基于污泥资源化利用的蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)培养研究

利用废水或者废弃物培养微藻,不仅可使废弃物得到合理利用,还可为微藻培养提供廉价原料.以蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)为研究对象,以污泥抽提液部分或全部替代SE(selenite enrichment)培养基,研究基于污泥资源化利用的微藻细胞培养方法.结果表明,当SE培养基与污泥抽提液比例为1∶9和2∶8时,相同条件下接种蛋白核小球藻培养14 d后,在波长为680 nm下其光密度分别为0.858和0.845,显著高于其它处理,当两者比例为0∶10和10∶0时,相应光密度分别为0.571和0.247.通过测定其色素和次生代谢产物含量时发现,当SE培养基与污泥抽提液比例为2∶8时,蛋白核小球藻的叶绿素、β-胡萝卜素和蛋白质含量最高.因此,剩余污泥抽提液可以部分作为培养蛋白核小球藻的良好基质,并且其培养效果明显优于其标准培养基.在本试验条件下,蛋白核小球藻培养的最佳条件是污泥抽提液比例为80%,该条件下蛋白核小球藻的生长状况较好,并且叶绿素与蛋白质含量最高.     

市政污水处理厂工艺运行探讨

目的在于探讨影响市政污水处理厂运行效果的工艺因素,提出可行的调控措施。通过对某市政污水处理厂2年的运行结果分析表明,有机物和悬浮物(SS)受水质和工艺等因素的影响较小,出水一般可以达标;NH3-N、TN去除效率偏低的原因除生物处理池水力停留时间(HRT)过短、有机负荷率偏高、好氧段曝气不均匀外,还与污泥消化上清液直接进入污水处理系统等有关;同样,TP和PO43--P的去除效率受污泥消化上清液和剩余污泥回流的影响也较大。研究认为,污水厂的二沉池富磷剩余污泥不宜直接回到初沉池浓缩处理,污泥消化和脱水上清液应除磷后再回到污水处理系统。     

城市污水处理厂污泥臭氧减量技术研究

通过半连续式实验考察了臭氧投加量和初始pH对剩余污泥臭氧处理的影响.结果表明,随着臭氧投加量的增加,污泥溶解率增加,有机质、氮、磷等物质释放到污泥液相中;最佳臭氧投加量控制在约150 mg·g-1(以SS计),污泥溶解率可达约26%;污泥臭氧减量应在初始pH中性或偏碱性条件下进行,此时污泥溶解率较高,有利于有机质和氮的溶出.臭氧处理后污泥回流至生物处理系统对微生物的生物活性、COD和TN的去除效果无显著影响,但由于系统中无剩余污泥排放,导致TP的去除效果明显下降.臭氧处理后污泥上清液的Ca(OH)2除磷实验发现,较高的钙磷摩尔比对上清液除磷有利;当其值控制在10.0左右时,TP的去除率大于80%.     

超声处理后剩余污泥性质变化及分析

主要研究超声处理后剩余污泥性质的变化,探讨了污泥上清液中SCOD、BOD、TN、TP以及污泥耗氧速率OUR等随超声时间和声能密度的变化,尤其是对进一步的污泥处理处置的影响进行分析。研究表明,超声处理后的污泥结合到污水处理工艺中可以实现污泥隐性生长而达到污泥减量的目的;或者为污泥进一步处理处置提供了有利条件。     

剩余污泥微生物发酵合成微生物油脂制备生物柴油技术研究

提高剩余污泥微生物发酵合成微生物油脂的含量是促进剩余污泥制备生物柴油技术的重要研究方向.本研究首先比较了BD法、二甲亚砜-甲醇法和酸热法对剩余污泥微生物油脂提取率的影响.结果发现,酸热法提取得到的微生物油脂含量最高,进一步甲酯化合成的生物柴油产率最高达到2.1%.通过控制发酵过程pH和调节初始C/N,可以提高剩余污泥微生物发酵合成可酯化油脂的含量,在pH=4、C/N=100条件下发酵合成的微生物油脂甲酯化得到的生物柴油产量和产率可提高至1.81 g·L~(-1)和13.06%.在此基础上重点比较了4种模拟含糖废水对剩余污泥微生物发酵合成油脂的影响.结果表明,木糖为碳源时合成的微生物油脂进一步甲酯化为生物柴油的产量和产率显著高于乳糖、蔗糖和葡萄糖,分别达到3.90 g·L~(-1)和24.55%.研究表明,以剩余污泥微生物为菌源,采用木糖等含糖废水为培养基,通过控制发酵条件可以强化剩余污泥微生物合成可酯化的微生物油脂含量,进而提高生物柴油产量.     

