小球藻在沼液中的油脂累积及净化效应

以小球藻为材料,浓度分别为10%、20%、30%、40%、50%、60%的沼液作为培养基,研究沼液对小球藻生长和油脂积累的影响,以及小球藻对沼液中氮、磷和重金属铜(Cu~(2+))、锌(Zn~(2+))、镉(Cd~(2+))的去除作用。结果表明:小球藻的相对生长密度与沼液浓度呈负相关,小球藻油脂含量为17. 28%～32. 89%,其主要脂肪酸为C16和C18脂肪酸。小球藻TN去除率为39. 85%～73. 24%,TP去除率为86. 07%～93. 93%,Cu~(2+)去除率为17. 97%～36. 98%,Zn~(2+)去除率为12. 00%～44. 01%,Cd~(2+)去除率为32. 23%～78. 57%。在利用小球藻处理沼液时,可降低沼液中氮、磷及重金属含量,沼液浓度可影响小球藻的相对生长密度和油脂含量。结果表明,在沼液浓度为30%时小球藻对沼液的净化效果最好。     

沼液养殖小球藻最适通气量的研究

处理污水已成为微藻应用的一个重要研究方向。小球藻经驯化后可在沼液中良好生长。适当通气有益于小球藻在沼液中的生长,实现深度净化。通过比较不同通气条件下,小球藻在沼液中的生长情况以及对沼液的净化效果,得到最佳通气条件。研究发现小球藻在通气量为1.5 L/min时生长最好,10 d后生物量干质量可达4.3751 g/L,对COD、NH+4-N和TP的去除效果也最好,COD、NH+4-N和TP降到84.62,26.73,7.68 mg/L,去除率分别达到94.49%、91.28%、85.43%,达到畜禽养殖业污染物排放标准。     

沼液养殖钝顶螺旋藻的中试研究

在室外中试规模的跑道池中,使用混凝沉淀处理后的沼液养殖高耐污钝顶螺旋藻,研究了螺旋藻的生长情况以及沼液中氮磷的去除情况,计算了沼液中氮磷向螺旋藻体的转化效率.在此基础上,结合小试研究,分析总结了使用沼液室外规模化养殖螺旋藻过程中存在的问题和对策.以12 d为一个培养周期,总共进行了6批次培养试验,其中3批次培养的螺旋藻浓度能够达到采收要求(D560>0.8);而另外3批次未能收获螺旋藻.成功的3个养殖批次中,螺旋藻采收后沼液中COD、氨氮、总氮、总磷分别减少了28.6%~48.5%、30.4%~48.5%、41.8%~48.6%、14.3%~94.5%;其中去除的总氮和总磷向螺旋藻细胞的转化率分别为12.1%~98.5%和21.2%~83.7%.沼液中的高浓度氨氮以及残存虫卵孵化产生的虫害是导致另外3批次培养螺旋藻生长缓慢的主要因素,使用生物处理技术降低沼液中氨氮含量、使用膜过滤技术去除沼液中虫卵对于稳定获得高产率的螺旋藻非常必要.     

电场作用对不同藻菌体系处理猪场废水的强化机制研究

为解决猪场废水高色、高浊、高盐的水质特征对藻菌微生物体系处理效果的限制作用,采用电场处理与多种不同微藻/细菌(活性污泥)微生物体系处理相结合,考察了电场对微生物处理猪场废水的效果和生长状况的影响和作用机制.同时,通过对比微藻、微藻-活性污泥、活性污泥3种微生物体系对经电场处理养猪沼液中污染物去除效果及微生物生长情况,考察了电场处理对微生物处理效果的影响和作用.结果表明：电场对养猪沼液色度和浊度均有较好的去除效果,去除率分别为90.43%、99.69%;电场处理后的沼液再进行微生物处理可取得更优的处理效果,微生物对总氮和总磷的去除率最高分别为70.65%、67.30%.此外,微藻-活性污泥共生体系在污染物去除效果和生长状况方面均优于单一微生物体系.微藻-活性污泥体系最终叶绿素a含量为接种时的7.65倍,活性污泥生物量为接种时的1.51倍,远高于单一微生物体系.说明电场处理与微藻-活性污泥生物处理相结合,可以有效提高污染物去除效果,同时获得更多有价的生物质资源,实现更为可观的经济价值,具有广阔的应用潜力和发展前景.     

