藍藻生長條件優(yōu)化及厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣預處理研究.pdf

1、目前，市政污泥的主流處理工藝為厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣中的CH4經(jīng)分離后可以作為能源進行利用，而副產(chǎn)物CO2則往往排入大氣，成為溫室氣體污染的一部分。針對副產(chǎn)物CO2未得到有效利用、同時厭氧發(fā)酵沼液中富含氮、磷的現(xiàn)狀，本文提出一種將藍藻作為生物催化劑，利用CO2和沼液中N、P等營養(yǎng)物質(zhì)將無機碳再次轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)，然后將增殖的藍藻生物質(zhì)進行厭氧發(fā)酵，從而將市政污泥厭氧發(fā)酵副產(chǎn)物CO2有效的轉(zhuǎn)化為CH4的工藝思路。本論文主要對該整體工藝中的藍藻相關

2、部分進行研究，分別以太湖藍藻水華中優(yōu)勢藻種銅綠微囊藻和取自太湖的藍藻為研究對象，通過優(yōu)化藍藻生長條件和厭氧發(fā)酵預處理條件，實現(xiàn)對藍藻增殖效果、氮磷吸收效果和發(fā)酵效果的提升。研究內(nèi)容包括：
　　1.分別考察了光照時間、氮磷比和CO2曝氣濃度對銅綠微囊藻生長情況的影響。結(jié)果表明，銅綠微囊藻分別在光照強度為5000 Lux、氮磷比區(qū)間為10:1~20:1、CO2曝氣濃度小于等于5%時獲得最大藻生物量。在營養(yǎng)元素充分的情況下，銅綠微囊藻的

3、生長受光照強度變化的影響顯著，且在氮磷比過高或過低時會受到抑制，CO2曝氣濃度過高也會抑制藻細胞的增殖。
　　2.分別考察了光照強度、氮磷比和CO2曝氣濃度對銅綠微囊藻氮磷吸收效果的影響。結(jié)果表明，銅綠微囊藻對NO3--N的吸收率隨光照強度增大而升高，在7000 Lux時獲得最大值，且在CO2曝氣濃度小于等于5%時獲得最大值。銅綠微囊藻對NO3--N的吸收率隨氮磷比增大而降低，在氮磷比區(qū)間為10:1~15:1之間獲得最大去除量。銅

4、綠微囊藻對TP吸收率在光照強度為5000 Lux時達到最大值，但隨光強變化的趨勢不明顯；當?shù)妆葏^(qū)間為10:1~20:1、CO2曝氣濃度小于等于5%時，TP吸收率能分別達到最大值。
　　3.使用響應面法考察了氮磷比、CO2曝氣濃度和pH值對銅綠微囊藻生長情況和P吸收效果的影響。結(jié)果表明，通過優(yōu)化得到的最優(yōu)組合條件為：氮磷比為14.14:1，CO2曝氣濃度為3.59%，pH值為9.27。在此條件下，藻生物量的預測值為3.57 g/L

5、，TP吸收率的預測值為76.75%，實驗實測值與預測值無顯著差異，驗證了模型的正確性。
　　4.分別考察NO2--N濃度和預處理時間對藍藻厭氧發(fā)酵效果的影響。將預處理9h的四個對照組樣品清洗干燥后進行掃描電鏡觀察，結(jié)果表明，經(jīng)過預處理的藍藻聚合物結(jié)構(gòu)被破壞，使藍藻與接種物的接觸面積增大，加快水解速率，進而對厭氧發(fā)酵起到一定的促進作用。分析發(fā)酵預處理后藍藻樣品中SCOD、蛋白質(zhì)、多糖和氨氮等指標濃度變化。預處理過后的對照組顯示，除氨

6、氮外各指標濃度均有不同程度的提升且變化趨勢明顯。在大部分對照組中，SCOD、蛋白質(zhì)和多糖的濃度都隨NO2--N濃度的增大和預處理時間的延長而升高。
　　5.向經(jīng)過預處理后的藍藻樣品中加入?yún)捬跷⑸镞M行厭氧發(fā)酵研究，考察不同對照組的產(chǎn)氣情況。結(jié)果顯示，相同預處理時間下的不同NO2--N濃度對照組的產(chǎn)氣量和VS降解率基本隨NO2--N濃度的升高而增大，而最大產(chǎn)氣量在預處理時間為9 h，NO2--N濃度為200 mg/L，合FNA濃度為