（环境工程专业论文）钝顶螺旋藻对沼液的处理与利用.pdf

独创性声明 l u l l l l l l l l i l u i i i l l l l l l l l l l l l 帆 y 18 8 3 14 0 学位论文题目：鱼亟螺旋蘧殖塑速鲍处理生型用 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了 标注。 学位论文作者： 重礁签字日期：少1 1 年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生部可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：磊密， 口 保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：嫩 导师鲐拍砂叭 签字日期：少1 1 年彳月f 日 签字日期： 沙l f 年占月1 日 保护知识产权声明 本人完全了解西南大学关于对研究生在本校攻读学位期间撰写的 论文知识产权保护的规定。本人撰写的论文是在导师具体指导下，并 得到相关研究经费支持下完成的。具体数据和研究成果归属于导师和 作者本人，知识产权单位属西南大学。本人保证毕业后，以本论文数 据和资料发表论文或使用论文工作成果时，署名第一单位仍然为西南 大学。 论文作者签名： 翌堡 日期：2 盟么：2 本研究受到“十一五科技支撑计划项目 ( 2 0 1 0 b a d 0 3 8 0 3 ) 经费资助，在此表示感谢! 西南大学硕士学位论文目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第1 章文献综述。1 1 1 沼液特性及处理现状分析1 1 1 1 国内外沼气工程发展现状1 1 1 2 我国沼液处理、利用情况一2 1 1 3 沼液成分与特性分析3 1 2 藻类在废水处理中的应用5 1 2 1 藻类处理废水研究现状5 1 2 2 螺旋藻特性分析7 1 3 选题出发点与切入点9 第2 章引言10 2 1 研究目的和意义1 0 2 2 研究内容一1o 2 2 1 螺旋藻培养基的筛选1 0 2 2 2 螺旋藻生长的光温条件1 0 2 2 3 沼液中螺旋藻的驯化11 2 2 4 沼液中螺旋藻生长条件的优化1 l 2 2 5 螺旋藻在不同n p 下处理沼液试验1 1 2 3 研究技术路线。1 1 第3 章材料与方法1 2 3 1 试验材料1 2 3 1 1 试验藻种来源1 2 3 1 2 沼液来源1 2 3 2 主要仪器、设备1 2 西南大学硕士学位论文目录 3 3 试验方法1 2 3 3 1 培养基的筛选1 2 3 3 2 藻类的预培养1 2 3 3 3 螺旋藻的驯化一1 3 3 4 测试项目指标及方法1 3 3 4 1 生物学指标测定及方法1 3 3 4 2 理化指标及测定方法1 4 3 5 废水试验设计1 4 3 5 1 单因素试验_ 1 4 3 5 2 螺旋藻耐污能力试验1 4 3 5 3 多因素正交试验1 5 第4 章结果与讨论16 4 1 培养基筛选分析1 6 4 2 单因素试验影响分析1 6 4 2 1 不同温度对螺旋藻生长量影响分析1 6 4 2 2 不同光强对螺旋藻生长量影响分析1 8 4 3 螺旋藻耐污能力试验1 9 4 4 多因素正交试验分析2 2 第5 章结论与建议2 9 5 1 主要研究结论2 9 5 2 存在问题与建议2 9 参考文献3 0 致谢3 5 发表论文3 6 参与科研课题3 7 附录3 8 西南大学硕士学位论文摘要 钝顶螺旋藻对沼液的处理与利用 环境工程专业硕士研究生：夏旗 指导教师：陈玉成教授 摘要 针对当前大中型沼气工程沼液产生量大，采取沼液还田就地消纳无法满足处 理要求；而采用远距离的高能耗输送方式建设单位不能承受；而如果随意排放， 不但产生二次污染，而且破坏环境，本论文采用沼液培养钝顶螺旋藻进行废水深 度处理。沼液中含有丰富的营养物质，藻类在光合作用下，通过吸附、降解沼液 中的n 、p 等有机物，在收获螺旋藻体的同时，使沼液出水能够达标排放。