微藻的產(chǎn)油生命污水處理
介紹
近年來(lái)，水資源問(wèn)題日益嚴(yán)重，生活污水是水環(huán)境的重要污染源之一。目前國(guó)內(nèi)污水處理在國(guó)內(nèi)多為一級(jí)和二級(jí)處理工藝的組合。污水中含有的大量無(wú)機(jī)氮、磷不能得到有效去除，容易導(dǎo)致水環(huán)境富營(yíng)養(yǎng)化，生活污水處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。
微藻可以去除生活污水中的有機(jī)物等污染物進(jìn)行深度處理，同時(shí)可以產(chǎn)生油脂，實(shí)現(xiàn)自身物質(zhì)的積累。利用生活污水培養(yǎng)微藻不僅可以實(shí)現(xiàn)生物能源的生產(chǎn)，還可以降低成本。基于上述特點(diǎn)，微藻逐漸成為污水凈化、環(huán)境治理和生物基化學(xué)品生產(chǎn)的研究熱點(diǎn)。因此，本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法構(gòu)建SBR反應(yīng)器，充分利用活性污泥微生物和藻類之間的協(xié)同作用，探索菌藻共生系統(tǒng)對(duì)反應(yīng)器中污染物的去除效果、微藻的生長(zhǎng)特性和生產(chǎn)力。
一.材料和方法
1.1實(shí)驗(yàn)材料
(1)實(shí)驗(yàn)藻類和活性污泥。本研究選用小球藻作為微藻，污泥取自濟(jì)南某污水處理廠曝氣池。藻類和污泥需要有一定梯度的生活污水進(jìn)行馴化。接種比例設(shè)置為五種比例:菌藻質(zhì)量比為1:10、1:5、1:3、1:1、3:1。前期通過(guò)顯微鏡觀察菌藻共生情況，在接種前獲得較好的接種比例。
(2)實(shí)驗(yàn)裝置。SBR反應(yīng)器主要由以下五部分組成:反應(yīng)器主體(有效容積為6L，進(jìn)出水口設(shè)置在反應(yīng)器底部和中部)、曝氣裝置、攪拌裝置、進(jìn)出水裝置和計(jì)時(shí)系統(tǒng)。添加由白熾燈組成的照明設(shè)備。
1.2實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)
(1)運(yùn)輸條件的設(shè)計(jì)和維護(hù)。本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了兩個(gè)SBR反應(yīng)器，即藻類-細(xì)菌共生系統(tǒng)反應(yīng)器和常規(guī)活性污泥系統(tǒng)反應(yīng)器，它們的運(yùn)行條件相同。實(shí)驗(yàn)在室溫25℃左右控制100天，光暗比為12:12，通氣下保水時(shí)間為8h。為了保持泥水混合均勻，用磁力攪拌器攪拌，用氣泵吹風(fēng)曝氣，使曝氣速率保持在0.2L/min。每周測(cè)量污泥的SVI和MLSS，并確定污泥排放量，以維持反應(yīng)器中的污泥濃度。
(2)處理后污水的水質(zhì)分析。水質(zhì)每三天測(cè)定一次，檢測(cè)方法如下:氨氮測(cè)定采用納氏試劑比色法，總磷測(cè)定采用鉬酸銨分光光度法，總氮測(cè)定采用過(guò)硫酸鉀氧化紫外分光光度法，COD測(cè)定采用消解管密閉催化消解比色法。計(jì)算四項(xiàng)指標(biāo)的去除率，分析水質(zhì)凈化情況。
(3)藻類生物量和含油量的測(cè)定。該指數(shù)每周測(cè)量一次，連續(xù)測(cè)量12次。采用較為精確的丙酮提取-紫外分光光度法通過(guò)測(cè)定葉綠素a的濃度來(lái)測(cè)定藻類的生物量，采用氯仿-甲醇提取法來(lái)測(cè)定油含量。
二。結(jié)果和討論
2.1反應(yīng)器對(duì)水凈化的影響
(1)COD去除效率:運(yùn)行期內(nèi)反應(yīng)器的COD去除率在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，菌藻共生SBR反應(yīng)器的平均COD去除率為88.8%，高于單一活性污泥反應(yīng)器的平均85.9%，表明菌藻共生系統(tǒng)在COD去除方面較傳統(tǒng)SBR有一定優(yōu)勢(shì)。
(2)氨氮的去除作用:藻類在自身生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中以氮為氮源完成物質(zhì)轉(zhuǎn)化，藻類的存在可以增強(qiáng)細(xì)菌的活性，有利于氨氮的轉(zhuǎn)化。兩個(gè)反應(yīng)器的氨氮平均去除率達(dá)到97%，無(wú)顯著差異。原因可能是好氧污泥由于活性較高，具有良好的氨氮降解能力。因此，兩者在長(zhǎng)期運(yùn)行中都能保持較高的氨氮去除率，去除能力沒(méi)有顯著差異。
(3)總氮和總磷的去除效果:由于總氮和總磷的去除效果表現(xiàn)出相同的規(guī)律，兩者的去除效果可分為兩個(gè)階段，故統(tǒng)一分析其成因和影響。在運(yùn)行的100天內(nèi)，菌藻共生SBR反應(yīng)器對(duì)總氮和總磷的平均去除率分別為47.4%和60.8%，比對(duì)照SBR反應(yīng)器分別高45.2%和58.1%。這是因?yàn)樵谖⒃迳L(zhǎng)過(guò)程中，污水中的碳酸鹽和空氣中的二氧化碳作為碳源，污水中的有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮作為氮源，合成形成藻細(xì)胞的蛋白質(zhì)和氨基酸。磷酸酸化將污水中的磷轉(zhuǎn)化為ATP、磷脂等有機(jī)物。通過(guò)這種方式，微藻可以完成細(xì)胞增殖，并在此過(guò)程中釋放氧氣，提高水中溶解氧的濃度，降低污水中氮磷污染物的濃度。
