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.      

藻菌体系对邻苯二甲酸酯的降解行为及机理

邻苯酸二甲酯(PAEs)是环境中常见的环境激素类污染物,其水解与光解速率异常缓慢,微生物降解是PAEs消减的重要途径。文章以邻苯二甲酸二乙酯（DEP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）为目标污染物,研究了蛋白核小球藻和斜生栅藻分别降解DEP和DBP的性能及机理。结果表明：斜生栅藻-菌复合体系和小球藻-菌复合体系能快速降解DEP和DBP,且降解过程符合一级动力学方程。暗培养斜生栅藻对DBP的生物降解率低于藻-菌复合体系,而光照条件的改变对于小球藻降解DEP并未造成明显影响;无菌微藻对DEP和DBP的降解率均显著低于所对应的藻-菌复合体系。16S r RNA分析结果表明蛋白核小球藻和斜生栅藻际附生菌主要包括5种菌属,分别为噬氢菌属、劳尔氏菌属、根瘤菌属、norank＿f＿＿norank＿o＿＿Chloroplast、norank＿f＿＿Mitochondria。研究表明,微藻与藻际附生菌在PAEs的降解过程中具有良好的协同作用。     

Rac-及S-异丙甲草胺对2种微藻毒性特征影响研究

应用急性毒性试验方法,在对映体水平上研究了除草剂Rac-及S-异丙甲草胺对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)和普通核小球藻(Chlorella vulgaris)的急性毒性特征及腐殖酸对除草剂毒性的影响.结果表明,Rac-及S-异丙甲草胺的急性毒性与浓度及暴露时间呈正相关,Rac-及S-异丙甲草胺对微藻细胞的急性毒性存在立体选择性差异.Rac-异丙甲草胺对普通核小球藻和斜生栅藻的EC50,96 h分别是S-异丙甲草胺的2.25和1.81倍,S-异丙甲草胺对微藻细胞的生态毒性较大,而斜生栅藻对Rac-及S-异丙甲草胺的敏感性更强,且Rac-及S-异丙甲草胺对斜生栅藻和普通核小球藻的急性毒性存在一定的线性相关性.腐殖酸的加入能够改变Rac-及S-异丙甲草胺对微藻细胞生态毒性,对S-异丙甲草胺的生态毒性的影响更为明显(P<0.05).     

不同pH下对硝基酚(p-NP)对小球藻和斜生栅藻的毒性

为研究水体中典型有机污染物的环境基准,考虑环境因子对污染物生物效应的影响,选取生长速率(μ),无可观察效应浓度(NOEC),最低可观察效应浓度(LOEC)和半抑制浓度(EC₅₀)为指标,研究了不同pH(7,8和9)对小球藻(Chlorella vulgaris)和斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)的生长以及对对硝基酚(p-NP)毒性的影响. 结果表明:pH为7～9时,小球藻和斜生栅藻均可正常生长,但各自最适生长的pH不同,小球藻的最适生长pH为8,而斜生栅藻的最适生长pH为9. p-NP对小球藻和斜生栅藻的毒性均随pH的增大而降低,pH为9时毒性最小,但p-NP对斜生栅藻的毒性比对小球藻的大,即斜生栅藻对p-NP要比小球藻更敏感. 因此,在研究p-NP的水生态基准时,应该考虑pH的影响.      

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.     

铜抑制单细胞绿藻生长的毒性效应

 用评价化学品对藻类毒性的标准实验方法,根据实验结果采用机率单位法进行数据处理,分别得出铜抑制蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa),斜生栅藻(Scenedesmus obliquus),月形藻(Closterium lunula)生长的96h半效应浓度(96h-EC50)分别为67,51,202(g/L,并对各剂量反应方程进行X2检验,结果表明均符合精度要求,计算出的96h-EC50真实可靠.研究结果表明, 斜生栅藻对铜最敏感,而月形藻对铜有很强的抵抗能力.这3种藻类对铜敏感度由大到小的顺序为斜生栅藻、蛋白核小球藻、月形藻.不同藻种细胞的大小不同和藻细胞壁表面的含硫基团不同是导致藻类对铜敏感性不同的主要原因.     

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.     

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.     

