根据本发明，进行异养培养或光能兼养时，一般将有机碳源的浓度控制在1g/L藻液～30g/L藻液，优选控制在2g/L藻液～10g/L藻液。有机碳源可以一次性加入，也可以分多次加入。
根据本发明，所述碱金属营养盐中，金属离子为钠和/或钾。
根据本发明，所述的氮源优选为碱金属硝酸盐和/或碱金属亚硝酸盐。
根据本发明，所述的磷源优选为碱金属磷酸盐和/或碱金属磷酸氢盐。
根据本发明，所述碳源的一部分可以为碱金属碳酸盐和/或碱金属碳酸氢盐。
根据本发明，采用光能自养时，全部或大部分的碳源以CO2的形式提供。
根据本发明，所述的氮源、磷源、碳源的用量按现有已知的技术提供，比如以氮原子计，氮源的用量为0.1～400mmol/L，优选为10～300mmol/L，更进一步优选为20～200mmol/L。
根据本发明，还包括从收获的藻液中分离出微藻，并将分离出微藻后获得的养藻残液循环用于养殖微藻的步骤。
(二)养殖微藻与工业废气脱硝联合的方法
一种养殖微藻和工业废气脱硝的联合方法，包括以下步骤：
(1)养殖微藻的步骤；该步骤中，养殖微藻的培养基中，氮源、磷源和碳源中的至少一种以碱金属营养盐的形式提供；
(2)将工业废气中的NOx转化为硝酸和/或亚硝酸的步骤；
(3)用步骤(2)中获得的硝酸和/或亚硝酸，调节步骤(1)中养殖过程的藻液pH值。
步骤(1)的内容与前述养殖微藻的方法相同，本发明不再赘述。
根据本发明，对工业废气中的NOx含量没有特别的限制。一般而言，工业废气中的NOx含量在几百ppm(体积)至几千ppm不等，比如在100ppm至5000ppm之间。
根据本发明，所述的工业废气中，以NOx的总量计，NO所占的摩尔分数≥80％；进一步地，所述的工业废气中，以NOx的总量计，NO所占的摩尔分数≥90％。
根据本发明，步骤(2)可采用任何已有的方法将工业废气中的NOx转化为硝酸和/或亚硝酸。
有些微藻不能够代谢NO2-，当养殖这些微藻时，需要选择适当的固定NOx的方法，以使NOx大部分或全部转化为NO3-。根据本发明，已知适当的方法都是可用的，比如以硝酸/双氧水为吸收剂的氧化吸收法。
根据本发明，优选养殖那些能同时代谢NO3-和NO2-的微藻，比如本发 明筛选出的小球藻、单针藻、栅藻或螺旋藻，此时不存在转化NO2-的问题。
根据本发明，步骤(2)中，优选采用湿法脱硝将工业废气中的NOx转化为硝酸；湿法脱硝中的吸收液由0.5m％～58m％的硝酸、0.001m％～25m％的过氧化氢和余量水组成。
本发明人研究发现，尽管采用高浓度硝酸/低浓度过氧化氢的水溶液或高浓度过氧化氢/低浓度硝酸的水溶液，都能够有效吸收低氧化度的NOx，然而这两种方法均存在过氧化氢分解较快、损耗较大的缺陷。在低浓度过氧化氢/低浓度硝酸的水溶液中，过氧化氢的分解较慢，然而低浓度过氧化氢/低浓度硝酸的水溶液对低氧化度NOx的吸收活性很低。本发明人经过深入研究意外发现，尽管在初始阶段，低浓度过氧化氢/低浓度硝酸的水溶液对低氧化度NOx的吸收活性很低，但随着时间的延长，该水溶液对低氧化度NOx的吸收活性缓慢升高，经过一段时间后，该水溶液对低氧化度NOx的吸收活性进入高水平的稳定期。
根据本发明，前述的湿法脱硝中，所述吸收液优选由10m％～25m％的硝酸、0.1m％～1m％的过氧化氢和余量水组成；更优选由10m％～25m％的硝酸、0.2m％～1m％的过氧化氢和余量水组成。如前所述，该组成的吸收液初始脱硝活性很低，必须经过一个活化的步骤，才能满足对工业废气脱硝的要求。该活化步骤包括：将由10m％～25m％的硝酸、0.1m％～1m％的过氧化氢和余量水组成的溶液与含NOx的气体接触，当所述溶液的脱硝活性不再持续上升时，即完成活化步骤；所述含NOx的气体中，以NOx的总量计，NO所占的摩尔分数≥80％。所述用于活化吸收液的含NOx的气体，可以为所述的工业废气。
根据本发明，前述的湿法脱硝中，脱硝温度可以为-10℃～40℃，脱硝压力可以为0.1Mpa～1Mpa；优选的脱硝温度和压力为常温(10℃～40℃)和常压。
根据本发明，对前述湿法脱硝中工业废气与活性吸收液的接触方式没有特别的限制，比如可采用下述的(A)、(B)、(C)之一或其任意的组合：