前期脫氮除磷效果差，波動(dòng)大。原因可能是:①菌藻共生體系的建立需要一定的時(shí)間，污泥中的一些雜菌可能會(huì)影響藻類生長(zhǎng)和生物量積累；②長(zhǎng)時(shí)間曝氣的影響。在一天曝氣18小時(shí)的前期，TN的去除主要依靠反硝化過(guò)程，即反硝化細(xì)菌將硝態(tài)氮還原為氮?dú)?，從水中去除。如果曝氣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就不能維持有效的還原條件，從而降低脫氮效果。如果曝氣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，聚磷菌會(huì)消耗過(guò)多的PHB，影響磷的吸收。當(dāng)處于厭氧階段時(shí)，聚磷菌雖然能以較快的速度釋放磷，但這些磷在后續(xù)的好氧階段已不能被完全吸收，即過(guò)多的磷吸收被破壞，除磷效果同樣較差。此外，長(zhǎng)時(shí)間曝氣會(huì)降低污泥的沉降性能和活性，不利于微藻的生長(zhǎng)。③污泥排放量少，使富磷污泥中的磷重新釋放到環(huán)境中。
根據(jù)上述問(wèn)題的可能原因，調(diào)整運(yùn)行周期，縮短曝氣時(shí)間，曝氣時(shí)進(jìn)行光照，充分發(fā)揮微藻的除磷效果，加速生物量的積累。同時(shí)加大排泥量，隔天排泥300ml，排富磷污泥，提高除磷效果。
實(shí)驗(yàn)后期，菌藻共生SBR反應(yīng)器對(duì)TN的平均去除率為58.2%和TP63.9%，顯著高于SBR反應(yīng)器(TN49.7%和TP56.2%)。在此階段，菌藻共生系統(tǒng)對(duì)氮磷的去除效率達(dá)到了預(yù)期。
2.2反應(yīng)器中的藻類生長(zhǎng)和產(chǎn)油
發(fā)現(xiàn)微藻與真菌的關(guān)系可以增加微藻生物量，促進(jìn)脂類和糖類的產(chǎn)生。與微藻共培養(yǎng)的細(xì)胞可以為微藻生長(zhǎng)提供維生素，降低微藻生物量積累的成本，從而提高生產(chǎn)效率。此外，與微藻培養(yǎng)相關(guān)的細(xì)胞也可以固定無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物。
微藻培養(yǎng)相關(guān)細(xì)菌也可以固定無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
(1)藻類的生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)組的藻類生物量整體呈上升趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)中期增幅較大，這是因?yàn)橹匦抡{(diào)整的曝氣和配光模式促進(jìn)了藻類的生長(zhǎng)。后期略有下降，因?yàn)樵孱惷芏冗^(guò)高，生長(zhǎng)空間有限導(dǎo)致?lián)頂D，影響光密度進(jìn)而限制自身生長(zhǎng)。對(duì)照組中單個(gè)活性污泥反應(yīng)器葉綠素含量無(wú)明顯波動(dòng)，出水葉綠素含量極低，無(wú)藻類流失。
(2)含油量分析。最高含油量可達(dá)340mg/L，菌藻共生SBR反應(yīng)器平均含油量為253.5mg/L，活性污泥反應(yīng)器平均含油量為180.1mg/L，前期含油量呈上升趨勢(shì)。此時(shí)藻類生長(zhǎng)相對(duì)穩(wěn)定，產(chǎn)油量穩(wěn)定。然后，出油率呈下降趨勢(shì)。此時(shí)藻類細(xì)胞生長(zhǎng)旺盛，營(yíng)養(yǎng)氮源充足，蛋白質(zhì)、脂類、核酸等生物活性物質(zhì)合成正常，因此脂肪酸含量較低。研究表明，該微藻具有一定的產(chǎn)油能力，污水中的營(yíng)養(yǎng)元素可通過(guò)微藻同化回收再利用，進(jìn)一步降低了污水處理過(guò)程中的能耗，為基于微藻產(chǎn)油的污水資源化利用提供了理論依據(jù)。
三。結(jié)束語(yǔ)
采用活性污泥和小球藻組成的菌藻共生SBR反應(yīng)器處理人工模擬生活污水。在實(shí)驗(yàn)條件下，與傳統(tǒng)活性污泥SBR反應(yīng)器相比，該系統(tǒng)對(duì)COD、NH4+-N、TN和TP具有良好的去除效果，進(jìn)一步改善了出水水質(zhì)，并顯著提高了微藻生物量和總油產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)了污水資源化利用。細(xì)菌共生SBR工藝可用于凈化生活污水。(來(lái)源:山東師范大學(xué))
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標(biāo)簽: 微藻產(chǎn)油脂生活污水處理