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分子农业与生物能源研究所功能微藻团队在废水资源化利用研究方面取得系列进展

发布时间:2021年08月15日 00:01 作者: 点击:[]

微藻资源化利用废水耦合功能性肥、生物刺激剂、土壤改良剂及生物农药制备及其在现代农业体系中的示范应用具有重要的意义。一方面可以净化废水,达到水回用和节约用水的环境效益,另一方面收获的微藻生物质可应用于现代农业体系,可实现农业提质增效的经济效益。但废水中通常含有高浓度的氨氮,往往抑制微藻的生长与废水净化效果。因此如何降低废水中的氨氮浓度和提高微藻对氨氮的耐受力是该研究领域的热点与难点。

近日,山西农业大学分子农业与生物能源研究所功能微藻团队在“Journal of Environmental Management”(SCI 2区top,IF=6.79)上发表题为“Advanced treatment of chicken farm flushing wastewater by integrating Fenton oxidation and algal cultivation process for algal growth and nutrients removal”和“Enhancing growth and oil accumulation of a palmitoleic acid-richScenedesmus obliquusin mixotrophic cultivation with acetate and its potential for ammonium-containing wastewater purification and biodiesel production”的2篇研究论文。

第1篇论文针对高浓度氨氮废水,建立了“芬顿法预处理+微藻培养”策略的微藻净化猪场沼液的工艺(图1),克服了传统稀释法(用水稀释)造成的水资源浪费与废水体积急剧增大的缺点。

图1芬顿法预处理+微藻培养策略的微藻净化猪场沼液的工艺

第2篇论文针对微藻对氨氮耐受力较差的问题,建立了外源补充有机碳源(乙酸钠)提高斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)对氨氮的耐受力的工艺(图2),不但促进了微藻的生长,同时诱导其体内积累更多的棕榈烯酸(Palmitoleic acid),进而更有利于制备微藻生物柴油。

图2外源补充有机碳源(乙酸钠)提高斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)对氨氮的耐受力的工艺

除此之外,2020年,该团队已经在“Bioresource Technology”(SCI 1区top,IF=9.642)上发表题为“Mitigating excessive ammonia nitrogen in chicken farm flushing wastewater by mixing strategy for nutrient removal and lipid accumulation in the green algaChlorella sorokiniana”的1篇研究论文。

该论文同样针对高浓度氨氮废水的问题,建立了“不同本底组成类型的废水混合”策略的微藻净化猪场沼液的工艺(图3),克服了传统稀释法(用水稀释)造成的水资源浪费与废水体积急剧增大的缺点,但是与此同时带来了寻找与运输互补类型废水造成成本增加的瓶颈。

图3不同本底组成类型的废水混合策略的微藻净化猪场沼液的工艺

上述论文的第一作者分别是崔红利副教授、宋亚楠博士(2021年毕业,现为山西农业大学博士后)及崔红利副教授,李润植教授为通讯作者;团队成员季春丽副教授、张春辉博士为实验的开展提供了研究思路与数据分析;研究生马浩天(2020年毕业)、陈帅行(2020年毕业)、徐雯(2021年毕业)及在读研究生于杰参与了部分实验。本研究得到国家自然基金(31902394和31902344)、山西省重点研发项目(201603D312005和201803D31063)、山西省优秀博士来晋工作奖励(SXYBKY2019036)及省部共建有机旱作农业国家重点实验室(筹)自主研发课题(202105D121008-3-6)等项目的资助。

3篇论文的链接分别如下:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479721016054

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479721013359

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960852420302091

近年来山西农业大学分子农业与生物能源研究所功能微藻团队瞄准能源、环境、农业及健康领域的重大需求,聚焦功能微藻的六个主题,形成稳定的三个循环研究领域,具体如下:1)微藻净化三废联产功能性肥、生物农药及生物刺激剂,开辟绿色、高效、低碳、循环、增值现代农业体系;2)微藻活性物质代谢机制解析、精准功能鉴定与特需产品研制,对接健康中国战略需求;3)基于微藻特殊功能基因助力营养强化型作物育种,基于微藻细胞工厂的功效成分光合固碳生物合成,上述研究成果为我省绿色、高效、低碳、循环、增值、健康及可持续的“特”与“优”现代农业转型发展注入新动能。

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