本研究 旨在为促进沼气领域的可持续发展、加快生态农业建设，同时也为污水的低成本 处理多一个选择。 本文以钝顶螺旋藻为研究对象，主要对钝顶螺旋藻应用于沼液深度处理进行 了基础应用研究，得出了如下结论： 培养基筛选试验表明用z a r r o u k 培养基培养钝顶螺旋藻优于b g m 培养基。 单因素试验表明，在温度t = 3 0 时，钝顶螺旋藻生长速度最快；当光照强度 为4 0 0 0 l u x 时，钝项螺旋藻生物量远远超过光照强度为2 0 0 0 l u x 、6 0 0 0 l u x 。 钝顶螺旋藻耐污能力试验证明用沼液培养螺旋藻是可行的，在稀释比率为 1 1 0 时，钝顶螺旋藻对t n 、t p 、c o d 的去除率均达到9 0 以上。 通过b ( 3 4 ) 多因素正交试验，确定钝顶螺旋藻处理沼液最优生长条件：培养 时间为8 d ，曝气时间为2 h d ，p h = 9 ，添加微量元素。 最佳培养条件下，通过对钝顶螺旋藻在不同n p 比例下对沼液中n 、p 、c o d 去除试验发现，当n p = 1 0 ：1 时，沼液中t n 的去除率可以达到8 0 以上，t p 的 去除率可以达到7 8 ，c o d 去除率也能达到8 0 以上；钝顶螺旋藻对沼液中营 养物质的需求能够达到平衡，钝顶螺旋藻对沼液中n 、p 、c o d 都有比较理想的 处理效率。 关键词：钝顶螺旋藻，沼液，处理 西南大学硕七学位论文a b s t r a c t t r e a t m e n to f b i o g a ss l u r r yb ys p i r u l i n ap l a t e n s i sa n di t su t i l i z a t i o n a p p l i c a n tf o rm a s t e rd e g r e e ：x i aq i s u p e r v i s o r ：p r o f c h e ny u c h e n g a b s t r a c t t h i se s s a y , a c c o r d i n gt ot h ep r e s e n ts t a t u so fl a r g e s c a l eb i o g a ss l u r r yi sg r e a t , e c o l o g i c a lc o m p e n s a t i o nf o rt h eb i o g a ss l u r r yb yi r r i g a t i o nc a n tl o a d a n du s ed i s t a n t e n e r g y - i n t e n s i v et r a n s p o r t a t i o nm o d ec o n s t r u c t i o nu n i tc a n s te n d u r e ；i fe m i s s i o n sa t r a n d o m , n o to n l yp r o d u c es e c o n d a r yp o l l u t i o nb u ta l s od a m a g et h ee n v i r o n m e n t a d o p t w i t hb i o g a ss l u r r yc u l t u r es p i r u l i n ap l a t e n s i sd e 印t r e a t m e n to fw a s t e w a t e r , b i o g a ss l u r r y c o n t a i n sr i c hn u t r i e n t s ，a l g a ei np h o t o s y n t h e s i s ，t h r o u g ht h ea d s o r p t i o n , d e g r a d a t i o no f n i t r o g e na n dp h o s p h o r u si nb i o g a ss