菌藻共生对污水处理和微藻生物量积累的影响

近些年来,随着对微藻与其他微生物之间相互作用关系的深入研究,发现菌藻共生系统在污水处理、获得微藻生物质以及生产其他化学品等方面具有很好的应用前景。大量研究证明,菌藻共生系统可以对各种污水实现高效处理,具有很好的经济、环境和社会效益。另外,细菌在共培养中产生的维生素B12和铁载体等可促进微藻的生长,有益于微藻生物量的积累和规模化培养。主要介绍了菌藻共生系统的基本原理、利用菌藻共生技术处理3种主要污水的国内外研究现状、菌藻共生对微藻生物量积累的影响以及处理污水后菌藻的资源化利用,最后对菌藻共生处理废水技术工艺提出了几点改进意见。     

CO2浓度对微藻-真菌共生体生物净化沼液沼气的影响

以微藻-真菌(小球藻-灵芝菌)共生体系为研究对象,并在2种浓度(10-7,10-9 mol/L)合成独角金内酯(GR24)的诱导下,探究6种CO₂浓度对该体系同步净化沼液和沼气的影响。在GR24的诱导下,微藻-真菌系统的代谢和微藻的光合作用增强,使藻-菌共生体快速生长,进一步增强了系统的净化性能。此外,GR24通过提高微藻细胞碳酸酐酶活性,增强了共培养体系的CO₂去除性能。结果表明:最佳的GR24浓度为10-9 mol/L,最适宜藻-菌共生体系的CO₂浓度为45%,在此最优条件下,小球藻-灵芝菌共生体系对沼液的COD、TN和TP的平均去除率分别为(83.37±8.04)%、(82.07±7.74)%和(85.43±8.26)%,沼气中CO₂的平均去除率为(62.07±5.94)%。     

光生物反应器内CO2传输与微藻固碳性能强化

CO₂气体可为微藻光合作用提供必需的碳源,CO₂在藻液中的混合、溶解及传输特性显著影响了微藻的生长固碳.在微藻光生物反应器中,气泡在藻液中的生长、脱离、聚并、上升等动力学行为主要由气体分布器决定.本文以气体分布器为研究对象,研究在不同孔径及孔间距下对15%（V/V）CO₂气体在悬浮液中的气泡行为、CO₂溶解与混合特性以及对微藻生长固碳的影响.结果表明：气泡上升速度随气体分布器孔径及孔间距的减小而减小,导致CO₂气泡在藻液中停留时间增加,强化了CO₂溶解传输,CO₂体积传质系数提高了143%,混合时间降低了24%,最终使微藻生物质浓度提高18.8%,固碳速率提高23.2%.     

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.      

污水处理中的菌藻关系和污染物去除效能

菌藻共生体系可利用菌藻间的关系实现污染物的高效去除,在污水处理领域具有广阔的应用前景。文章从菌藻关系、微藻选择和菌藻共生系统的发展三方面分析了该技术的研究进展,重点阐释了菌藻关系中信号分子对菌藻系统的影响。群体感应会促进共生菌在微藻表面形成生物膜,加快藻际微环境的形成,促进污染物的去除。化感作用可抑制杂菌和杂藻的过度生长,维持菌藻系统的稳定运行。此外,该文对不同类型的微藻对污染物去除效果作了进一步分析,污水处理中常用的小球藻和衣藻对氮磷污染物去除效率较高,栅藻常被用作水质评价的指示生物。菌藻共生系统形式多样,其中细菌-微藻共生系统和多菌-多藻共生系统应用广,对污染物的去除效果好,而真菌-微藻共生系统多用于污水的深度处理。最后,文章对菌藻共生体系的发展进行前景展望,以期为菌藻共生体系在污水处理领域的工程化应用提供参考。     

污水处理中菌藻共生系统去除污染物机理及其应用进展

菌藻共生系统不仅能够吸收空气中的CO_2,高效去除污水中的氮磷营养物质,而且能够有效去除重金属、抗生素等,因而在污水处理领域日益受到广泛的关注.本文从菌藻之间相互作用关系出发,介绍了用于污水处理时藻类选择的依据,及在污水处理中对N、P营养物质、抗生素、重金属等污染物的去除机理,综述了菌藻系统在污水处理中的应用进展,以期为菌藻共生系统在污水处理中的推广应用提供参考.     

