[发明专利]一种微藻和甲烷氧化菌共生强化沼气制取生物油脂的膜生物反应器和菌藻共生体系

说明书

本发明公开了一种微藻和甲烷氧化菌共生强化沼气制取生物油脂的膜生物反应器和菌藻共生体系，所述膜生物反应器包括液相室、气相室、防水透气平板膜、光照系统和用于气压检测和气流控制的气体控制系统、反应器本体，防水透气平板膜设置于反应器本体内部，将其内部空间分隔为上下两部分，上部空间为透明且能实现密闭的液相室，下部空间为能实现密闭的气相室，光照系统设置在液相室的上方，气体控制系统与气相室连接。本发明提供的反应器建立了甲烷氧化菌和微藻的共生体系，二者分别利用沼气中含有的甲烷和二氧化碳，紧密联系了二氧化碳循环和氧循环，不依赖其他营养物质的添加，产生高附加值的生物油脂并同时去除废水中的氮磷。

技术领域

本发明属于水处理和可再生能源领域，具体涉及一种微藻和甲烷氧化菌共生强化沼气制取生物油脂的膜生物反应器和菌藻共生体系。

背景技术

沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体，其中主要包含50％～70％的甲烷和30％～50％的二氧化碳。沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外，还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。但沼气中二氧化碳的存在降低了沼气的热值，影响了沼气的直接利用效率，而经过分离去除二氧化碳等不可燃气体来提高燃烧热值，将导致成本提升。微藻结构简单，光合效率高，培养周期短，微藻经过光合作用，利用二氧化碳生成氧气，同时去除水体中氮、磷等营养元素，并且藻类细胞中所含有的蛋白质、碳水化合物、油脂等成分具有极大的开发利用价值。

甲烷氧化菌，是以甲烷作为唯一碳源和能源进行同化和异化代谢的微生物，其利用甲烷做电子供体，氧气做电子受体，代谢氧气和甲烷合成自身细胞。

防水透气膜是一种新型的高分子材料，具有只防水透气的特点，气体可以通过膜孔渗透到另一侧，而液体则不能通过膜孔，因此，防水透气膜在水的生物处理领域得到了关注，生物膜附着在膜表面，膜另一侧的气体可直接渗透通过膜孔被生物利用，增强了气液传质的过程，提高了气体利用率。

发明内容

本发明的目的是提供一种微藻和甲烷氧化菌共生强化沼气制取生物油脂的膜生物反应器。

本发明的另一个目的是提供一种利用所述的膜生物反应器制备生物油脂的方法。

本发明的最后一个目的是提供一种依附所述的膜生物反应器的菌藻共生体系。

技术方案：本发明所述微藻和甲烷氧化菌共生强化沼气制取生物油脂的膜生物反应器，包括液相室、气相室、防水透气平板膜、光照系统和用于气压检测和气流控制的气体控制系统、反应器本体，防水透气平板膜设置于反应器本体内部，将其内部空间分隔为上下两部分，上部空间为透明且能实现密闭的液相室，下部空间为能实现密闭的气相室，光照系统设置在液相室的上方，气体控制系统与气相室连接。

所述液相室和气相室通过法兰连接。

所述液相室设有进水口和出水口，并配有阀门，用于液体(营养液)更换。

所述液相室材质为玻璃，壁厚不超过2cm，高度不超过10cm，可保证微藻甲烷氧化菌共生生物膜拥有充足的光照。所述玻璃优选为有机玻璃。

所述气相室材质为玻璃，优选为有机玻璃。

所述防水透气平板膜为透气不透水的疏水性膜材料，膜材料为聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚乙烯(PE)中的一种或多种，膜厚度为100～500微米，孔径0.05～0.25微米。所述防水透气平板膜透气层朝向气相室。气相室内的沼气可以通过防水透气平板膜的膜孔进入液相室被微藻甲烷氧化菌共生生物膜利用，而液相室内液体则不会泄露。

所述光照系统可控制光照强度和光照时间，为具有定时和光强控制功能的LED灯，光照系统和液相室的相对距离不超过1m。定时模式为间歇12h开12h，光照强度为2000～10000LUX，提供了适合微藻生长的光照模式。