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.      

剩余污泥超声提取液培养生物破乳菌Alcaligenes sp.S-XJ-1

将超声法预处理剩余污泥得到的提取液用于培养高效生物破乳菌Alcaligenes sp.S-XJ-1,以探索剩余污泥资源化利用的新途径.使用超声能量(ES)为443~56647kJ/kg TS的超声条件处理剩余污泥,获得的污泥提取液中氨氮、有机氮、总磷的浓度最高分别为171.94,142.20,76.29mg/L,提取液中包含K、Ca、Mg、Fe等破乳菌生长必须的金属元素.将污泥提取液(ES为885~56647kJ/kg TS)作为培养基用于合成高效破乳菌Alcaligenes sp.S-XJ-1,产量较MMSM培养基可提高0.3%~68.3%,其中ES为56647kJ/kg TS时破乳菌产量最高,为2.03g/L.污泥提取液中的pH缓冲能力对菌体产量有重要影响,提取液的有机氮浓度可能是破乳菌产量提高的关键因素.污泥提取液培养的破乳菌破乳性能稳定保持在80.0%左右,菌体细胞表面疏水性与菌体C/N较MMSM培养基培养菌体无明显差异.说明以剩余污泥超声提取液作为培养基可以培养稳定高效的破乳菌Alcaligenes sp.S-XJ-1.     

剩余污泥超声提取液培养生物破乳菌Alcaligenes sp. S- XJ-1

将超声法预处理剩余污泥得到的提取液用于培养高效生物破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1,以探索剩余污泥资源化利用的新途径.使用超声能量(ES)为443~56647kJ/kg TS的超声条件处理剩余污泥,获得的污泥提取液中氨氮、有机氮、总磷的浓度最高分别为171.94,142.20, 76.29mg/L,提取液中包含K、Ca、Mg、Fe等破乳菌生长必须的金属元素.将污泥提取液(ES为885~56647kJ/kg TS)作为培养基用于合成高效破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1,产量较MMSM培养基可提高0.3%~68.3%,其中ES为56647kJ/kg TS时破乳菌产量最高,为2.03g/L.污泥提取液中的pH缓冲能力对菌体产量有重要影响,提取液的有机氮浓度可能是破乳菌产量提高的关键因素.污泥提取液培养的破乳菌破乳性能稳定保持在80.0%左右,菌体细胞表面疏水性与菌体C/N较MMSM培养基培养菌体无明显差异.说明以剩余污泥超声提取液作为培养基可以培养稳定高效的破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1.     

淀山湖水质富营养化和微囊藻毒素污染水平

研究淀山湖不同季节水体中总磷(TP)、总氮(TN)、pH、水温、透明度(SD)、叶绿素a(Chl-a)含量和优势藻种等富营养化相关指标;在培养条件下,研究不同温度、光照、氮磷浓度对铜绿微囊藻的生长及微囊藻毒素LR(MC-LR)产生的影响;研究藻细胞密度和微囊藻毒素LR浓度的相关关系.结果表明:淀山湖水质已呈富营养化状态,春末和夏季水质和水文条件适合藻类生长.湖水TN和TP年平均值分别达1.93mg/L和0.18mg/L,TN和TP的年超标率达93.5%和92.2%.TP的高峰期比施肥的高峰期延迟出现约一个月,说明沿湖农业对富营养化指标的影响较大.淀山湖常年生长的藻类分别是蓝绿藻、硅藻、隐藻和裸藻等,夏季水华中可见污染指示藻如微囊藻、鱼腥藻和针杆藻等产毒藻.培养条件下,铜绿微囊藻在25℃和3000lx时生长最快,但产毒量却分别在20℃和5000lx时达到最大值;合适其生长和产毒的氮、磷浓度分别为650μmol/L和6.5μmol/L.现场和实验室条件下,均发现磷为藻类生长的限制因子,微囊藻毒素-LR浓度与藻细胞密度或铜绿微囊藻细胞密度之间存在正相关关系,提示可以用藻细胞密度来估算水中毒素的浓度.     