重金属铅、铬胁迫对斜生栅藻的生长、光合性能及抗氧化系统的影响

以斜生栅藻(Scenedesmus obliquus JNU49)为研究对象,研究了重金属Pb2+、Cr3+、Cr6+对斜生栅藻生物量积累、光合性能及抗氧化系统的影响.结果表明,Pb2+、Cr3+、Cr6+对斜生栅藻的半数抑制浓度(IC50)分别为82.94、121.15、23.65μmol·L-1.半数抑制浓度胁迫下,斜生栅藻的放氧速率分别在第2~8 d(Pb2+胁迫)、1~3 d(Cr3+、Cr6+胁迫)受到明显抑制,而呼吸速率无明显变化;Pb2+胁迫下,斜生栅藻光系统Ⅱ(PSⅡ)的原初光能转化效率(Fv/Fm)、实际光能转化效率(Yield)、相对电子传递速率(rETR)均明显低于对照,光化学淬灭(qP)从第1~5 d高于对照,而第6~8 d则显著低于对照;Cr3+和Cr6+胁迫对斜生栅藻光合性能的影响不如Pb2+胁迫明显.斜生栅藻丙二醛(MDA)含量在重金属胁迫下变高,以第3、4 d尤为明显;超氧化物歧化酶(SOD)活性升高,于第3、4 d较为明显;过氧化氢酶(CAT)活性、总抗氧化活性(T-AOC)在重金属胁迫下均小幅度提升.通过本研究发现,斜生栅藻的生物量、光合速率、叶绿素荧光参数和SOD活性等指标对重金属胁迫的反应均较为灵敏,可作为评估重金属胁迫对微藻危害的指标.     

温度与营养盐耐受藻种筛选及其群落氮磷去除研究

为筛选出能适应不同温度与营养条件的污水处理优势藻种,探究其混合培养所形成微藻群落的污水处理效果,本文在实验室条件下,选择淡水小球藻、斜生栅藻、菱形藻、莱茵衣藻和小环藻,设置10,20,30℃ 3种不同温度,3种不同营养条件,TN、TP浓度分别为8.40与1.97mg/L,12.97与5.70mg/L,60.22与18.19mg/L,筛选出3种在不同温度和营养条件下耐受性和氮磷去除效果较好的优势藻种.进一步将筛选出的优势藻种分别进行藻类群落搭配,基于不同藻类群落对于人工废水中氮磷污染物的去除效果与稳定性确定优势藻种群落.结果表明：在3种不同温度下,小环藻和菱形藻的生长状况较稳定且氮磷去除率一般为80%以上;在3种不同的营养状况下,仅有斜生栅藻的生长速率和氮磷去除率较高,斜生栅藻、菱形藻与小环藻具有更好的环境耐受性与去除率.将上述3种藻分别进行群落搭配组合,发现菱形藻和小环藻的群落组合对TN和TP的去除率一般在80%～90%左右,没有异常变化;斜生栅藻、菱形藻与小环藻的群落组合生长状况较稳定.     

Ca2+、Mg2+、Fe2+诱导颗粒污泥形成及污水处理效果

研究了Ca2+、Mg2+、Fe2+诱导好氧颗粒污泥(AGS)的形成,探讨其对COD、NH₄+-N、TP的去除效果,研究了有机污染负荷、温度、曝气量对污水处理效果的影响及AGS连续运行稳定性。结果表明:Ca2+、Mg2+、Fe2+可促进AGS形成,其中位径达到340 μm时分别需18,16,11 d。添加Ca2+、Mg2+和Fe2+的污泥SVI₃₀稳定在较低水平,MLSS高于自然形成的AGS,特别是Fe2+的脱氢酶活性较高。Ca2+、Mg2+、Fe2+诱导形成的AGS对COD、NH₄+-N、TP的处理效果较好,其中添加Fe2+的AGS的效果最好,在低、高有机负荷,超低温(4 ℃)和超高温(40 ℃)及曝气不足(1 L/min)情况下,均有较好的COD、NH₄+-N、TP去除效果。Ca2+、Mg2+、Fe2+诱导形成的AGS稳定运行60 d后仍有较好的处理效果,其中Fe2+诱导的AGS的COD、NH₄+-N、TP去除率高达96.3%、96.8%、88.7%。     

微藻混合培养强化餐厨沼液处理效果及机制

利用微藻混合培养处理餐厨垃圾消化沼液具有高效固碳脱氮的优势,然而存在优选混合培养比和协同强化作用机制不明的问题.对比分析了普通小球藻(Chlorella vulgaris)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)和雨生红球藻(Haematococcus pluvislis)在单一和混合培养模式下的微藻生长...     

