基于產(chǎn)油微藻的污水深度處理及過程調(diào)控.pdf

1、在水資源短缺、全球氣候變暖和能源危機(jī)的背景下，微藻由于生長速度快，代謝迅速，對污水凈化效率高，成為污水深度處理以及資源化、能源化的重要研究對象。微藻能利用空氣中的CO2和水體中的氮、磷等營養(yǎng)元素進(jìn)行生長，同時(shí)在營養(yǎng)鹽抑制的情況下能夠積累油脂。因此，可將微藻脫氮除磷和產(chǎn)油技術(shù)相耦合，在污水深度處理的同時(shí)生產(chǎn)油脂。此外，微藻生長所利用的碳源為CO2，對減緩溫室效應(yīng)和碳減排有積極意義。如何快速有效利用污水中的氮磷培養(yǎng)能源微藻以及藻細(xì)胞的分離采

2、收成為目前迫切需要解決的瓶頸問題。針對這兩個(gè)問題，本論文選取高氮磷去除率、高細(xì)胞產(chǎn)率和油脂含量的微藻藻種，優(yōu)化培養(yǎng)條件，促進(jìn)污水的氮磷去除和資源化利用;深入考察微藻對CO2的固定效率以及碳源利用對微藻氮磷利用和高油脂化的促進(jìn)作用;考察微藻的沉降性能，結(jié)合正滲透膜技術(shù)，開展藻細(xì)胞分離和定期采收，構(gòu)建微藻污水深度處理和產(chǎn)油的連續(xù)化運(yùn)行工藝。主要內(nèi)容包括以下五個(gè)方面:
　　(1)考察了 Chlorella vulgaris, Scene

3、desmus obliquus, Nannochloropsis sp.和Botryococcus braunii等四種常見藻種在污水中的生長狀況、脫氮除磷效果和產(chǎn)油能力，其中普通小球藻和斜生柵藻在模擬二級處理出水中的生長狀況、脫氮除磷效果都較好，在實(shí)際污水處理廠二級處理出水中也可以生長，但穩(wěn)定期較短，微藻在處理實(shí)際污水處理廠二級處理出水中的應(yīng)用需要解決染菌的問題。斜生柵藻在實(shí)際污水處理廠二級處理出水中的生長能力比小球藻強(qiáng)，且可以有效利

4、用污水中的碳源，能夠去除部分COD，而普通小球藻對污水中的碳源利用率較差，基本不能降解污水中的有機(jī)物，但油脂含量較高，能在脫氮除磷的同時(shí)積累油脂。
　　(2)探索了普通小球藻在污水中的脫氮除磷和油脂積累情況，得出氮濃度梯度下（初始TN10-40 mg L-1），氮磷的去除率分別為92.2-96.6％、99.1％，油脂積累量最高達(dá)到細(xì)胞干重的33％。在磷濃度梯度下（初始TP0.5-5 mg L-1），氮磷的去除率分別為96.1％、9

5、9.7％，油脂積累量最高達(dá)到細(xì)胞干重的29％。污水中氮磷的不足可促進(jìn)微藻胞內(nèi)油脂積累，其中氮抑制對油脂積累的促進(jìn)作用更為明顯。周期循環(huán)實(shí)驗(yàn)表明，普通小球藻油脂含量與環(huán)境中氮濃度有相應(yīng)關(guān)系，當(dāng)TN低于5.0 mg L-1時(shí)油脂含量開始積累。當(dāng)CO2濃度為1％時(shí)，普通小球藻的生長速率和氮磷的去除率最高，同時(shí)CO2的最大去除速率達(dá)到109.5 mgL-1h-1，能有效固定CO2。
　　(3)不同有機(jī)碳和無機(jī)碳濃度對斜生柵藻污水深度處理效

6、果和油脂積累情況均有影響。斜生柵藻的生長速率、TOC去除率、總氮和總磷去除率隨著初始TOC濃度的升高而增大，且可以利用污水中的低濃度有機(jī)碳進(jìn)行兼養(yǎng)生長。在模擬二級處理出水的環(huán)境中，5％的CO2濃度最適宜斜生柵藻的培養(yǎng)，可以保證其較好生長，也可以達(dá)到高效的氮磷去除效果，此時(shí)CO2的最大去除速率達(dá)到101.3 mg L-1h-1，平均去除率達(dá)到4.8％。
　　(4)微藻的有效采收是藻體回收和油脂提取的關(guān)鍵，而藻體良好的沉降性能可以大大

7、提高藻體采收的效率。普通小球藻和斜生柵藻的自然沉降率均在穩(wěn)定期初期達(dá)到最大，且隨著pH升高而增大;斜生柵藻的沉降性能優(yōu)于普通小球藻，在穩(wěn)定期12小時(shí)的沉降效果達(dá)到98％以上。胞外多聚物(EPS)對微藻各生長階段自發(fā)性絮凝的影響也較顯著，小球藻和柵藻BEPS可能對自絮凝效果有阻礙作用，而SEPS對自絮凝效果有促進(jìn)作用（主要通過多糖的吸附架橋作用實(shí)現(xiàn)），且要大于BEPS的阻礙作用。在藻體進(jìn)行自然沉降后，利用正滲透技術(shù)對藻水體系脫水8小時(shí)，初

8、始生物量（干重）為0.1 gL-1的原料液可脫水42.72％。
　　(5)利用已經(jīng)篩選的優(yōu)勢藻種斜生柵藻和最佳培養(yǎng)條件，進(jìn)行微藻連續(xù)培養(yǎng)脫氮除磷和高油脂化的光生物反應(yīng)器研究，通過藻體的自然沉降和膜分離有效截留并定期采收藻體，實(shí)現(xiàn)了藻體的循環(huán)利用和光生物反應(yīng)器的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行?？疾炝诵鄙鷸旁鍖ξ⑽廴镜乇硭倪B續(xù)深度處理效果，得出初始藻密度需要保持在1.5-2.0 g L-1之間，以保證微藻的優(yōu)勢生長，優(yōu)化操作條件，得出最佳的水力停留時(shí)