12C6+重离子突变藻株混合处理黑臭水性能研究

微藻混合培养可以在高效去除水质污染物的同时,积累更多生物量及油脂,促进微藻生物质资源化利用。然而存在菌种间相互竞争导致处理效果不佳的问题,故找出微藻藻种间最佳协同组合至关重要。该文通过将一株可在黑臭水中快速生长的原壳藻Auxenochlorella protothecoides,分别与污水处理中常用的普通小球藻 Chlorella vulgaris、蛋白核小球藻 Chlorella pyrenoidosa 和斜生栅藻Scenedesmus bliquus进行不同比例混合培养,结果显示4种微藻1∶1∶1∶1混合培养为最佳组合。为进一步提升水中污染物去除效率,促进资源化利用水平,将经¹²C⁶⁺重离子辐照诱变后的4种藻株按相同比例混合培养进行性能强化,结果表明：相比初始藻株组合,¹²C⁶⁺重离子突变藻株组合 COD、NH₄⁺-N 及 TP 最大去除率分别提高了 12.12%、11.01% 及 22.12%,其最大比生长速率和油脂增长率分别提高了63.03%和79...     

微藻在污水处理中的二氧化碳减排作用与机制

微藻因光和效率高、固碳性能好等特点,被认为是最具有潜力的固碳生物。该文在对现有碳固定方法优缺点分析的基础上,探讨了微藻碳固定的机理、影响微藻固碳效率的环境因素和微藻固碳的强化方法,总结归纳了微藻在近年来污水处理中的应用,对基于微藻固碳协同废水处理的经济性展开分析,提出了微藻固碳及其在污水处理碳减排研究中应重点关注的问题。基于微藻的固碳技术可降低固碳成本,与废水处理相结合可取得碳固定与污染物去除的双重效益。藻-菌联用处理污水是极具经济潜力价值的污水处理工艺,不但污染物去除效率高,而且能够减少碳排放,节省能源、碳源,并产出高附加值微藻生物质。下步可向微藻固碳机制的深入研究及高性能微藻和菌株的筛选、微藻与细菌联合工艺的深入研究和新型固碳生物反应器的开发等多方面开展。     

模拟烟气条件下野生混合微藻的培养

开发利用生物质能是解决能源紧张和一系列全球环境问题的有效途径之一.微藻是一种具有发展前途的新型生物质能原料,利用烟气培养微藻不仅为生物质能的开发提供了新的途径,而且能够直接削减烟气CO₂的排放,对于减缓全球气候变化具有积极意义.以野生混合微藻为对象,利用模拟烟气在柱状光生物反应器内培养微藻,通过180 d的培养,考察光照条件和CO₂对微藻生长的影响及光照条件对细胞粗脂肪含量的影响.结果表明:驯化后的混合微藻对CO₂具有生理敏感性,烟气中的CO₂可以明显提高其生长速率;全天光照可提高微藻生长速率,并有利于生长速率和微藻生物量的稳定;在微藻生物量和光合有效辐射日总量一定的条件下,全天24 h光照比12 h∶12 h更有利于细胞粗脂肪的积累.      

微藻在不同氨氮条件下固定CO2耦合净化废水实验

为探究小球藻同步固定CO₂、净化废水及生产蛋白质的潜力,实验研究不同氨氮浓度(30,60,90 mg/L NH₄Cl)和CO₂体积分数(0.038%和10%)对小球藻(Chlorella vulgaris)生长、固碳、氮磷营养盐去除及蛋白质生产的影响,并将Logistic方程与改进的Monod方程相结合,描述小球藻比生长速率与氮、磷营养盐的关系。结果表明:10% CO₂组生物量(380.16~499.52 mg/L)是0.038% CO₂组生物量(44.73~120.00 mg/L)的3.54~8.30倍,同时,10% CO₂组中氨氮和磷酸盐消耗速率明显高于0.038% CO₂组。小球藻比生长速率、固碳速率、蛋白质含量均与生物量呈正相关(R2≥0.83,P<0.05),且在10% CO₂和60 mg/L NH₄Cl条件下获得最大值,分别为0.21 d-1、42.62 mg/(L·d)和228.43 mg/L。此外,拟合结果显示Logistic方程与改进的Monod方程联合应用可较好地描述小球藻的生长过程(R2=0.39~0.96),且10% CO₂条件下的营养盐更易被小球藻吸收。实验结果可为微藻同步固定CO₂、净化废水及副产物(如蛋白质)生产的应用提供理论参考。     

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.     