l u r r ys u c ho r g a n i s m s ，i nt h em e a n w h i l e ，h a r v e s t s p i r u l i n ap l a t e n s i s c a nm a k et h ee m i s s i o n so fw a t e rc a na c h i e v ee m i s s i o n s s t a n d a r d s t h i ss t u d ya i m e da tp r o m o t i n gt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h eb i o g a s ， a c c e l e r a t i n gt h ec o n s t r u c t i o no fe c o l o g i c a la g r i c u l t u r e ，a l s oi sal o wc o s tc h o i c ef o r s e w a g et r e a t m e n t t h i s p a p e rt a k i n gs p i r u l i n ap l a t e n s i s 勰t h er e s e a r c ho b j e c t , m a i n l yt o t h e s p i r u l i n ap l a t e n s i sa p p l i c a t i o ni nw a s t e w a t e rt e r t i a r yt r e a t m e n tf o ra b a s i ca p p l i c a t i o n r e s e a r c h , c o n c l u s i o n sw e r eo b t a i n e da sf o l l o w s ： c u l t u r em e d i u ms c r e e n i n gt e s t sr e v e a l st h a tt h ez a r r o u km e d i u mi s s u p e r i o rt o b g mm e d i u m s i n g l ef a c t o re x p e r i m e n tr e v e a l st h a tw h e nt e m p e r a t u r ei s3 0 cs p i r u l i n ap l a t e n s i s g r o w i n gf a s t e s t ；w h e nl i g h ti l l u m i n a t i o ni s4 0 0 0 l u xb i o m a s ss p i r u l i n ap l a t e n s i si sm o r e t h a nl i g h ti l l u m i n a t i o nf o r2 0 0 0l u xo r6 0 0 0 l u x r e s i s t a n c et os e w a g ea b i l i t ye x p e r i m e n to ft h es p i r u l i n ap l a t e n s i si sp r o v e dt h a t b i o g a ss l u r r yc u l t u r es p i r u l i n ap l a t e n s i si sf e a s i b l e ，i nd i l u t ew h e nr a t i of o r1 10 ， r e m o v a lr a t i oo ft n ，t p , c o di sm o r et h a n9 0 t h r o u g hc u l t i v a t i o n s p i r u l i n a p l a t e n s i s t h r o u g hl 9 ( 3 4 ) m u l t i