(A)工业废气以气泡形态分散在吸收液中；
(B)吸收液以液滴状分散在工业废气中；
(C)液体以膜状运动与工业废气进行接触。
优选的情况下，采用上述的(A)方式。
根据本发明，所述的湿法脱硝中，可采用一个吸收塔或多个串联的吸收塔；优选采用一个吸收塔或2～3个串联的吸收塔。本发明对吸收塔的类型没有特别的限制，比如可采用下述之一或其任意的组合：板式吸收塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔、将吸收液以液滴状分散在气相中的喷雾塔、填料吸收塔和降膜吸收塔；优选采用鼓泡吸收塔或搅拌鼓泡吸收塔。
本发明中，所述的脱硝活性是指处理后工业废气的NOx含量占处理前工业废气的NOx含量的摩尔分数。
下面通过实施例详细说明本发明。
藻液光密度值(OD680值)测定：光密度值用分光光度计测定，以蒸馏水作对照，测定藻液在波长680nm处的吸光值，作为微藻浓度的指标。
溶液氮含量的测定：采用ICS3000型离子色谱仪(美国Dionex公司)测定水溶液中的NO3－含量或者NO2-含量，仪器配有EG40淋洗液自动发生器、电导检测器和变色龙色谱工作站；IonPac AS11-HC型分离柱(250mm×4mmi.d.)；IonPac AG11型保护柱(50mm×4mm i.d.)；ASRS-ULTRA阴离子自身抑制器。淋洗液：KOH溶液；流速为1mL/min；淋洗液浓度：30mmol/L；进样量为60μL；柱温为30℃；抑制电流100mA；外标法峰面积定量。
细菌计数：按以下步骤进行细菌计数
1.样品洗涤：吸取1ml样品，用1×PBS洗涤2-3次；2.初步分离：根据藻类和细菌离心力的不同，首先用1000rpm离心2min，初步分离藻类 (细菌在上清液中，藻类呈沉淀)；如果藻类含量较高时，再次重复；3.收集上清，此时上清中的藻类数量可忽略不计，8000rpm离心5min，弃上清；4.用500ul细菌破膜剂重悬沉淀，室温反应15min；5.8000rpm离心5min，用1×PBS洗涤2次菌液；6.加入100ul 1×PBS重悬菌体，加入5ul PI染液母液，室温反应30min；7.荧光显微镜下观察细菌并计数，4个大方格内细菌数量最高为1000个，大于1000个时，稀释菌液一定倍数重新计数；8.计算公式：
所测溶液中细菌密度＝计数结果/4×稀释倍数×4×104个/ml
主要试剂耗材：
所用试剂耗材 生产厂家 PI Viability Staining Solution 四正柏Cat No.FXP002 破膜剂 锐尔康Cat No.REK3004 磷酸缓冲液(10×PBS，pH7.4，细胞培养级，无菌) 锐尔康Cat No.REK3013 细胞爬片 NEST
主要仪器：
所用仪器 生产厂家 计数板 上海精密仪器 荧光显微镜 Olympus BX-51
微藻的培养基：培养基成分见表1～表7。
表1培养基BG11
组分 组成，mg/L K2HPO4·3H2O 40 NaNO3 1500 Na2CO3 20
MgSO4·7H2O 75 CaCl2·2H2O 36 柠檬酸 6 柠檬酸铁铵 6 EDTA钠 1 微量元素A5(表2) 1
表2微量元素A5
组分 组成，mg/L H3BO3 2860 MnCl2·4H2O 1810 ZnSO4·7H2O 222 CuSO4·5H2O 79 NaMoO4·5H2O 390 Co(NO3)2·6H2O 50
表3Z氏培养基
组分 组成，g/L KH2PO4·3H2O 0.41 NaNO3 2.5 NaHCO3 16.8 NaCl 1.0 MgSO4·7H2O 0.20 K2SO4 1.0
CaCl2·2H2O 0.04 FeSO4·7H2O 0.01 EDTA钠 0.08 微量元素A5(表4) 1ml 微量元素A6(表5) 1ml
表4微量元素A5
组分 组成，g/L H3BO3 2.86 MnCl2·4H2O 1.8 ZnSO4·7H2O 0.22 CuSO4·5H2O 0.08 MoO3 0.01
表5微量元素A6