缺氧SBR耦合蔬菜型人工湿地处理农村生活污水

为资源化处理农村分散生活污水，文章以空心菜为湿地植物，利用缺氧SBR耦合蔬菜型人工湿地工艺对农村分散生活污水进行处理，为组合工艺选择了SBR最佳水力停留时间(HRT)，并在温度(30±2)℃、HRT 5 h、水力负荷0.92 m³/(m²·d)条件下，评价了组合工艺的污水处理性能及资源回收潜力。结果表明，HRT越长，SBR对各污染物的去除效果越好，考虑到人工湿地的碳源需求以及湿地植物生长所需的营养元素，最佳HRT为5 h。组合工艺对污染物去除效果明显，COD、NH₄⁺-N、TN、TP去除率分别达到85.4%、80.8%、68.6%、94.3%。COD、TN、TP平均出水浓度可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中的一级A标准，NH₄⁺-N达到一级B标准。实验期间空心菜快速增长，具有较强的资源化回收潜力。     

固定化微藻流化床反应器去除低碳污水中氨氮的潜力

以固定化微藻颗粒为原料,通过搭建流化床反应器强化微藻对氨氮（NH₄⁺-N）的去除,设计了藻种、污水上升流速、光周期和光照强度四组单一变量实验,系统地研究了不同条件下微藻去除NH₄⁺-N的能力.结果表明,当以固定化斜生栅藻为原料、污水上升流速为6.8m/h、光周期为8：16h和光照强度为4800Lux时,NH₄⁺-N去除效果最优（96.7%）.在最优操作条件下,探究了COD为200mg/L时微藻去除NH₄⁺-N的潜力,结果表明,当NH₄⁺-N初始浓度不高于50mg/L时,NH₄⁺-N去除率高于95%.本实验建立了一套半连续微藻流化床实验方法,该方法显著减弱了微藻在生物同化过程中对有机碳源的依赖性,为低COD条件下微藻生物脱氮工艺的设计提供了技术参考和理论基础.     

藻类净化污水的研究及其进展

利用藻类净化污水是一项污水资源化生物技术。常规的藻类处理系统难以达到藻类高性物量生长及发挥净化潜力。近年来，国内外开展了大量的有关藻类培养和污水处理环境调控及其净化机理方面的研究，发展了几种新型的藻类处理系统，包括超浓度培养、固定化藻类、渗析培养、藻垫以及光生物反应器研制，以进一步提高净化效率，克服占地面积较大、停留时间较长、藻类收获难等缺陷。本文主要介绍了国内外有关藻类净化污水的研究现状及其发展     

云南省二氧化碳与大气污染物控制协同效应分析

以2011—2020年云南省二氧化碳(CO₂)与主要大气污染物二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NO_X)及颗粒物排放情况为基础,采用灰色关联度模型对CO₂和主要大气污染物进行关联度测算,再运用拓展的KAYA恒等式及LMDI分解模型对各驱动效应进行分解。结果表明,工业和建筑业为云南省CO₂及大气污染物排放的主要领域,协同减排效应为减少大气污染物排放的主要驱动效应,在工业领域的重点行业中黑色金属冶炼及压延加工业的污染减排潜力最大,通过减少该行业化石能源消耗所占比例可对其SO₂与CO₂协同减排效果起显著作用。     