小球藻高效净化猪场废水厌氧发酵沼液研究

为了净化脱除养猪场废水厌氧发酵沼液中的主要污染物,本文利用臭氧氧化对沼液灭菌并且降解其中的大分子有机物(效果优于高压蒸汽灭菌法),然后高效培养小球藻转化为生物质变废为宝.研究了通入不同体积浓度CO_2以及在沼液中补充部分营养盐对微藻生长净化沼液的影响.当CO_2体积浓度从2%逐渐增加到30%时,微藻生物质产量和脱除污染物效率先升后降,并在体积浓度为15%时达到峰值.当沼液中补充添加营养盐10 mg·L~(-1)磷和1 mg·L~(-1)铁时,微藻生物质产量相对未添加条件进一步提高了29.1%,达到了5.81 g·L~(-1),相应的COD、TN、NH_3-N、TP和抗生素替米考星等污染物脱除效率分别提高到88.5%、91.2%、93.6%、98.9%和90.7%.因此,小球藻可高效净化猪场厌氧发酵沼液同时生产高值生物质,具有良好的应用前景.     

纤维陶粒处理城市污水和餐饮废水实验研究

以秸秆和粉煤灰制得纤维陶粒,作为曝气生物滤池(BAF)的载体填料处理生活污水和餐饮废水,考察了装置对COD、氨氮和总磷的去除情况,并用经稀释后的高浓度含油餐饮废水来考察其抗冲击负荷能力。结果表明:水处理运行期间,装置对城市污水主要污染物COD、氨氮和总磷的去除效率相对稳定,10 d平均去除率分别为90.33%、77.44%、82.41%;出水浓度均低于GB 8978-1996一级标准、GB 18918-2002一级A标准和DB 32/1072-2007规定的城镇污水处理厂Ⅰ,Ⅱ级主要水污染物排放限值,出水水质良好。对高浓度含油餐饮废水的COD、氨氮和总磷的去除效率平均分别为86.5%、68.98%、80.3%,均低于对城市污水的相应去除效率;除COD外.装置出水保持较好的脱氮除磷效果,说明纤维陶粒作为BAF载体填料对高浓度COD废水具有一定的抗冲击负荷能力。     

利用光微生物燃料电池实现养猪废水资源化利用研究

采用光合细菌和微藻分别作为阳极和阴极接种物构建了双室光微生物燃料电池,考察了氮、磷浓度及阳极处理后的养猪废水对阴极微藻生长的影响,探讨了构建的光微生物燃料电池产电性能及去除养猪废水中COD、氨氮和总磷的效果.结果表明,阴极微藻不仅能利用无机硝态氮和氨氮,而且更喜好有机氮尿素;此外,阴极微藻可适应较高浓度的氮(250 mg·L-1)和磷(64.8 mg·L-1).构建的光微生物燃料电池以养猪废水为基质,外载为1000Ω时,稳定输出电压为161 m V;养猪废水的COD、氨氮及总磷去除率分别为91.8%、90.2%和81.7%.养猪废水经阳极光合细菌处理后培养微藻16 d,藻细胞光密度(OD680)可达3.40,略低于对照BG11培养基.因此,构建的光微生物燃料电池在处理养猪废水产电的同时,可收获微藻实现养猪废水资源化.     