纳米氧化镍对3种绿藻的毒性效应

通过配制不同浓度(0,60,120,180,240,300mg/L)纳米氧化镍(nNiO)悬浊液,对四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)、普通小球藻(Chlorella vulgaris)和羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)进行连续胁迫10d的毒性试验,测定nNiO对3种绿藻生长状况、叶绿素a、蛋白质、脂质过氧化物丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的影响.结果表明,nNiO胁迫对四尾栅藻、普通小球藻和羊角月牙藻的生长均有一定抑制作用,在同一时间段内,总体呈明显剂量效应;nNiO低浓度(60~120mg/L)胁迫对供试藻的影响表现为“抑制—促进—抑制”,在一定时间内对供试藻有促进生长的作用;nNiO胁迫对四尾栅藻、普通小球藻和羊角月牙藻的毒性效应表现为叶绿素a和蛋白质含量减少,MDA含量升高,抗氧化活性降低;羊角月牙藻对nNiO的耐受性较强,四尾栅藻和普通小球藻较敏感.     

缺镁胁迫对普通小球藻光合生理及油脂积累的影响

小球藻是一种重要的生物资源,它在生产微藻燃料、提取生物活性物质以及水环境修复等方面具有广阔的应用,因此研究小球藻的生理生化特性具有重要的意义.镁离子在微藻的生长过程中起到了很重要的作用,不仅是叶绿素结构的中心原子,还是一些代谢途径中关键酶的辅因子.采用批次培养的方法,在对普通小球藻(Chlorella vulgaris)光合自养培养过程中,研究了在缺镁胁迫条件下的普通小球藻的光合生理及油脂积累的变化.结果表明,在缺镁胁迫条件下,普通小球藻的生物量、蛋白含量、叶绿素a含量、叶绿素b含量分别降低了20%、43.96%、27.52%、28.07%,而总油脂含量增加了19.60%;普通小球藻的最大光能转化效率Fv/Fm降低了22.54%,而非光化学淬灭qN显著高于正常培养条件.本研究结果表明缺镁胁迫抑制了普通小球藻中叶绿素的合成,从而影响了光合作用的进行,导致普通小球藻生长受到抑制、蛋白质合成受阻,从而使其碳同化进入油脂的合成代谢,增加了普通小球藻油脂含量.     

Enhancing sewage sludge dewaterability by bioleaching approach with comparison to other physical and chemical conditioning methods

The sewage sludge conditioning process is critical to improve the sludge dewaterability prior to mechanical dewatering. Traditionally, sludge is conditioned by physical or chemical approaches, mostly with the addition of inorganic or organic chemicals. Here we report that bioleaching, an efficient and economical microbial method for the removal of sludge-borne heavy metals, also plays a significant role in enhancing sludge dewaterability. The effects of bioleaching and physical or chemical approaches on sludge dewaterability were compared. The conditioning result of bioleaching by Acidithiobacillus thiooxidans and Acidithiobacillus ferrooxidans on sludge dewatering was investigated and compared with the effects of hydrothermal (121℃ for 2 hr), microwave (1050 W for 50 sec), ultrasonic (250 W for 2 min), and chemical conditioning (24% ferric chloride and 68% calcium oxide; dry basis). The results show that the specific resistance to filtration (SRF) or capillary suction time (CST) of sludge is decreased by 93.1% or 74.1%, respectively, after fresh sludge is conditioned by bioleaching, which is similar to chemical conditioning treatment with ferric chloride and calcium oxide but much more effective than other conditioning approaches including hydrothermal, microwave, and ultrasonic conditioning. Furthermore, after sludge dewatering, bioleached sludge filtrate contains the lowest concentrations of chroma (18 times), COD (542 mg/L), total N (TN, 300 mg/L), NH₄⁺-N (208 mg/L), and total P (TP, 2 mg/L) while the hydrothermal process resulted in the highest concentration of chroma (660 times), COD (18,155 mg/L), TN (472 mg/L), NH₄⁺-N (381 mg/L), and TP (191 mg/L) among these selected conditioning methods. Moreover, unlike chemical conditioning, sludge bioleaching does not result in a significant reduction of organic matter, TN, and TP in the resulting dewatered sludge cake. Therefore, considering sludge dewaterability and the chemical properties of sludge filtrate and resulting dewatered sludge cakes, bioleaching has potential as an approach for improving sludge dewaterability and reducing the cost of subsequent reutilization or disposal of dewatered sludge.     

藻细胞在固体表面附着特性的初步研究

针对平板式光生物反应器,以补充有碳源的SE(Brostol's solution)培养基作为普通小球藻生长的水环境,研究了载体表面粗糙度、藻细胞接种量、培养液pH值和液体流量对小球藻细胞在固体基质表面吸附特性的影响.结果表明:藻细胞在各载体表面的吸附密度均随时间进行呈现先快速增大再逐渐趋于平缓的变化趋势;在实验条件下,随载体表面粗糙度和藻液中藻细胞接种量增大,载体表面对小球藻细胞的吸附率均增大,吸附密度也增大;当藻液pH值为6左右时,小球藻在载体表面的吸附密度达到最大;液体流量为0.65 mL·min-1时,载体表面对小球藻细胞的吸附能力最强.各参数对藻细胞吸附密度影响的重要程度依次为藻细胞接种量、培养基pH值、液体流量.     