组分 组成，mg/L NH4VO3 22.9 NiSO3·7H2O 47.8 Ti2(SO4)3 40 NaWO4 17.9 Co(NO3)2·6H2O 4.4
表6异养培养基
表7微量元素
组分 组成，g/L H3BO3 2.86 MnCl2·4H2O 0.11 ZnSO4·7H2O 9.22 CuSO4·5H2O 1.00 (NH4)6Mo7O24·4H2O 0.10 Co(NO3)2·6H2O 0.90
EM菌：实施例中所用的益生菌为康源绿洲生物科技有限公司生产的如金益生菌，使用前按其说明进行激活处理，PH<4。
对比例1
本对比例用于说明用低浓度NH4HCO3培养小球藻的效果。
采用BG11培养基(表1和2)培养小球藻(中科院水生生物研究所提供)， 将BG11培养基中的氮源改为NH4HCO3，氮源浓度为3.3mmol/L，该氮源浓度远低于BG11培养基中的氮源浓度(17.6mmol/L)。藻种起始浓度OD680为0.5，通入压缩空气培养，控制温度为20～30℃之间。培养过程中采用自然日光培养，白天光照强度最高可达60000lux。其生长曲线见图1。
对比例2
本对比例用于说明用低浓度NaNO3培养小球藻的效果。
与对比例1的不同之处仅在于：将培养基中的氮源改为NaNO3。每天检测藻液的OD680值，其生长曲线见图1。
对比例3
本对比例用于说明用极高浓度NaNO3培养小球藻的效果。
与对比例1的不同之处在于：将培养基中的氮源改为NaNO3，氮源浓度增加至176mmol/L，该氮源浓度远高于BG11培养基中的氮源浓度(17.6mmol/L)。每天检测藻液的OD680值，其生长曲线见图1。
实施例1
本实施例用于说明本发明在自养培养小球藻时的效果。
本实施例与对比例1的不同之处仅在于：氮源及其浓度仍采用BG11培养基的配方，培养后期当pH值高于10时，补充硝酸将pH调整在合适的范围内，每天检测藻液的OD680值，其生长曲线见图1。
实施例2
本实施例用于说明本发明在自养培养螺旋藻时的效果。
采用Z氏培养基(表3、4和5)养殖螺旋藻(中科院水生生物研究所提 供)，藻种起始浓度OD680为0.3，通入压缩空气培养，控制温度为20～30℃之间，当pH值高于10.5时，补充硝酸将pH调整在合适的范围内。培养过程中采用自然日光培养，白天光照强度最高可达60000lux。每天检测藻液的OD680值，其生长曲线见图2。
实施例3
本实施例用于说明本发明在兼养培养小球藻时的效果(不进行灭菌操作)。
本实施例与同对比例1的不同之处仅在于：采用小球藻异养培养基(表6和7)，培养过程中每三天添加2g/L葡萄糖和0.5ml/L已发酵的EM菌液，当pH值高于10时，补充硝酸将pH调整在合适的范围内。每天检测藻液的OD680值，其生长曲线见图1。
实施例4
本实施例用于说明本发明在兼养培养螺旋藻时的效果(不进行灭菌操作)。
本实施例与实施例2的不同之处仅在于：培养过程中，每三天添加2g/L葡萄糖和0.5ml/L已发酵的EM菌液，当pH值高于10.5时，补充硝酸将pH调整在合适的范围内。每天检测藻液的OD680值，其生长曲线见图2。
实施例5
本实施例用于说明本发明在无菌异养培养小球藻时的效果。
小球藻与对比例1相同，采用小球藻异养培养基(表6和7)进行异养培养，藻种起始浓度OD680为0.5，通入压缩空气，在无菌、无光状态下培养，控制温度为20～30℃之间。当葡萄糖消耗殆尽时及时添加葡萄糖10g/L；当 pH值高于10时，补充硝酸将pH调整在合适的范围内。每天检测藻液的OD680值，其生长曲线见图1。
由图1～2可见，采用本发明的方法，能提高微藻的生长效率。如果在养殖初期大量添加硝酸盐，则高浓度硝酸盐并不会显著促进微藻的生长。
实施例6～13用于说明“在大量添加有机碳源的情况下，EM菌对微藻代谢无机氮源的影响”。
实施例6
