藻菌体系下高浓度有机废水的营养回收和能量利用机制研究

发布时间：2020-03-20 20:09

【摘要】：微藻废水处理可以有效实现废水中的营养回收和能量利用。而相较于传统的单一生物处理方法,藻-菌共培养废水处理具有更为广泛的研究应用前景。构建合理的藻-菌共培养体系是强化废水处理性能的关键。本文利用厌氧发酵,微藻接种,藻-菌共培养等技术手段,以废水的营养回收和能量利用为切入点,对藻-菌体系下高浓度有机废水的处理性能以及相关藻-菌共培养机理等方面进行了研究。通过厌氧发酵+微藻培养连续过程可以实现高浓度有机废水的高效处理。预先进行污泥热处理可以控制发酵过程为产氢发酵,产氢发酵过程下生物气中氢气的占比高达54.8%。在产氢发酵+微藻培养连续过程中,废水中COD,NH_4~+-N,TP的去除率分别达到了100%,98.3%和64.2%。通过产氢发酵+微藻培养过程,废水的热值转化效率(HVCE)可以高达到41.2%。由微生物群落分析结果可知,厌氧产氢发酵+微藻培养过程后水样中的优势微生物群落为寡养单胞菌属(Stenotrophomonas),金黄杆菌属(Chryseobacterium),微小杆菌属(Exiguobacterium)。在模拟高浓度发酵废水的条件下,对不同初始小球藻接种浓度下的废水处理性能进行了初探。初始接种浓度为0.5 g/L的条件下,废水中总碳(TC)的去除率分别达到了55.6%,生物质积累量(三天后)达到1.93 g/L。基于有机物去除,生物质积累量以及操作成本等方面的考虑,选取0.5 g/L为最适小球藻初始接种浓度用于后续高浓度发酵废水的处理。选用金橙黄微小杆菌(Exiguobacterium aurantiacum),嗜氨基酸寡养单胞菌(Stenotrophomonas acidaminiphila),大菱鲆金黄杆菌(Chryseobacterium scophthalmun)作为三株微藻促生菌,并构建三组藻-菌共培养体系用于高浓度发酵废水的藻-菌共培养处理。研究结果表明,Chlorella sorokiniana L3+Chryseobacterium scophthalmun共培养体系表现出了最佳的废水处理性能。与单藻Chlorella sorokiniana L3体系相比,该共培养体系下废水中COD,NH_4~+-N以及TP的去除率分别提高了21.7%,17.8%,22.6%。在为期三天的处理过程中,共有1.61 g/L的COD当量,91.5 mg/L的NH_4~+-N以及131.7 mg/L的TP被有效去除利用。能量分析结果表明,Chlorella sorokiniana L3+Exiguobacterium aurantiacum共培养体系具有最佳的能量转化效率,其总能量转化效率(TECE)高达70.7%,显著高于单藻体系下的38.8%。藻-菌体系下的营养回收和能量分析结果表明,藻-菌间通过二氧化碳与氧气的物质营养交换作用实现了高浓度发酵废水的生物强化处理。利用Chlorella sorokiniana L3+Chryseobacterium scophthalmun藻-菌共培养体系,进行了促生菌Chryseobacterium scophthalmun对微藻Chlorella sorokiniana L3糖组分积累影响的研究。结果表明,培养条件调控下的缺氮环境促进了微藻糖组分的积累,小球藻最大胞内糖含量由35.3%提高到了61.9%。缺氮培养条件造成了细胞的高产糖,而促生菌的加入促进了微藻C、N等营养的利用与微藻生物质的积累,对小球藻糖组分积累无显著影响。
【图文】：

图 2.1 厌氧暗发酵装置图Figure 2.1 Anaerobic dark fermentation device diagram酵液接种 Chlorella sorokiniana L3氧暗发酵之后得到的两组发酵液高速离心（8000 rpm，10 min）， 50ml 发酵液置于 100 ml 锥形瓶中进行 Chlorellasorokiniana L3 接初始接种浓度为 0.1g/L 的纯种小球藻 L3。合适的初始接种浓度和pH 对微藻的生长至关重要，基于 Cho[46]，Liu[47]，Ren[48]等人的研究结调节发酵液为 pH 为 6.0 作为初始 pH，小球藻初始接种浓度为 0.1小球藻 L3 的锥形瓶置于摇床培养（摇床转速 150 rpm，光照强度·s），，培养温度控制在 26±2 ℃每组实验三个平行。每隔 24 h 进行取

16图 2.2 工作浓度曲线Figure 2.2 Working concentration curves质工作曲线方程如下所示：（y=501.1*x-1316.6, R2=0.9972）;乙醇（y=797.37*x-6821.1, R2=0.99（y=974.27*x-9013.4, R2=0.9982）;丁醇（y=1082.1*x-10067, R2=0.99（y=488.2*x-1043.7, R2=0.9851）;丙酸（y=988.91*x-789.59, R2=0.99（y=1356.8*x+79.4, R2=0.9983）;异丁醇（y=1430.6*x+2132, R2=0.99行样品制备时，取厌氧暗发酵后的混合液 10 ml，通过高速离心（ min），取上清液，过 0.22μm 的水相滤膜后，向过滤后的样品液中，使样品的 pH 值在 2~3 之间。将制备好的样品置于 2 ml 色谱专用定色谱程序自动 2μL 注射进样，以测定发酵液中代谢产物种类及含
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

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本文编号：2592130