李氏禾净化含重金属生活污水的实验

采用水培方法设置了CK(0%)、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%等8个生活污水浓度比例梯度,在相同李氏禾(Leersia hexandra Swartz)株数的基础上,分别投加Cr6+、Cu2+和Ni2+等金属离子,研究铬超富集植物李氏禾对重金属、有机污染物(COD)、氨氮及总磷去除效果。结果表明,李氏禾对废水中Cr6+、Cu2+和Ni2+的去除能力很强,氨氮和总磷的去除效率分别可达到98%和90%以上,对COD降解可达80%以上。李氏禾对3种重金属的吸收结果表明,复合污染废水中生活污水含量越高,越有利于李氏禾对Cr6+和Ni2+的净化,而不利于对Cu2+的净化。     

不同pH条件下小球藻氨氮处理及生物质生产能力

针对目前沼液中高浓度氮氨氮对空气和水质的不良影响,探究在不同pH条件下小球藻对氨氮的处理能力以及生物质生产潜力。在初始ρ（NH₃-H）为120~130mg/L,设置4组pH为6.5、7.5、8.5、9.5的模拟废水中培养小球藻。结果表明:pH为6.5~7.5时更适合氨氮的去除。随着pH值升高,pH>8.5时产生的高浓度游离氨对小球藻生长起主要抑制作用。基于藻细胞内叶绿素的积累,小球藻更偏好pH为6.5~8.5的实验环境。小球藻在pH=7.5时油脂产率达到最高为0.30 g/L/d,这与小球藻生长的适宜pH条件一致。综合考虑小球藻对氨氮的去除率及生长和油脂的积累情况,在利用小球藻处理沼液时,将pH控制在6.5~7.5区间内会更有利于氨氮的去除和废水的资源化利用。     

薏苡潜流人工湿地处理公园厕所污水

选取薏苡作为湿地植物构建潜流人工湿地系统,研究该系统对公园厕所污水的处理效果。结果表明,人工湿地系统中薏苡长势良好,在水力负荷8 cm/d、水力停留时间1.5 d情况下,该系统对COD、氨氮、总氮和总磷的平均去除效率分别为56.4%、53.3%、49.8%和73.0%;无植物空白对照系统对COD、氨氮、总氮和总磷的平均去除效率分别为46.0%、50.1%、49.1%和68.1%。薏苡应用于湿地污水处理系统,不仅可行,还能产生较高的经济效益,具有广阔的应用前景。     

蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa-15的异养培养条件优化及污水养殖

为了提高微藻的生物量及油脂产量以降低微藻生物柴油的生产成本,采用光异养培养模式对蛋白核小球藻进行培养,确定其最适生长的碳源为葡萄糖,氮源为大豆蛋白胨.采用响应面设计的方法对蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa-15光异养培养过程中的最佳碳氮源浓度进行了优化,在葡萄糖含量为17.53 g.L-1,大豆蛋白胨含量为8.67 g.L-1时,生物量最大产量为0.63 g.(L.d)-1,与模型预测结果[0.62 g.(L.d)-1]基本吻合,此时其油脂含量为19.25%,油脂产量达到121.3mg.(L.d)-1.污水养殖结果显示,在以北京市城市生活污水为培养基的情况下,微藻Chlorella pyrenoidosa-15对污水具有良好的净化能力,COD的去除率达到80.9%,总氮的去除率达到69%,同时其也具有较好的产油效率,生物量和油脂含量分别可达到1.00 g.L-1和24.12%,具有进一步研究的理论及应用价值.     

基于城市污水资源化的微藻筛选与污水预处理

利用城市污水培养微藻,可在实现污水无害化处理的同时,培养微藻回收生物质能源.污水为微藻的培养提供氮、磷等营养组分和所需水源.由于城市污水含有大量的微生物,成分复杂,且不同藻种对污水的适应性与耐受性不同,因此,需要筛选出适宜于城市污水培养和高效产脂的藻种,并研究城市污水预处理方式,以使预处理后的城市污水更适于微藻的生长与产脂.本文根据课题组前期获得的藻种在城市污水中的生长与产脂情况以及对污水的净化能力筛选出适宜于城市污水培养的藻种.其中斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)原始株与蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)离子诱变藻株生物质与油脂产量较高,经污水培养后油脂产量分别可达0.43 g·L~(-1)、0.33 g·L~(-1),且含有较多的C16~C18脂肪酸,适宜于生物柴油的制备,同时可使培养后污水中COD、NH_4~+-N、TN、TP的去除率分别达到86.4%、100%、94.3%、93.4%和81.8%、100%、94.9%、94.2%.对可规模化扩大的污水预处理方式进行研究,发现不同藻种所最适的污水预处理方式不同.对于耐污性能较强的斜生栅藻原始株,除去粗大悬浮物后的城市污水即可用于其培养.对于蛋白核小球藻诱变株,城市污水经沉淀、过滤联合预处理后适宜于其培养.     