首先采用BG11培养基(按表1、2添加营养成分，培养液不进行灭菌处理)培养小球藻(来自中国石化微藻藻种库，编号Chlorella sp.RIPP-1)；当OD680值为4时，按表3规定量补加一次异养培养基营养成分。控制温度为20～30℃之间，通入压缩空气与CO2培养，当藻液PH>10时通入CO2，当藻液PH<7.5时停止通入CO2。培养过程中采用自然日光培养，白天光照强度最高可达60000勒克斯，添加2g/L的葡萄糖，并按2.9×107个/L藻液的量添加EM菌，每天检测藻液的OD680值；培养1天后再次加入10g/L的葡萄糖，并按3.6×107个/L藻液补加EM菌；培养至第5天时再次补加葡萄糖10g/L，养殖过程中监测藻液的细菌计数最高为9.7×106个/mL藻液，连续培养8天后收获，最后一次加入葡萄糖后停止通入CO2，结束养殖时藻液PH值为8.6，离心分离得到藻泥与养藻残液。分析养藻残液中的NO3－与NO2－的总含量<10μg/g。微藻的生长曲线见图3。
实施例7
本实施例与实施例6的区别仅在于：培养微藻为单针藻(来自中国石化微藻藻种库，编号Monoraphidium dybowskii.RIPP-50)。养殖过程中监测藻液的细菌计数最高达到了4.6×107个/mL藻液，测得培养结束 时藻液的pH自然升高到8.2，分析养藻残液中的NO3－与NO2－的总含量<200μg/g。微藻的生长曲线见图3。
实施例8
本实施例与实施例6的区别仅在于以下方面：第一次的EM菌添加量为7.9×107个/L藻液，不添加第二次的EM菌；并且第二次添加的葡萄糖量为30g/L，不添加第三次葡萄糖。养殖过程中监测藻液的细菌计数最高为2.6×107个/mL藻液，测得培养结束时藻液的pH自然升高到8.2，分析养藻残液中的NO3－与NO2－的总含量<10μg/g。微藻的生长曲线见图3。
实施例9
本实施例与实施例8的区别仅在于：培养微藻为单针藻(来自中国石化微藻藻种库，编号Monoraphidium dybowskii.RIPP-50)。养殖过程中监测藻液的细菌计数最高达到了5.2×107个/mL藻液，测得培养结束时藻液的pH自然升高到7.8，分析养藻残液中的NO3－与NO2－的总含量<200μg/g。微藻的生长曲线见图3。
对比例4
本对比例与实施例6的区别仅在于：不添加EM菌。监测培养过程中藻液细菌计数最高为13.6×108个/mL藻液，测得培养结束时藻液的pH自然升高到7.2。微藻的生长曲线见图3。
从图3中可见，添加EM菌大大促进了微藻的生长并迅速消耗了无机氮源。
实施例10
首先采用BG11培养基(按表1、2添加营养成分，培养液不进行灭菌处理)培养小球藻；当OD680值为4时，按表3规定量补加一次异养培养基营养成分。控制温度为20～30℃之间，通入压缩空气与CO2培养，当藻液PH>10时通入CO2，当藻液PH<7.5时停止通入CO2。培养过程中采 用自然日光培养，白天光照强度最高可达60000勒克斯，小球藻接种后首先在光照自养条件下培养2天，然后添加2g/L的葡萄糖，并按1.8×108个/L藻液的量添加EM菌，每天检测藻液的OD680值；培养3天后再次加入10g/L的葡萄糖，并按1.8×108个/L藻液补加EM菌；培养2天后再次补加葡萄糖10g/L，养殖过程中监测藻液的细菌计数最高为2.9×107个/mL藻液，连续培养14天后收获，最后一次加入葡萄糖后停止通入CO2，结束养殖时藻液PH值为9.2，离心分离得到藻泥与养藻残液。分析养藻残液中的NO3－与NO2－的总含量<10μg/g。微藻的生长曲线见图4。
实施例11
本实施例与实施例10的区别仅在于以下方面：不添加第二次的EM菌；并且第二次添加的葡萄糖量为30g/L，不添加第三次葡萄糖。养殖过程中监测藻液的细菌计数最高为2.9×107个/mL藻液，测得培养结束时藻液的pH自然升高到9.3，分析养藻残液中的NO3－与NO2－的总含量<10μg/g。微藻的生长曲线见图4。
实施例12
本实施例与实施例10的区别仅在于：BG11培养基中NaNO3替换为KNO3，并且KNO3添加量为0.5g/L。养殖过程中监测藻液的细菌计数最高为1.3×107个/mL藻液，测得结束养殖时藻液的PH值为9.4，分析养藻残液中的NO3－与NO2－的总含量<10μg/g。微藻的生长曲线见图4。
实施例13