水解酸化对好氧颗粒污泥形成及脱氮除磷的影响

为研究水解酸化对AGS（好氧颗粒污泥）的形成及其脱氮除磷效果的影响,分别采用R1+R2两段式[HUSB（升流式水解酸化池）-SBR]和R3一段式（SBR）方式培养AGS,研究了不同基质下形成的AGS的脱氮除磷效果,并通过高通量测序对水解酸化污泥（R1）和R2、R3运行初期（12 d）与运行后期（97 d）的AGS微生物群落结构进行解析.结果表明,当进水基质为葡萄糖时,R1+R2两段式和R3一段式都能够成功地培养出颗粒致密、沉降性能好的AGS.接种活性污泥后的第13天R2反应器中形成粒径为>1.0~1.6 mm的颗粒污泥,而R3反应器仍以絮状污泥为主;颗粒污泥成熟后,R2中AGS的粒径增长至1.0~2.0 mm间,R3的粒径主要分布在>1.0~1.6 mm间.两种颗粒污泥对COD_Cr和NH₃-N均有很好的去除效果,去除率均接近100%.R2对TN和TP的去除率分别为88.5%和72.8%,明显高于R3（67.2%和60.1%）;R2出水ρ（TN）最低可达3 mg/L,ρ（TP）可达1.1 mg/L.高通量测序结果表明,Proteobacteria和Bacteroidetes门始终是主要菌种;随着好氧颗粒污泥的成熟,R2和R3的Shannon-Wiener多样性指数均显著增加;R2中成熟后AGS的Shannon-Wiener多样性指数最高（5.40）,表现出良好的生物多样性和系统稳定性.研究表明,水解酸化为AGS的形成提供了关键基质,促进了好氧污泥颗粒化,培养出的AGS运行稳定,脱氮除磷效果好,微生物种群丰富.      

藻-菌颗粒污泥工艺在自然光昼夜交替条件下处理含复杂有机物生活污水的效能及机理研究

藻-菌颗粒污泥（MBGS）工艺是一种节能环保的新型污水处理工艺,当前关于该工艺的研究主要集中于连续光照、间歇式反应器及含简单有机物的模拟污水,对其在昼夜交替条件处理含复杂有机物污水的研究鲜有报道,从而极大地限制了MBGS工艺的进一步工程应用.该文采用连续流的管式光生物反应器（直径2.3 cm、管长50 cm、容积200 mL）,探究了在自然光昼夜交替条件下MBGS工艺处理含复杂有机物（蛋白胨、酵母提取物、淀粉和尿素）的模拟市政污水的效能及机制.结果表明:①在白天平均进水ρ（COD）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）和ρ（PO₄3--P）分别为219.4、20.0、41.4和3.0 mg/L,晚上平均进水ρ（COD）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）和ρ（PO₄3--P）分别为237.0、21.2、43.7和3.0 mg/L的条件下,白天COD和PO₄3--P的平均去除率分别为77.1%和87.2%,其相应的夜晚平均去除率分别为88.0%和42.7%;TN在昼夜间的平均去除率均低于30%.②进一步分析表明,MBGS可在昼夜交替条件下调节系统DO浓度,从而实现MBGS系统的自我维持和COD的高效去除,COD在白天和晚上的平均去除速率分别约为0.34和0.42 kg/（m3·d）.③Miseq测序结果表明,拟杆菌纲（Bacteroidia）、热带单胞菌属（Tropicimonas）和四膜虫属（Tetrahymena）丰度增高,可促进复杂有机物的降解.研究显示,MBGS工艺可以在自然光昼夜交替条件下实现有机物的高效去除,适用于碳氮比约为5的生活污水的处理.      