利用狭形小桩藻净化猪场养殖污水的研究

在实验室条件下利用狭形小桩藻(Characium angustum)SHOU-F87开展为期23 d的猪场养殖污水净化试验.结果表明:狭形小桩藻在高压灭菌及有效氯消毒的养殖污水中均生长良好.高压灭菌养殖污水中氮磷的去除率随着狭形小桩藻接种密度的增加而升高,在200×104,400×104和600×104cells·mL-1的接种密度下,污水的总氮去除率分别为41.68%,55.54%和64.32%;氨态氮去除率分别为96.88%,96.74%和96.83%;硝态氮去除率分别为3.98%,32.86%和49.13%;总磷去除率分别为90.60%,95.88%和94.69%.在接种密度为600×104cells·mL-1时,与在高压灭菌污水中相比,狭形小桩藻在有效氯消毒污水中具有更高的总氮和硝态氮去除率(p0.05);氨态氮和总磷的去除率无显著差异(p0.05).利用猪场养殖污水培养的狭形小桩藻蛋白含量为30.94%-33.67%,且含有丰富的亚麻酸(18∶3n-3)和n-3多不饱和脂肪酸(n-3PUFA).狭形小桩藻具备净化猪场养殖污水同时生产出单细胞蛋白源及水产动物饲料添加剂的潜在开发价值.     

细菌对城市污水中小球藻生长和油脂积累的影响

利用城市污水培养微藻,可在实现污水无害化处理的同时,培养微藻回收生物质能源.污水为微藻的培养提供氮、磷等营养组分和所需水源,同时污水中的细菌可分解污水中的有机物产生CO_2,为微藻提供生长所需碳源.菌藻混合培养既可以收获藻类,又可以净化污水,由于城市污水含有大量的原生菌类,且微藻与细菌之间存在着互生、拮抗等复杂的相互关系,因此,需要筛选出既能够适应于城市污水又能促进微藻生长和油脂积累的优势菌种.本文从不同来源的13种细菌中筛选出2种能够显著促进蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生长和油脂积累细菌,并分析了微藻培养结束后城市污水的菌群结构.结果表明:污水中光合细菌初始吸光度D600为0.01,W4菌初始吸光度D_(600)为0.02时,对小球藻的干重和油脂产量促进作用最显著,油脂产量分别可达0.114 g·L~(-1)、0.113 g·L~(-1),油脂产量比空白对照组分别提高了22.58%、21.50%.通过对生成的脂肪酸甲酯进行气相色谱分析,结果显示光合细菌和W4菌的添加并未改变小球藻脂肪酸成分,但提升了单不饱和脂肪酸的含量,有利于提升所得生物柴油的品位.培养结束后污水的菌群结构分析显示投加细菌会降低污水中菌群的丰富度和多样性,初步判断是投加的菌在藻液中能够成为优势菌群,且实验组中丛毛单胞菌属(Comamonas)和假单胞菌属(Pseudomonas)的丰度大于对照组.     