f a c t o ro r t h o g o n a le x p e r i m e n tt o d e t e r m i n et h e o p t i m a l p r o c e s s i n gc o n d i t i o n sf o rs p i r u l i n ap l a t e n s i sd e a l 、 ，i t hb i o g a ss l u r r y ：i n c u b a t i o nt i m ei s 8 d ，p hv a l u e9 ，a e r a t i o nt i m ei s2 h d ，a d dt r a c ee l e m e n t s 。 s p i v u l i n ap l a t e n s i sr e m o v a lo ft h eb i o g a ss l u r r yw i t l ln 、p 、c o de x p e r i m e n ta tt h e 西南大学硕士学位论文 a b s t r a c t b e s tt r a i n i n gc o n d i t i o n sc o n t r a s ti nd i f f e r e n tn pr a t i o ，a tt h er a t i of o r1o ：1 ，t nr e m o v a l r a t e si sm o r et h a n8 0 ，t pr e m o v a lr a t e si sm o r et h a n7 8 ；t h e b i o g a ss l u r r yn u t r i e n t d e m a n df o rs p i r u l i n a p l a t e n s i sc a l la c h i e v et h eb a l a n c e ，t h en 、p 、c o dr e m o v a lr a t e si s i d e a l k e y w o r d s ：s p i r u l i n ap l a t e n s i sb i o g a s s l u r r yt r e a t m e n t i i i 西南大学硕士学位论文第1 章文献综述 第1 童文献综述 1 1 沼液特性及处理现状分析 1 1 1 国内外沼气工程发展现状 在欧洲，为了鼓励沼气的发展，欧盟国家在1 9 9 7 年制定了可再生能源发展 战略白皮书，而欧盟国家中以德国发展速度最快为成为典型的代表( 邓良伟， 2 0 0 7 ) 。目前，德国和中国是世界上处理农业废弃物沼气工程数量最多、发展最快 的国家。早在2 0 0 0 年，德国通过了可再生能源法，且于2 0 0 4 年对该法进行了 修订，加强了对可再生能源开发利用的鼓励和支持。政府出台一系列的法律和政 策直接促进了德国沼气发电工程在短时间内的快速发展，沼气发电工程数量从 1 9 9 7 年的4 5 0 个快速发展到2 0 0 7 年的4 5 0 0 个，十年时间增长了1 0 倍；沼气发 电装机容量从2 0 0 0 年的1 0 0 兆瓦发展到2 0 0 7 年的1 7 0 0 兆瓦，7 年时间增长了1 7 倍。 我国畜禽养殖场大中型沼气工程大都以养殖废水处理、达标排放和综合利用 相结合的模式，厌氧发酵大多采用u a s b 、e g s b 、u s r 等工艺；我国沼气工程 的整体水平与发达国家相比还有较大差距，沼气工程的节能减排效益和循环经济 效益不能充分显现，限制了沼气工程的产业化发展。 根据我国可再生能源中长期发展规划和“十一五”发展目标，在2 0 1 0 年要建成 规模化畜禽场大中型沼气工程4 7 0 0 座，工业有机废水沼气工程1 6 0 0 座，大中型 沼气工程年产沼气4 0 亿m 3 ，沼气发电装机容量1 0 0 万k w ；到2 0 2 0 年计划建成 畜禽场大型沼气工程1 0 0 0 0 座，工业沼气工程6 0 0 0 座，年产沼气1 4 0 亿m 3 ，发 电装机容量3 0 0 万k w ，每年可节省煤炭8 0 0 万t ，相当于每年减排温室气体( c 0 2 ) 当量l 亿t 。