处理城市污水的好氧颗粒污泥培养及形成过程

在中试序列间歇式活性污泥法(SBR)反应器中采用有机物浓度低的城市污水培养好氧颗粒污泥. 运行过程中考察了污泥性能,并通过调整、优化沉淀时间和排水比等运行参数,培养出了高性能且稳定的好氧颗粒污泥. 活性污泥接种40 d后反应器内开始出现细小颗粒,160 d后颗粒污泥趋于成熟,粒径可达0.8 mm,且其周围有大量的原生动物. 颗粒化过程中,污泥密度、沉降速率和ρ(MLSS)分别从初期的1.004 0 g/cm3,6.8 m/h和4 000 mg/L升至1.010 5 g/cm3,38.5 m/h和8 000 mg/L,污泥容积指数(SVI₃₀)则从75 mL/g降至40 mL/g. 形成后的颗粒污泥对城市污水中COD_Cr和NH₄+-N有很好的去除效果,出水中ρ(COD_Cr)和ρ(NH₄+-N)分别在50和5 mg/L以下.      

NaCl对好氧颗粒污泥短程硝化反硝化的影响

利用SBR(序批式反应器)研究了不同ρ(NaCl)、曝气时间、ρ(COD_Cr)、进水ρ(NH₄+-N)对AGS(好氧颗粒污泥)短程硝化反硝化的影响. 结果表明,在pH、温度和ρ(DO)为8.0、30 ℃和3 mg/L条件下,以及ρ(NaCl)、曝气时间、ρ(COD_Cr)和ρ(NH₄+-N)为20 g/L、8 h、600 mg/L和70 mg/L时,η_A(NH₄+-N去除率)和NAR(NO₂--N积累率)达到最佳. 当进水ρ(NaCl)为10 g/L时,NOB(亚硝酸盐氧化菌)被完全抑制,AOB(氨氧化菌)能够保持正常活性. ρ(COD_Cr)较高时能够促进NAR的提高. 经过116 d的培养,AGS短程硝化反硝化的耐盐极限为50 g/L,此时η_A小于50%,AOB被严重抑制,AGS丧失硝化能力. AGS的同步硝化反硝化作用明显,SND(同步硝化反硝化率)平均值为24.2%,SNDV(同步硝化反硝化比速率)平均值为0.63 h-1,低ρ(DO)比高ρ(DO)下的SND同步硝化反硝化作用更为明显.      

光合细菌强化SBR系统处理垃圾渗滤液及生物群落结构分析

从垃圾渗滤液中分离得到一株具有脱氮除磷能力的光合细菌R1,经鉴定为沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonas palustris）,将其投加到SBR系统中,研究对其强化处理垃圾渗滤液的效果,并解析反应器中的菌群构成。结果表明:添加了光合细菌的实验组SBR反应器对COD、NH₄+-N和TP去除率分别达到76.895%、65.964%和94.036%,且污泥产量明显少于对照组。高通量测序结果表明:变形菌门、绿弯菌门、厚壁菌门、酸杆菌门和拟杆菌门为主要优势菌门。在Caldilineaceae、Acinetobacter、Pseudomonas等共同作用下,R1不仅能够稳定存在于活性污泥中,还能够有效改善活性污泥中微生物群落结构,提升其脱氮除磷的性能。     

共固定化菌藻对市政污水中氮磷去除的研究

以PVA为主要包埋材料,将活性污泥和蛋白核小球藻共固定化,用气升式反应器连续处理模拟生活污水,结果表明:共固定化菌藻共生系统适于处理高有机负荷、低氮磷浓度的市政污水,NH+4-N的最高去除率可接近100%,P的最高去除率可达到93.6%。24h无光照对NH+4-N、P的去除没有影响,但缺少光照多于36h则影响较大。     

再生水补充景观水体中藻类的生长比较

以太原市污水净化二厂二级出水作为景观水体补水水源,比较了以再生水为培养基的小球藻、斜生栅藻、鱼腥藻和针杆藻的生长情况,利用Logistic对数形式模型拟合了藻类在纯培养和共培养条件下的生长曲线.结果表明,在纯培养和共培养条件下,4种藻类的生长情况均为小球藻>斜生栅藻>鱼腥藻>针杆藻.其中,针杆藻的竞争能力较差;鱼腥藻虽然有较强的增殖能力,但并不处于优势地位;斜生栅藻能与小球藻形成竞争,较适宜在该水质条件下生长;小球藻具有较强的竞争优势,为该水质条件下的优势藻种.以污水二厂二级出水为景观水体补水时,应重点防止绿藻尤其小球藻的过度生长.