利用菌-藻体系净化水产养殖废水

采用正交法确定由地衣芽孢杆菌、硝化细菌、月芽藻、四尾栅藻组成的菌-藻体系去除水产养殖废水中的COD_Cr,NH₄+-N,NO₂－-N,NO₃－-N以及溶解态磷(DP)的最优化体积比.结果表明,地衣芽孢杆菌、硝化细菌、月芽藻、四尾栅藻接种量分别为2.01×106, 2.18×106, 1.95×106和1.89×106 cfu/mL,V(地衣芽孢杆菌)∶V(硝化细菌)∶V(月芽藻)∶V(四尾栅藻)为1∶2∶2∶2时,污染物的去除效果最佳,其中,COD_Cr,NH₄+-N,NO₂－-N,NO₃－-N和DP的去除率分别为44.05%,89.16%,100%,98.62%和100%,投加菌-藻溶液的养殖废水污染物去除率优于其自身的净化效果.通过对体系中各因素极差分析得出,地衣芽孢杆菌是体系中去除COD_Cr和NO₃－-N的主要因素,月芽藻是去除NH₄+-N的主要因素,四尾栅藻是去除NO₂－-N的主要因素,硝化细菌是去除DP的主要因素.      

CO2气氛热解与硝酸改性的生物炭Pb2+吸附性能对比

酸改性处理常被用于生物炭的改性过程,但也存在酸消耗量大、废液处理难和成本高等问题.利用热解过程直接改性提高生物炭重金属的去除效果、降低改性成本,是未来实现改性生物炭广泛使用的重要前提.为评估CO₂气氛热解法在生物炭制备和应用方面的优势和潜力,对CO₂气氛热解与HNO₃改性生物炭对Pb²⁺的去除性能进行对比分析.采用元素分析、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对生物炭的元素组成和结构特性进行表征.结果表明,500℃热解条件下,HNO₃改性的生物炭产生了较多的C=O和O=C—O—等羧基类官能团,并引入了—NO₍2(asy))和—NO₍2(sym))基团,提高了生物炭的表面活性和络合能力.CO₂气氛制备生物炭中含有较多的金属碳酸盐,可通过离子交换和共沉淀作用吸附去除Pb²⁺.此外,CO₂改性生物炭具有较大的比表面积和更优的微孔结构,有利于Pb^2+...     

太晤士河Datchet站藻类种群季节性变化的研究

自1985年10月至1986年6月定期从太晤士河Datchet监测站采集藻类标本和水样,各得样品32号。经鉴定有蓝藻门、隐藻门、金藻门、硅藻门、裸藻门和绿藻门的藻类共31个属。关于藻类的定量分析进行了藻类的计数、叶绿素含量的测定和水体中悬浮颗粒物的数量与体积的计算。在各种主要的生态因子中,藻类细胞总数与PH值、温度等成正相关;与各种化学因子,如CaCO₃、CO₂、PO₄-P、NO₃-N、SiO₂等成负相关。在藻类生长高峰期,PO₄-P 被消耗净,成为藻类生长的限制因素。此外,CO₂的含量也可能成为限制因素。      

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.     

微藻生物强化对藻-菌颗粒污泥的形成影响及污染物去除研究

为了探究微藻强化好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge, AGS)方式培养藻-菌颗粒污泥(microalgal-bacterial granular sludge, MBGS)的可行性及其关键藻种的潜在作用机理,分别向序批式光生物反应器(光强4 000 lx)中投加小球藻(R1反应器),小球藻和斜生栅藻(R2反应器),小球藻、斜生栅藻和鲍氏细鞘丝藻(R3反应器),并对形成的MBGS理化特性、污染物去除及微生物群落结构进行系统研究. 结果表明:①MBGS均能在30 d左右形成,其稳态下的污染物去除总体优于AGS,对COD、NH₄+-N、TN和TP的平均去除率分别在98%、97%、77%和93%以上,且R2、R3反应器对NH₄+-N、TP的去除率显著高于R1反应器(P<0.05). ②胞外聚合物(EPS)分析表明,与R1反应器相比,R2、R3反应器具有更多的芳香蛋白、可溶性微生物副产物、腐殖酸、类富里酸等成分,有利于MBGS的形成. ③R3反应器中鲍氏细鞘丝藻被淘汰,形成了与R2反应器主要藻种类似的MBGS. ④R1、R2和R3反应器稳态下具有硝化螺旋菌门(Nitrospirae)和红环菌科(Rhodocyclaceae)等脱氮除磷功能微生物. 研究显示,在微藻生物强化形成MBGS的过程中,斜生栅藻可能起到重要作用,提高了氮、磷的去除率,并有利于维持MBGS的稳定性.