微藻的产油生命污水处理

介绍

近年来，水资源问题日益严重，生活污水是水环境的重要污染源之一。目前国内污水处理在国内多为一级和二级处理工艺的组合。污水中含有的大量无机氮、磷不能得到有效去除，容易导致水环境富营养化，生活污水处理过程中会产生严重的能源浪费。

微藻可以去除生活污水中的有机物等污染物进行深度处理，同时可以产生油脂，实现自身物质的积累。利用生活污水培养微藻不仅可以实现生物能源的生产，还可以降低成本。基于上述特点，微藻逐渐成为污水净化、环境治理和生物基化学品生产的研究热点。因此，本研究通过实验方法构建SBR反应器，充分利用活性污泥微生物和藻类之间的协同作用，探索菌藻共生系统对反应器中污染物的去除效果、微藻的生长特性和生产力。

一.材料和方法

1.1实验材料

(1)实验藻类和活性污泥。本研究选用小球藻作为微藻，污泥取自济南某污水处理厂曝气池。藻类和污泥需要有一定梯度的生活污水进行驯化。接种比例设置为五种比例:菌藻质量比为1:10、1:5、1:3、1:1、3:1。前期通过显微镜观察菌藻共生情况，在接种前获得较好的接种比例。

(2)实验装置。SBR反应器主要由以下五部分组成:反应器主体(有效容积为6L，进出水口设置在反应器底部和中部)、曝气装置、搅拌装置、进出水装置和计时系统。添加由白炽灯组成的照明设备。

1.2实验方法的设计

(1)运输条件的设计和维护。本实验设置了两个SBR反应器，即藻类-细菌共生系统反应器和常规活性污泥系统反应器，它们的运行条件相同。实验在室温25℃左右控制100天，光暗比为12:12，通气下保水时间为8h。为了保持泥水混合均匀，用磁力搅拌器搅拌，用气泵吹风曝气，使曝气速率保持在0.2L/min。每周测量污泥的SVI和MLSS，并确定污泥排放量，以维持反应器中的污泥浓度。

(2)处理后污水的水质分析。水质每三天测定一次，检测方法如下:氨氮测定采用纳氏试剂比色法，总磷测定采用钼酸铵分光光度法，总氮测定采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法，COD测定采用消解管密闭催化消解比色法。计算四项指标的去除率，分析水质净化情况。

(3)藻类生物量和含油量的测定。该指数每周测量一次，连续测量12次。采用较为精确的丙酮提取-紫外分光光度法通过测定叶绿素a的浓度来测定藻类的生物量，采用氯仿-甲醇提取法来测定油含量。

二。结果和讨论

2.1反应器对水净化的影响

(1)COD去除效率:运行期内反应器的COD去除率在一定范围内波动，菌藻共生SBR反应器的平均COD去除率为88.8%，高于单一活性污泥反应器的平均85.9%，表明菌藻共生系统在COD去除方面较传统SBR有一定优势。

(2)氨氮的去除作用:藻类在自身生长繁殖过程中以氮为氮源完成物质转化，藻类的存在可以增强细菌的活性，有利于氨氮的转化。两个反应器的氨氮平均去除率达到97%，无显著差异。原因可能是好氧污泥由于活性较高，具有良好的氨氮降解能力。因此，两者在长期运行中都能保持较高的氨氮去除率，去除能力没有显著差异。

(3)总氮和总磷的去除效果:由于总氮和总磷的去除效果表现出相同的规律，两者的去除效果可分为两个阶段，故统一分析其成因和影响。在运行的100天内，菌藻共生SBR反应器对总氮和总磷的平均去除率分别为47.4%和60.8%，比对照SBR反应器分别高45.2%和58.1%。这是因为在微藻生长过程中，污水中的碳酸盐和空气中的二氧化碳作为碳源，污水中的有机氮和无机氮作为氮源，合成形成藻细胞的蛋白质和氨基酸。磷酸酸化将污水中的磷转化为ATP、磷脂等有机物。通过这种方式，微藻可以完成细胞增殖，并在此过程中释放氧气，提高水中溶解氧的浓度，降低污水中氮磷污染物的浓度。

前期脱氮除磷效果差，波动大。原因可能是:①菌藻共生体系的建立需要一定的时间，污泥中的一些杂菌可能会影响藻类生长和生物量积累；②长时间曝气的影响。在一天曝气18小时的前期，TN的去除主要依靠反硝化过程，即反硝化细菌将硝态氮还原为氮气，从水中去除。如果曝气时间过长，就不能维持有效的还原条件，从而降低脱氮效果。如果曝气时间过长，聚磷菌会消耗过多的PHB，影响磷的吸收。当处于厌氧阶段时，聚磷菌虽然能以较快的速度释放磷，但这些磷在后续的好氧阶段已不能被完全吸收，即过多的磷吸收被破坏，除磷效果同样较差。此外，长时间曝气会降低污泥的沉降性能和活性，不利于微藻的生长。③污泥排放量少，使富磷污泥中的磷重新释放到环境中。

根据上述问题的可能原因，调整运行周期，缩短曝气时间，曝气时进行光照，充分发挥微藻的除磷效果，加速生物量的积累。同时加大排泥量，隔天排泥300ml，排富磷污泥，提高除磷效果。

实验后期，菌藻共生SBR反应器对TN的平均去除率为58.2%和TP63.9%，显著高于SBR反应器(TN49.7%和TP56.2%)。在此阶段，菌藻共生系统对氮磷的去除效率达到了预期。

2.2反应器中的藻类生长和产油

发现微藻与真菌的关系可以增加微藻生物量，促进脂类和糖类的产生。与微藻共培养的细胞可以为微藻生长提供维生素，降低微藻生物量积累的成本，从而提高生产效率。此外，与微藻培养相关的细胞也可以固定无机营养物。

微藻培养相关细菌也可以固定无机营养物质。

(1)藻类的生长。实验组的藻类生物量整体呈上升趋势，实验中期增幅较大，这是因为重新调整的曝气和配光模式促进了藻类的生长。后期略有下降，因为藻类密度过高，生长空间有限导致拥挤，影响光密度进而限制自身生长。对照组中单个活性污泥反应器叶绿素含量无明显波动，出水叶绿素含量极低，无藻类流失。

(2)含油量分析。最高含油量可达340mg/L，菌藻共生SBR反应器平均含油量为253.5mg/L，活性污泥反应器平均含油量为180.1mg/L，前期含油量呈上升趋势。此时藻类生长相对稳定，产油量稳定。然后，出油率呈下降趋势。此时藻类细胞生长旺盛，营养氮源充足，蛋白质、脂类、核酸等生物活性物质合成正常，因此脂肪酸含量较低。研究表明，该微藻具有一定的产油能力，污水中的营养元素可通过微藻同化回收再利用，进一步降低了污水处理过程中的能耗，为基于微藻产油的污水资源化利用提供了理论依据。

三。结束语

采用活性污泥和小球藻组成的菌藻共生SBR反应器处理人工模拟生活污水。在实验条件下，与传统活性污泥SBR反应器相比，该系统对COD、NH4+-N、TN和TP具有良好的去除效果，进一步改善了出水水质，并显著提高了微藻生物量和总油产量，实现了污水资源化利用。细菌共生SBR工艺可用于净化生活污水。(来源:山东师范大学)

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