与此同时，国家出台了生物质能源发电上网电价补贴、税收优惠等 激励政策支持，为沼气工程的发展营造了良好的市场环境。 通过对德国以及丹麦等欧洲先进国家的热电肥联产、高浓度发酵和产气、贮 气一体化沼气工程技术和关键设备的引进消化和自主创新，建立国产化和产业化 基地，实现设计标准化、制造产业化、安装模块化，实现工程技术“三高”和“三低”： 高浓度发酵、高效率产气、高可靠性；低成本、低能耗、低运行费用。 解决好规模化沼气工程技术和关键设备的技术升级，提升我国规模化沼气工 程领域的自主创新能力和核心竞争力，向社会提供高效、可靠、经济、实用的工 程技术和关键设备，我国的规模化沼气工程必定能够快速、健康地发展。 西南大学硕七学位论文第1 章文献综述 1 1 2 我国沼液处理、利用情况 目前，我国已成为世界上有机废弃物产生量最大的国家，现有农业废弃物秸 秆的产生量约6 亿t ，a ；畜禽粪便排放量估计至少2 1 亿妇；在2 0 0 5 年，我国生活 垃圾年产生量已达到1 6 亿t 。我国每年约有几十亿吨固体有机废弃物未被资源化 利用，而是被随意焚毁、丢弃或直接排放到环境中，从而致使“资源”成为“污染源”。 近年来，为了加快农村沼液工厂化生产步伐，大中型沼气工程逐渐向集约化、规 模化、商品化生产方式转化。 发展大中型沼气，将多种废弃资源高效转化为清洁能源( 沼气) 和有机肥料， 为村镇居民提供清洁能源，有效地降低农药、化肥等农业投入品的施用量，减少 农业面源污染，提高耕地的有机质的含量。促进生态农业，有机农业发展，节本 增效。既可解决农业生物质废弃物的出路和农村生态环境问题，又可提供可再生 的生物质能源和有机肥料。开辟新的农业一体化生态产业链，对于解决能源危机， “三农”问题、统筹城乡和改善生态环境具有一举多得的功效，也是创建和谐社会 和建设社会主义新农村伟大构想的具体体现。 、 在沼气工程发展过程中，要坚持走生态型和环保型相结合的路线，在发展农 村清洁能源，实现振兴农村经济的同时，保护好生态环境，实现农村废弃物的“三 化”管理，即资源化、无害化、减量化，促进我国农业生态良性循环的综合发展。 沼气是可再生的清洁能源，既可以替代薪柴或秸秆等传统生物质能源，也可以替 代煤炭或石油等不可再生能源，缓解了农村能源的供需矛盾，在节能减排，保护 农村环境以及发展农村经济中起到了重要的作用。 郝元元( 2 0 0 6 ) 在研究上海市崇明前卫村大型沼气工程中发现，沼气发酵液 中含有多种速效性肥料，能够增加土壤和农作物的肥力，其中主要包含有农作物 生长所需的n 、p 、k 等主要营养物质。目前沼液广泛用于浸种、果园灌溉、叶面 喷施等方面( 王金花，2 0 0 5 ) 。 从2 0 世纪8 0 年代以来，我国在沼气综合利用方面，许多地区开展了不同规 模的尝试，形成了中国特色综合利用方式：沼气除了照明、做饭，还用于发电、 加工农副产品；沼液作为农作物肥料和畜禽饲料；由于地形和气候差异，形成南 方模式和北方模式，南方一般为“猪沼果”模式，而北方为四位一体模式( 陶 朴良2 0 0 1 ；屠家宝1 9 9 7 ；方炎2 0 0 3 ) 。 沼液一般是沼气厌氧发酵后的残留液体，沼气发酵是指有机质在厌氧条件下 发生的一系列的生化化学反应，一般分为三个阶段：第一阶段为水解液化阶段， 第二阶段为产氢产乙酸阶段，第三阶段为产甲烷阶段。沼气发酵残留物，简称为 b f r ( b i o g a sf e r m e n t a t i v er e s i d u e ) ，主要含有营养物质、矿物质、活性成分等三 2 西南大学硕士学位论文第1 章文献综述 大类物质，营养物质主要有粗蛋白质、粗脂肪、腐植酸等，矿物质一般为微量元 素和常量元素，而活性成分包括b 族维生素、氨基酸、植物激素、水解酶等( 张 无敌，2 0 0 2 ) 沼液发酵液中部分矿物质元素分析结果( 李铁，2 0 0 1 ：李正华，2 0 0 2 ) 见表1 1 。 