不同氮磷比条件下绿球藻对猪场污水的净化效率

采用添加NaH_2PO_4的方法调节猪场污水中氮磷比(N∶P)分别为8∶1、16∶1、32∶1和64∶1,以未添加NaH_2PO_4的污水为对照(氮磷比为532∶1),探讨一株耐污绿球藻(Chlorococcum sp.)在不同氮磷比污水中的生长性能及其对猪场污水(初始氨氮浓度为291.31 mg·L~(-1))的净化效果.结果表明:经过12 d的培养,绿球藻(接种密度为400×104cells·m L~(-1))在N∶P为64∶1的污水中生长最好,且对污水中氨态氮和总氮的去除效果最佳,细胞密度和生物量分别为3393×104cells·m L~(-1)和0.49 g·L~(-1),对氨态氮和总氮的去除率分别为74.94%和48.78%,显著高于对照组,氨态氮浓度降低到73.01 mg·L~(-1),总氮浓度降低到148.96 mg·L~(-1).培养期间各试验组污水中硝态氮浓度均升高.培养12 d后,N∶P为64∶1组污水中总磷浓度降低为3.07 mg·L~(-1),去除率为71.86%.综上,绿球藻在N∶P为64∶1的污水中生长性能及其对污水中氨态氮和总氮的去除效果均最佳,可使污水中的氨态氮和总磷浓度基本达到相关排放标准.     

不同营养模式下固定化斜生栅藻和普通小球藻氨氮去除能力对比分析

微藻培养耦合污水处理是一项极具潜力的绿色生物技术,具有污染物减排和资源化的双重效应.为明确不同微藻固定化后对NH₄+-N去除的差异及优势,以斜生栅藻和普通小球藻为研究对象,以自由生长为对照,通过5 d的批次培养试验对比分析了2种固定化微藻不同营养模式下对NH₄+-N污水的适应性及其生长特性.结果表明:①对比自由生长,固定化生长可有效提升斜生栅藻在自养和异养模式下的NH₄+-N去除能力,2种模式下最大去除率分别为98%和53%,而在混养模式下,最大去除率则从100%降至86%.②固定化生长对普通小球藻NH₄+-N去除率的提升较弱,仅在自养模式下发挥正效应,最大去除率可升至37%,在混养模式下,其自由生长优势强于固定化生长,当C/N为10时,NH₄+-N第4天即可完全去除.③固定化生长并未改变混养模式下2种微藻生长对ρ(COD_Cr)的依赖性,而该效应在异养模式下并不明显.④除自养模式外,固定化生长均略低于自由生长,并且普通小球藻的生长速率也显著高于斜生栅藻.研究显示,斜生栅藻单个细胞对NH₄+-N的去除能力优于普通小球藻单个细胞,斜生栅藻污水培养的适应性更强,并且固定化自养模式最佳,而普通小球藻固定化优势微弱.      

污水氮浓度对粉绿狐尾藻去氮能力的影响

粉绿狐尾藻是构建人工湿地的重要植物,对污水具有较强的净化作用,但有关其去氮能力及其与污水氮浓度的关系尚不清楚.本试验采用人工模拟盆栽试验,设2、5、10、20、100、200、400 mg·L~(-1)共7个氮水平,研究污水氮浓度对粉绿狐尾藻去氮能力的影响.结果表明,氮浓度不高于20 mg·L~(-1)时,前3周粉绿狐尾藻以20 mg·L~(-1)生长最好,处理1周水体总氮和氨氮的去除率接近100%,而硝态氮浓度低、变化不大;粉绿狐尾藻氮含量因氮浓度变化不大但部位间有"上高下低"趋势,且粉绿狐尾藻还利用了底泥氮.氮浓度100~400 mg·L~(-1)时,4~5周以氮浓度200 mg·L~(-1)粉绿狐尾藻生长最好;处理5周总氮去除率依次为76.5%、71.5%和48.1%,氨氮去除率依次为99.6%、99.3%和60.2%;各处理硝态氮去除率约为50%且处理间差异不大;粉绿狐尾藻氮含量随氮浓度而升高,但部位间差异小、呈均匀分布;粉绿狐尾藻积累氮、底泥固定氮分别占水体去除氮的27.9%~48.4%和12.2%~24.4%.因此,粉绿狐尾藻去氮能力受污水氮浓度的显著影响,去除氨氮率显著高于硝态氮;氮浓度还影响粉绿狐尾藻对氮的吸收积累和分配机制,值得深入研究.     

