一种基于微藻碱性养殖尾水将碳酸盐反泵变反为正并增强碳汇效率的方法

本发明涉及海洋生物，具体涉及一种基于微藻碱性养殖尾水将碳酸盐反泵“变反为正”并增强碳汇效率的方法。

背景技术：

1、碳酸盐反泵(carbonate counter pump，简称ccp)是地球碳循环中的一种重要碳汇机制，其能够将co2固定成为稳定的碳酸钙，从而实现长期的碳封存。通过海洋和陆地生态系统中碳酸盐矿物的形成与溶解，ccp有助于将大气中的co2转化为固态碳酸盐，降低温室气体的浓度。虽然ccp是基于稳定的碳酸盐形成并沉降的储碳过程，但碳酸盐形成过程也释放出等量的co2(公式1)，这不仅会导致水体的酸化，甚至会使该co2向大气释放。因此，ccp又被学术界称为“反泵”，这是目前ccp在海洋生态保护应用的一个最大限制和障碍。此外，在应对快速气候变化的迫切需求下，仅依赖于自然过程的ccp碳汇不足以减缓气候变化的速度，需要结合人类减排措施和技术创新来共同应对。

2、

3、事实上，ph是决定碳酸盐反泵是碳源还是碳汇的关键。如图1所示，淡水、海水在ph超过8.0时，溶液中几乎不存在co2，溶液中主要为hco3-和co32-。而在ph超过10.0时，溶液中几乎为co32-(特别是海水体系)。因此，在高ph条件下(如海水的ph 8.92)，ccp释放的co2将被快速吸收转化为hco3-和co32-，且一直维持较高ph(如通过藻类的光合作用)则可以避免向气相释放co2和防止溶液的酸化，从而将ccp“变反为正”。更为重要的，在较高的ph条件下，由于溶液中co2分压非常低，空气中的co2是向气相中传递的，这是一个碳汇的过程。综上所述，维持高ph ccp发生条件有望降低甚至完全消除ccp反泵效应。

4、作为一类光合微生物，微藻具有光合作用效率高、生长速度快、co2固定效率高等优点，因此，微藻增汇被认为是一种高效、可持续的增汇技术。此外，有些微藻(如小球藻、颗石藻)还具有碳浓缩机制，能够高效利用hco3-并将其转化为co32-，同时将溶液ph稳定地维持在较高水平(ph9.0-12.0)。上述高碱性条件和较高的co32-浓度，可以促使微藻进行高效的ccp固碳和储碳，并将ccp“变反为正”。因同时具有光合作用合成颗粒有机碳和无机碳能力，钙化微藻表现出生物泵(biological carbon pump，bcp)和ccp双泵功能，可以实现基于高碱性条件下微藻ccp和bcp联合储碳的最大化。此外，微藻还含有蛋白质、脂质、色素等高价值活性物质，具有极高的经济价值。因此，利用微藻养殖增汇可以同时实现碳汇和发展经济双重目的，在海洋生态保护上具有极大应用潜力。

5、综上所述，开发一种既环保又经济的方法将ccp“变反为正”并增强碳汇效率显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于微藻碱性养殖尾水将ccp“变反为正”并同时实现ccp和bcp联合固碳的方法。发明方法利用微藻高碱性的养殖尾水将碳酸盐反泵“变反为正”，并结合微藻生物固碳，实现了碳酸盐反泵与微藻生物碳泵的联合固碳，大幅增强碳汇效率。同时，该方法还联产高价值的微藻生物质，创造了经济价值，并实现了微藻养殖尾水的资源化利用，解决了微藻养殖资源浪费和碳汇效率低下的问题，并为之提供了一种行之有效的解决方案。

2、本发明采用的技术方案是：

3、提供一种基于微藻碱性养殖尾水将ccp“变反为正”增强碳汇效率的方法，包括以下具体步骤：

4、s1.在光生物反应器中使用含有碱性碳源的培养基养殖微藻，微藻的接种量为0.01-10.0g/l、培养温度为15-45℃、在自然光照或是人工光源(其中人工光源的光照强度保持在0-100000μmol/m2·s)条件下培养，并通过半连续操作，即每次取10％-100％的培养液后重新加入相同体积的新培养液，进行下一轮培养，使得培养后的微藻培养液的ph在8.0-14.0之间；

5、s2.收集步骤s1所述光生物反应器中生产的微藻，并通过分离收获的方法分别获得微藻生物质和微藻碱性养殖培养基即碱性养殖尾水，并将所述养殖尾水的ph值调节至9.0-12.0之间；