本实施例与实施例11的区别仅在于：BG11培养基中的NaNO3替换为KNO3，并且KNO3添加量为0.5g/L。养殖过程中监测藻液的细菌计数最高为1.7×107个/mL藻液，测得结束养殖时藻液的PH值为9.3，分析养藻残液
中的NO3－与NO2－的总含量<10μg/g。微藻的生长曲线见图4。
从图4中可见，以硝酸钾或硝酸钠作为氮源，添加EM菌均促进了微 藻的生长。
实施例14
本实施例用于说明硝酸或H2O2浓度变化对过氧化氢分解速率的影响。
配制不同浓度的硝酸/H2O2水溶液，10天后测定H2O2的浓度，计算不同浓度的硝酸/H2O2水溶液中的H2O2分解率，计算结果见表8。(用GB1616-2003的方法测定过氧化氢浓度)
表8
表8可见，不论提高硝酸浓度，还是提高过氧化氢浓度，都导致过氧化氢的损耗显著增加。
实施例15
本实施例用于说明本发明对低浓度NOx的脱硝效果。
模拟废气用NO、NO2和氮气配制，NO的浓度为500ppm(体积)，NO2的浓度为20ppm(体积)。吸收液由15m％的硝酸、0.4m％的过氧化氢和余量水组成。吸收装置采用玻璃塔，玻璃塔直径为100mm，高为700mm；在玻璃塔的底部设有筛板，筛板孔径为16μm～30μm；塔内装有3000ml吸收液；模拟废气的流速为150L/h；试验在常温、常压下进行。试验结果见表9。(用GB/T14642-2009的方法测定，发现试验后的吸收液中无亚硝酸根)
表9
表9可见，在脱硝初始阶段，吸收液的脱硝活性很低，随时间增加，吸收液脱硝活性缓慢持续增加，16小时后吸收液的脱硝活性进入稳定期，此时的脱硝率达到90％以上。
实施例16
本实施例用于说明本发明对低浓度NOx的脱硝效果。
本实施例与实施例15的不同之处仅在于：过氧化氢的浓度为1m％，硝酸的浓度为25m％。试验结果见表10。(用GB/T14642-2009的方法测定，发现试验后的吸收液中无亚硝酸根)
表10
时间/h 1 2 4 8 12 16 20 出口NO/ppm 430 400 330 220 100 36 27 出口NO2/ppm 0 0 0 0 0 2 11 出口NOx/ppm 430 400 330 220 100 38 38
实施例17
本实施例用于说明，本发明采用单塔时对高浓度NOx的脱硝效果。
本实施例与实施例15的不同之处仅在于：过氧化氢的浓度为0.3m％， 硝酸的浓度为15m％；模拟废气中，NO的浓度为3200ppm(体积)，NO2的浓度为100ppm(体积)。试验结果见表11。(用GB/T14642-2009的方法测定，发现试验后的吸收液中无亚硝酸根)
表11
时间/h 1 2 4 8 12 16 20 24 30 35 40 45 出口NO/ppm 2310 1900 1600 1400 1300 1250 1200 1000 830 750 800 830 出口NO2/ppm 60 50 35 35 30 30 50 120 290 320 290 260 出口NOx/ppm 2370 1950 1635 1435 1330 1280 1250 1120 1110 1070 1090 1090
实施例18
本实施例用于说明采用高浓度H2O2时的脱硝效果。
本实施例与实施例15的不同之处仅在于：过氧化氢的浓度为2.5m％，硝酸的浓度为15m％。试验结果见表12。
表12
时间/h 1 2 4 8 12 16 20 NO/ppm 59 20 50 30 25 25 35 NO2/ppm 14 25 15 20 20 15 10 NOx/ppm 73 45 75 50 45 40 35
实施例19
本对比例用于说明采用高浓度硝酸时的脱硝效果。
本对比例与实施例15的不同之处仅在于：过氧化氢的浓度为0.4m％，硝酸的浓度为35m％。试验结果见表13。用GB/T14642-2009的方法测定，发现试验后的吸收液中无亚硝酸根。
表13
时间/h 1 2 4 8 12 16 20 NO/ppm 57 6 11 9 9 10 11 NO2/ppm 30 43 37 32 32 33 32 NOx/ppm 87 49 48 41 41 43 43