微藻胞外有機(jī)物的活性炭吸附及其生物濾池的深度處理研究.pdf

1、近年來(lái)，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的不斷加快使大量富含氮磷植物營(yíng)養(yǎng)元素的工業(yè)和市政污水排入到水體當(dāng)中，造成自然水體的嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化。而微藻作為一種能夠通過(guò)光合作用實(shí)現(xiàn)氮磷高效脫除、CO2快速固定以及生物質(zhì)規(guī)模化生產(chǎn)的微生物，在未來(lái)廢水氮磷深度處理中有著非常廣闊的應(yīng)用前景。但在實(shí)際微藻培養(yǎng)過(guò)程中，微藻會(huì)向培養(yǎng)廢水中分泌大量胞外有機(jī)物，這些胞外有機(jī)物不僅可以作為碳源引起培養(yǎng)廢水中嚴(yán)重的細(xì)菌污染，而且還會(huì)造成藻處理出水的水質(zhì)惡化以及微藻生長(zhǎng)的抑制，對(duì)微藻氮

2、磷深度處理設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
　　本文以微藻胞外有機(jī)物引起的細(xì)菌污染、水質(zhì)惡化和藻生長(zhǎng)抑制為研究重點(diǎn)，選用污水深度處理中的典型微藻（斜生柵藻，Scenedesmus obliquus），構(gòu)建基于胞外有機(jī)物活性炭處理為核心的微藻氮磷深度處理穩(wěn)定系統(tǒng)，通過(guò)顆?；钚蕴繉?duì)胞外有機(jī)物和細(xì)菌吸附，實(shí)現(xiàn)微藻氮磷深度處理過(guò)程中細(xì)菌污染的緩解;通過(guò)活性炭生物濾柱對(duì)胞外有機(jī)物的生物降解，實(shí)現(xiàn)藻處理出水的生物穩(wěn)定化以及出水的微藻穩(wěn)定循環(huán)培養(yǎng)，

3、主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)比較了6種常見的商業(yè)吸附劑對(duì)胞外有機(jī)物的吸附能力，選用吸附能力最優(yōu)的活性炭對(duì)胞外有機(jī)物進(jìn)行處理。在培養(yǎng)基僅受到細(xì)菌污染的情況時(shí)，細(xì)菌可以利用微藻的胞外有機(jī)物進(jìn)行生長(zhǎng)，造成微藻在培養(yǎng)后期的大量裂解死亡，穩(wěn)定期生物量從空白組的0.45g L-1驟降至0.06g L-1。而在培養(yǎng)初期投加活性炭可以有效緩解細(xì)菌污染，微藻穩(wěn)定期生物量達(dá)到0.46g L-1。進(jìn)一步研究活性炭的細(xì)菌污染緩解機(jī)理發(fā)現(xiàn)，活性炭可

4、以吸附微藻和細(xì)菌分泌的胞外有機(jī)物，并減少細(xì)菌分泌胞外有機(jī)物的行為，使藻液中可以裂解微藻的溶藻類有機(jī)物濃度下降。同時(shí)，活性炭還可以吸附細(xì)菌，減少細(xì)菌對(duì)微藻生長(zhǎng)的競(jìng)爭(zhēng)和裂解作用，有效緩解細(xì)菌污染引起的微藻大量裂解和培養(yǎng)基水質(zhì)惡化。
　　(2)針對(duì)藻處理出水中胞外有機(jī)物會(huì)引起水體生化需氧量的大幅增高，通過(guò)活性炭生物濾柱對(duì)藻處理出水中的胞外有機(jī)物進(jìn)行生物降解，實(shí)現(xiàn)藻處理出水的生物穩(wěn)定化。研究了停留時(shí)間和進(jìn)水水質(zhì)對(duì)活性炭生物濾柱性能的影響，

5、在最優(yōu)的8h停留時(shí)間下，生物濾柱對(duì)藻細(xì)胞的去除率為33％，對(duì)于胞外有機(jī)物的去除率達(dá)到52％;對(duì)于低生物可利用度進(jìn)水，胞外有機(jī)物的去除率下降至30％，但生物可利用度也進(jìn)一步減少到0.15mg L-1左右，大幅降低生化需氧量，提高出水的生物穩(wěn)定性。進(jìn)一步考察了生物濾柱中的菌群結(jié)構(gòu)，活性炭生物濾柱中的優(yōu)勢(shì)菌群為Proteobacteria(形變菌門，79.6％)和Bacteroidetes(擬桿菌門，10.3％)，Proteobacteria

6、（形變菌門）在生物膜的碳循環(huán)、氮循環(huán)和硫循環(huán)中具有重要作用，而Proteobacteria不僅可以厭氧發(fā)酵微藻胞外有機(jī)物中的碳水化合物和蛋白質(zhì)，還可以生物發(fā)酵藻生物質(zhì)，起到濾柱中截留藻細(xì)胞去除的作用。
　　(3)進(jìn)行了藻處理出水和生物濾柱出水的微藻循環(huán)培養(yǎng)性能的研究，考察出水循環(huán)培養(yǎng)對(duì)微藻生長(zhǎng)、胞外有機(jī)物分泌、無(wú)機(jī)碳、TN和TP利用的影響。藻處理出水對(duì)微藻的生長(zhǎng)和氮磷吸收產(chǎn)生了明顯的抑制作用，微藻生物量下降達(dá)到30％，TN和TP的

7、去除率分別減少了14％和39％。雖然生物濾柱處理對(duì)藻處理出水的生長(zhǎng)抑制作用無(wú)緩解作用，但可以有效提高微藻對(duì)培養(yǎng)基中TN和TP的吸收利用，TN和TP的去除率分別達(dá)到98％和98％，遠(yuǎn)高于原始藻處理出水的85％和61％，對(duì)藻生物質(zhì)中蛋白質(zhì)的提高、光合作用的增強(qiáng)具有重要的意義。
　　(4)進(jìn)行了活性炭生物濾池處理單元的設(shè)計(jì)，以微藻深度處理后的二沉池出水為進(jìn)水，進(jìn)水最大流量為5000m3d-1，出水水質(zhì)要求達(dá)到管網(wǎng)中飲用水生物穩(wěn)定性的要求