6、s3.将步骤s2收集的微藻碱性养殖尾水与至少一种ca2+或mg2+金属离子在室温条件下，ph为9.0-12.0之间进行反应，ca2+/mg2+浓度与co32-浓度按照一定的摩尔比反应，促进碳酸盐沉淀的生成。

7、优选地，步骤s1中的所述碱性碳源为碱性废水或天然碱性水体、废弃的固体碱性物质、天然碱性矿物或是人为添加的碱性物料中的一种或多种。

8、优选地，步骤s1中人为添加的碱性物料包括但不限于碳酸氢盐、碳酸盐、碱性矿石如橄榄石中的一种或多种。

9、优选地，步骤s1中所述碱性碳源浓度为0至其饱和浓度。

10、优选地，步骤s2中调节养殖尾水ph的方法为通过向微藻养殖尾水通入空气、人为纯化的含有0％-100％co2的混合气体、烟道气、so2等酸性气体中的一种或多种。

11、优选地，步骤s3中提供ca2+的物质源可以为氧化钙、氢氧化钙、含钙矿石、海水以及浓缩海水中的一种或多种。

12、优选地，步骤s3中提供mg2+的物质源可以为氧化镁、氢氧化镁、含镁矿石、海水以及浓缩海水中的一种或多种。

13、优选地，步骤s2中养殖尾水循环使用，循环使用次数不低于1次。

14、优选地，步骤s1中培养的微藻包括但不限于螺旋藻、小球藻、微拟球藻、颗石藻、雨生红球藻、盐生杜氏藻、金藻中的一种或多种。

15、优选地，步骤s1中培养基还可加入光合细菌，按照1-5％(v/v)的比例接种到微藻培养基中，适度搅拌，共培养产生碱性尾水。

16、本发明的有效效果如下：

17、1.本发明创新性地利用高碱性微藻养殖尾水将ccp“变反为正”，并增强其碳汇效率，有望推动ccp在海洋生态保护方面的大规模应用；

18、2.在ccp固碳的基础上，本发明还联合了微藻养殖固碳，实现了ccp和微藻bcp的协同固碳，有望实现固碳和储碳最大化；

19、3.本发明提供了一种微藻碱性养殖尾水的资源化利用方法并提高碳汇效率，真正实现了“变废为宝”；

20、4.本发明方法在实现增汇的同时，还联产高价值的微藻生物质，实现了增汇和发展经济的双重目的，具有极大的应用潜力。

1.一种基于微藻碱性养殖尾水将碳酸盐反泵“变反为正”并增强碳汇效率的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

2.根据权利要求1所述的基于微藻碱性养殖尾水将ccp“变反为正”并增强碳汇效率的方法，其特征在于：步骤s1中的所述碱性碳源为碱性废水或天然碱性水体、废弃的固体碱性物质、天然碱性矿物或是人为添加的碱性物料中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的基于微藻碱性养殖尾水将ccp“变反为正”并增强碳汇效率的方法，其特征在于：步骤s1中人为添加的碱性物料包括但不限于碳酸氢盐、碳酸盐、碱性矿物如橄榄石中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的基于微藻碱性养殖尾水将ccp“变反为正”并增强碳汇效率的方法，其特征在于：步骤s1中所述碱性碳源浓度为0至其饱和浓度。

5.根据权利要求1所述的基于微藻碱性养殖尾水将ccp“变反为正”并增强碳汇效率的方法，其特征在于：步骤s2中调节养殖尾水ph的方法为通过向微藻养殖尾水通入空气、人为纯化的含有0％-100％co2的混合气体、烟道气、so2等酸性气体中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的基于微藻碱性养殖尾水实现ccp“变反为正”并增强碳汇效率的方法，其特征在于：步骤s3中提供ca2+的物质源可以为氧化钙、氢氧化钙、含钙矿石、海水以及浓缩海水中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的基于微藻碱性养殖尾水实现ccp“变反为正”并增强碳汇效率的方法，其特征在于：步骤s3中提供mg2+的物质源可以为氧化镁、氢氧化镁、含镁矿石、海水以及浓缩海水中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的基于微藻碱性养殖尾水实现ccp“变反为正”并增强碳汇效率的方法，其特征在于：步骤s2中养殖尾水循环使用，循环使用次数不低于1次。

9.根据权利要求1所述的基于微藻碱性养殖尾水实现ccp“变反为正”的并增强碳汇效率的方法，其特征在于：步骤s1中所述微藻藻种包括但不限于螺旋藻、小球藻、微拟球藻、颗石藻、雨生红球藻、盐生杜氏藻、金藻中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的基于微藻碱性养殖尾水将ccp“变反为正”并增强碳汇效率的方法，其特征在于：步骤s1中培养基还可加入光合细菌共培养，并产生碱性尾水。