表1 1 沼液发酵液中矿物质元素的含量( m g l ) t a b l e l 1t h ec o n t e n to f m i n i r a l se l e m e n ti ns o m eb i o g a sf e r m e n t a t i v el i q u i d ( m g g ) 表1 2 沼气发酵液中氨基酸含量c m g l ) t a b l e1 2t h ec o n t e n to fa m i o na c i di nb i o g a sf e r m e n t a t i v el i q u i d ( m g l ) 我国是传统的农业大国，农业人口占据总人口的1 2 以上，发展和应用沼气 对于农业生产有重要的作用。在沼气池发酵残液的利用方面，我国先后在多个地 区开展了不同规模的研究和示范，比如将沼液用作肥料、用于饲料添加、浸种、 生物农药和植物生长刺激素等。因此，广泛的、合理的利用沼气池残液是一个综 合课题，这不但对农业生产有利，而且对生态环境的改善会有明显的积极作用。 1 1 3 沼液成分与特性分析 沼液是人畜粪便及农作物秸秆等各种有机物经厌氧发酵后的残余物，是一种 优质的有机物。各种有机物在密闭的沼气池内，经过多种微生物分泌的酶的作用 而产生沼气的过程叫“厌氧发酵”。厌氧发酵过程实际上是一个十分复杂的生物化 西南大学硕士学位论文第1 章文献综述 学过程。厌氧发酵可分为三个阶段：液化阶段，由不产甲烷的微生物分泌的胞 外酶对有机物进行体外分解，把固体有机物转化成可溶于水的物质；产酸阶段， 即上述有机物转化为可溶于水的物质后进入微生物细胞，在胞内酶的作用下，将 液化产物变成小分子化合物，如低级脂肪酸、醇、酮、醛等，前两个阶段是连续 的，可统称为不产甲烷阶段；产甲烷阶段，即在产氨细菌大量活动下，氨态氮 浓度增高，氧化还原势降低，产甲烷菌大量繁殖，其分泌的酶将上述阶段分解出 来的有机物转化成甲烷和二氧化碳等物质。经过上述三个阶段的厌氧发酵，除了 产生沼气外，大部分物质留在发酵残留物中，与厌氧发酵液混合形成沼液。 沼液是沼气生产的副产品，同时也是一种厌氧发酵产物，除了含有丰富的n 、 p 、k 等各种营养元素和锌、镁等微量元素，6 2 以上的蛋白质，同时还包括1 7 种氨基酸、维生素、糖类、吲哚乙酸、核糖等物质及一些生长调控物质、维生素 和生长激素等成份( 王惠霞，2 0 0 6 ) ；但厌氧消化液可生化性差，而且c 、n 倒置， 比例严重失调，针对直接采用s b r 等工艺处理的去除效果差的实际情况，可考虑 采取s b r 强化措施等，提高沼液后处理效果，大大降低了沼液处理成本。 一 沼液中含有大量的动植物营养物质，对动植物的生长都具有较大的促进作用， 被广泛应用于养殖业和种植业等农业生产之中，并且，随着人们对沼液化学成分 的进一步认识和应用实践，沼液的应用范围还会进一步扩大，将会产生更大的社 会效益、经济效益和生态效益。 相对而言，作为厌氧发酵残余物的沼渣，由于其产生量较沼液少，因而较易 处置，常用的方式有：作为二次发酵原料，进一步回收沼气；作为有机肥料直接 还田( 王金花，2 0 0 5 ) ；作为食用菌的培养基质( 卞有生，2 0 0 5 ) ；制成有机复合 肥( 范振山等，2 0 0 6 ) ；作为重金属c r ( n a m a s i v a y a m ，1 9 9 5 ；王小玲，2 0 0 5 ) 、 p b ( n a m a s i v a y a m ，1 9 9 5 ) 、c d ( 吴成，1 9 9 8 ) 的吸附剂等。大中型沼气工程沼液 产生量比较大，就近灌溉、还田利用由于土地问题而受到限制；而远距离输送， 要考虑道路建设或者管道铺设方面的问题，投资成本增大、能耗高，导致建设单 位一般难以承受；而随意排放，则会破坏生态环境，引起了人们的普遍关注。 在沼液发酵残余物处置方式上，因发达国家有足够的土地，没有对沼渣与沼 液进行深度处理，一般是经过长期贮存后作为肥料直接用于农田，而中国地少人 多，没有足够的土地来消纳发酵残余物。