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.     

毒性有机物BPA与普通小球藻的相互影响特性研究

考察了不同浓度双酚A(BPA)对普通小球藻(Chlorella vulgaris)生长特性的影响,以及普通小球藻生长过程对BPA的去除效能.研究表明,低浓度BPA(0~20 mg·L-1)对普通小球藻生长具有促进作用,而高浓度BPA(20~50 mg·L-1)对普通小球藻生长具有抑制作用,且抑制效应与BPA浓度呈正相关关系.低剂量BPA(<20 mg·L-1)对叶绿素含量并无明显的影响,高剂量BPA(>20 mg·L-1)造成叶绿素含量降低.在BPA初始浓度2~50 mg·L-1的范围内,普通小球藻对其都有一定的去除效能,单位普通小球藻对BPA去除速率与其初始浓度呈正相关关系.BPA投加量为50 mg·L-1时,BPA去除速率最大,且最大速率出现于延滞期与对数期之间.     

SBR工艺运行条件对好氧污泥颗粒化和除磷效果的影响

采用模拟配制生活污水,研究循序间歇反应器(SBR)工艺在不同运行条件下对好氧污泥颗粒化和生物除磷效果的影响.试验分别对进水中不同COD/TN比(11.79,18.85,20.72,24.66)、COD/TP比(27.85,44.53,48.93、58.25)、TN/TP比(4.00,2.36,1.54)、温度(22℃,15℃,8℃)和污泥龄(16d,10d,5d)作比较,发现进水中较高的COD/TN比(24.66)、COD/TP比(58.25)、温度(22℃)和较低的污泥龄(10d)对生物除磷和颗粒的形成有利;适当的TN/TP比(2.36)、接种污泥的选择是好氧颗粒污泥形成的关键.     

Selection of microalgae for high CO2 fixation efficiency and lipid accumulation from ten Chlorella strains using municipal wastewater

As significant differences in cellular physiology, metabolic potential and genetics occur among strains with morphological similarity, the screening of appropriate microalgae species for effective CO₂ fixation and biodiesel production is extremely critical. In this study, ten strains of Chlorella were cultivated in municipal wastewater influent (MWI) and their tolerance for MWI, CO₂ fixation efficiency and lipid productivity were assessed. The results showed that the biomass concentrations of four strains (Chlorella vulgaris, Chlorella 64.01, Chlorella regularis var. minima and Chlorella sp.) were significantly higher than other strains. When the cultivation systems were aerated with 10% CO₂, Chlorella sp. showed the highest CO₂ fixation efficiency (35.51%), while the highest lipid accumulation (58.48%) was observed with C. vulgaris. Scanning electron microscopy images revealed that the cells of both Chlorella sp. and C. vulgaris kept their normal morphologies after 15 day batch culture. These findings indicated that Chlorella sp. and C. vulgaris have fairly good tolerance for MWI, and moreover, Chlorella sp. was appropriate for CO₂ fixation while C. vulgaris represented the highest potential for producing biodiesel.     

菹草腐解-金鱼藻生长耦合作用对水质及植物生长的影响

通过室内实验模拟沉水植物季相交替过程,分析菹草腐解-金鱼藻生长耦合作用对水质变化影响,探讨菹草不同残体量腐解对金鱼藻生长的影响.结果表明,不同残体量条件下,金鱼藻均能将水体营养盐及有机质保持在相对较低水平,且实验第29 d后基本保持稳定,其中DTN0.514 mg·L-1,TN0.559 mg·L-1,TP0.080 mg·L-1,DTP0.014 mg·L-1,TOC13.94mg·L-1,Chl-a26.546 mg·L-1,菹草腐解-金鱼藻生长耦合作用对水质的改善效果明显,其中在20 g残体条件下处理效果较好,对水体TN、DTN、TP、TOC和Chl-a的去除率分别达到89.67%、52.51%、94.99%、55.59%和98.55%;不同残体量条件下金鱼藻的叶绿素、可溶性蛋白、丙二醛含量均比初始值增加,残体释放的营养盐促进了金鱼藻生长,在20 g残体条件下其对金鱼藻生长的促进作用最好.结果表明在水体含有20 g残体条件下,菹草腐解-金鱼藻生长耦合作用对水质的改善及植物生长的促进效果最显著.