微气泡曝气生物膜反应器同步硝化反硝化研究

同步硝化反硝化(SND)是废水处理中的新型生物脱氮工艺,和传统生物脱氮工艺相比具有显著的应用优势.本研究采用微气泡曝气固定床生物膜反应器,研究了SND过程中污染物去除效果并检测了生物膜功能菌群的变化情况.结果表明,在微气泡曝气固定床生物膜反应器内可以实现同步硝化反硝化,通过提高进水COD负荷和C∶N比,降低溶解氧(DO)浓度,同时增加填料床层孔隙率,可以改善SND效果.当进水COD负荷和总氮(TN)负荷为0.86 kg·(m3·d)-1和0.10 kg·(m3·d)-1,且填料床层孔隙率为81%时,COD和TN的去除率分别为97.6%和70.2%,实现了COD和TN的同步高效去除;同时,微气泡曝气对氧传质的强化作用使得氧利用率高达91.8%.此外,生物膜活性和硝化及反硝化功能菌群的变化,与反应器COD、氨氮和TN去除能力的变化基本一致.     

15株微藻对猪场养殖污水中氮磷的净化及其细胞营养分析

在实验室条件下调查了15株淡水微藻在猪场养殖污水中的生长性能、细胞组成及各微藻对污水中氮磷的去除效果.结果表明:15株微藻均可有效降低猪场养殖污水中的氮磷含量,但不同藻株对污水中不同形态氮的去除效果差异明显.多棘栅藻(Scenedesmus spinosus)SHOUF7、多棘栅藻(S.spinosus)SHOU-F8和四尾栅藻(S.quadricanda)SHOU-F35去除总氮效果最佳.多棘栅藻SHOU-F7、多棘栅藻SHOU-F8和斜生栅藻(S.obliquus)SHOU-F21去除硝态氮效果最好,最大去除率可达到100%.椭圆小球藻(Chlorella ellipsoidea)SHOU-F3、单生卵囊藻(Oocystis solitaria)SHOU-F5和四球藻(Tetrachlorella alternans)SHOU-F24去除氨态氮效果最好,最大去除率为97.82%.各株微藻对污水中总磷的去除率均很高,可达91.00%以上.利用猪场养殖污水培养的各株微藻细胞蛋白含量及脂肪酸组成差异显著,蛋白含量最高的为椭圆小球藻(Ch.ellipsoidea)SHOU-F3(43.90%),含量最低的为多棘栅藻SHOU-F8(23.87%);16∶0和18∶3n3在各株微藻中含量均较丰富.多棘栅藻SHOU-F7、多棘栅藻SHOU-F8、淡水小球藻(Chlorella sp.)SHOU-F19和针形纤维藻(A.acicularis)SHOU-F120的脂肪酸甲酯的理论烷基值超过47.因此,多棘栅藻SHOU-F7、多棘栅藻SHOU-F8和四尾栅藻SHOU-F35是净化猪场养殖污水的优良藻株,其中,多棘栅藻SHOU-F8是猪场养殖污水净化耦合微藻生物柴油生产的合适藻株.     

低温条件下分流式侧流-AAO工艺污水处理及同步污泥减量效果研究

当前剩余污泥产量巨大及低温条件下运行不稳定是城市污水处理厂活性污泥技术面临的主要挑战和制约.基于此,本文通过向厌氧-缺氧-好氧(AAO)系统中的污泥回流系统引入分流式侧流厌氧系统,以实现强化污水处理和同步污泥减量的目标.结果发现,当侧流分流比例为30%时,分流式侧流-AAO系统能够实现最好的污泥减量效果,污泥累计排放量减少18.43%,污泥表观产率下降19.70%;并且分流式侧流-AAO系统的COD、氨氮和总氮去除效率分别为88.56%、83.12%和71.60%,均略高于AAO系统.同时该条件下,分流式侧流-AAO系统能够在51 d后实现良好的总磷去除效率,并维持出水TP浓度稳定在0.50 mg·L,而AAO系统则需要93 d后才能实现稳定的总磷去除效果.在适当的分流比条件下,分流式侧流厌氧池内能够实现TN的有效去除,可以作为提升水处理系统脱氮能力的潜在手段.