沼液中含有大量的病源性微生物、n 、p 及有机物，如不采取合理的处置方式，直接排放，则会造成环境的二次污染，从 而成为限制我国大中型沼气工程发展的瓶颈，是影响我国大中型沼气工程可持续 发展所面临的亟待解决难题( 陈玉成，2 0 0 9 ) 。 日益增多的沼气工程每天都在产生数量惊人的发酵残留物沼液，沼液的 有效处理与否，关系到沼气工程的建设。目前，沼液的处理与利用尚缺乏规范化 。矗 4 西南大学硕士学位论文第1 章文献综述 l i i 曼- 曼曼量曼鼍曼量暑量量鼍鼍量皇皇鼍量皇曼曼曼曼毫舅 i 曼曹皇量量旨皇曼量曼蔓曼曼鲁皇曼量詈曼曼曼量曼曼曼曼 的管理，不能实现规模化。 国内外目前主要有低成本的资源性利用、低成本的自然生态净化、高成本的 工厂化处理和高附值的开发性处理四种沼液处置技术与方式( 陈玉成，2 0 0 9 ) 。陈 斌( 2 0 1 0 ) 等人认为沼液处理技术可分为好氧微生物处理法和自然生物处理法2 大类。好氧微生物处理法包括活性污泥法、生物转盘接触氧化法、生物滤池和间 歇式活性污泥法等，这种处理方法适应性广、处理效果好，但是其工艺构筑物复 杂、机械设备多、维护工作量大、投资大、能耗高、运行维护费用高，规模小的 养殖场难以承受，与我国经济发展水平不相适应。自然生物处理法则主要包括生 物塘法和人工湿地处理法。生物塘法具有运行费用低、除污率高、操作简单等优 点，能够有效去除有机污染物、病菌和病毒。但是生物塘技术也存在诸多问题， 包括生物塘结构不合理、普遍存在淤积、净化负荷低等问题；湿地处理法具有建 造及运行成本低、操作简便、出水水质好等优点，选择合适的植物品种还有美化 环境的作用，适用于解决我国生态型新农村建设面临的水环境问题，具有广阔的 应用前景( 丁玲，2 0 0 6 ) ，但其占地面积大，在土地稀缺的地方，难以实际应用。 沼气工程资源型利用的主要方式是沼液还田；而低成本的生态净化处理方式 一般利用自然处理系统处理沼液，比如人工湿地、氧化塘等；为了降解沼液中高 浓度的有机物，采用s b r 法、接触氧化法等高能耗处理工艺，使沼液出水达标排 放，成本高是工厂化处理的特点；在处理沼液时，通过采用相关技术，使沼液能 够变废为宝，产生较高的经济效益，如利用沼液培养藻类，通过加工生产单细胞 蛋白质或动物饲料。 1 2 藻类在废水处理中的应用 1 2 1 藻类处理废水研究现状 自第一篇关于藻类应用于污水处理的文献发表至今，科学家们对藻类培养净 化污水做了大量的研究工作( o s w a l dw j g o t a a sh b ，1 9 5 7 ) 。根据藻细胞的研究形 态，藻类的培养可分为悬浮培养和固定化培养两种方式。近年来越来越多的工作 强调固定化藻类的应用，无论是藻类单种的固定化培养还是生物藻类群落( 藻类 生物膜、着生藻类) 在浅水人工溪流或生物转盘上的培养都得到来很大的应用 ( h o f f m a n n ，1 9 9 8 ) 。藻类应用于污水处理工程，是利用太阳能将废物转化成有用生 物量的过程，多余的生物量可以进行回收，通过加工制成蛋白质等加以利用，使 污水变废为宝，在产生环境效益的同时会产生一定经济效益。给常规的污水处理 方式提供了一个低成本的选择。 单细胞藻类个体一般比较小，因此又简称为微藻。近年来，用于废水处理的 藻类种类越来越多，而螺旋藻、小球藻以高蛋白质含量备受人们的青睐，成为人 西南大学硕士学位论文第1 章文献综述 们研究的热点。大量学者研究发现，在藻类处理废水过程中，经过吸收、富集、 降解作用，不但能够去除污水中的营养物质，而且还能够降解烷烃、农药等多种 有机毒物( 魏丽萍，2 0 0 8 ) 。近年来，不少学者研究发现，将生物技术运用于废水 资源化处理中，是一种行之有效的方法，成为当前污水处理领域的研究热点，引 起人们的广泛重视。 华迪( 2 0 0 8 ) 研究发现自第一篇关于藻类应用于污水处理的文献发表至今， 科学家对藻类大规模培养净化污水做了大量的研究工作。根据藻类细胞形态，藻 类的培养可以分为悬浮培养和固定化培养两类。近年来越来越多的工作强调固定 化藻类的应用，无论是藻类单种的固定化培养还是生物藻类群落( 藻类生物膜、 着生藻类) 在浅水人工溪流或生物转盘上的培养都得到了很大的发展。 朱国洪( 2 0 0 0 ) 对在不同营养条件下啤酒厂中段废水培养螺旋藻进行了研究。 发现在每l l 中段废水中加3 0 9 n a n 0 3 ，0 5 9 n a 2 i - i p 0 4 ，1 2 9 n a h c 0 3 ，在p h = 9 0 、 光强2 0 0 0 k 、温度3 0 条件下，通气培养1 0 d 螺旋藻生长量达5 5 7 4 9 l ，培养得 到的螺旋藻产品的总蛋白质质量分数达4 1 8 。同时，测定啤酒中段废水培养螺 旋藻前后c o d c ，的变化，培养前c o d c ，为9 0 8 4 m g l ，培养后c o d c ，为2 5 9 5 3 m g l ，c o d c r 的去除率为7 1 4 3 。 王军峰等( 2 0 0 2 ) 将经前处理后的酿酒厂废水用清水稀释用来培养钝顶螺旋 藻，研究发现，在序批式培养条件下，t n ，n h 4 + - n ，t p 和p 0 4 3 - p 在1 0 的稀 释比率时具有较大去除效果，去除率分别为9 1 9 ，9 9 3 ，3 6 3 ，3 2 5 。连 续式培养条件下t n ，n h 4 + - n ，t p 和p 0 4 卜p 的去除率分别为7 2 ，9 7 9 4 1 3 和4 3 1 。 钟珍梅( 2 0 0 6 ) 等用相同生物量的水葫芦净化不同浓度的沼液，当沼液初始 浓度为7 6 0 m g l 时，水葫芦对沼液的c o d 、b o d 5 、n i - h - n 的去除效果相当显著， c o d 、b o d 5 、n h 4 - n 的去除率分别达到7 5 2 1 - - , 8 5 7 9 、9 1 1 0 、7 6 6 6 曲8 8 3 ， 与吴淑杭( 2 0 0 3 ) 的研究结果一致。但随沼液浓度的增加，c o d 、b o d 5 、n h 4 - n 的去除率呈先升后降的趋势。当沼液浓度为8 6 0 m g l 时，沼液各理化指标的去除率 下降，延长时间去除效果不明显，反而增加了处理成本。水葫芦在净化污水的过 程中存在自身生物量显著增加、繁殖过快的问题。 黄魁( 2 0 0 7 ) 等研究发现：普通小球藻对n 、p 的去除率达到了8 0 以上， 和活性污泥混合的小球藻，对氮磷的去除率达到9 0 。小球藻有较强的耐污性。 研究发现适当的饥饿培养对藻类的的生长有益，饥饿处理可作为污水处理的强化 技术。在氮磷去除的过程中，普通小球藻度对不同氮源吸收顺序如下：氨处简 单有机氮硝态氮和亚硝态氮。 有学者研究发现( 陈鹏，2 0 0 1 ；许春华，2 0 0 1 ) ，采用多种藻的高效藻类糖， 6 西南大学硕七学位论文第1 章文献综述 对于t p 的去除率达到8 0 以上，对氨氮的去除率达9 0 以上。 蟠辉( 2 0 0 8 ) 研究发现小球藻在生长与增殖过程中对氮、磷有很大的需求， 因而对溶于水的氮磷有很好的去除作用。加入0 0 3 m g l 和0 0 4 m g l 盐酸林可霉 素在2 4 h 以前对小球藻有抑制作用，在2 4 h 后可抑制细菌的生长，有利于小球藻 的培养。 陈春云等( 2 0 0 9 ) 的研究表明，当n p = 8 时，小球藻可以有效的吸收富营养 化水体中的n 、p ，最高去除率达到8 0 ，4 d 天左右达到最大的去除率，且4 天 后的生物量达到初始值的1 0 倍。 有学者研究发现，当p h = 8 8 9 0 ，在自然关照条件下，t - 2 0 c 2 5 条件下， 用光合细菌处理处理沼液，运行1 0 d 天后c o d 去除率约为5 2 ，n 、k 、氨基酸 总量均有所增加( 张桂馥，1 9 9 4 ) 。 丁少华等( 2 0 1 0 ) 在养殖场沼液处理的过程中，在厌氧发酵池的后面增加了 一套无动力沼液后处理装置，分别由生物载体床、硬填料过滤池、沉渣排除装置 等构成，沼液经后处理装置处理后达到有机物降解目的。该处理技术从沼液的特 征入手，通过微生物降解、载体过滤吸附等作用，沼液中的c o d 、b o d 、悬浮物 得到有效降低，处理后沼液污染负荷大大降低，有效地减轻了土地消纳的压力，适 用于有一定土地消纳面积但不能完全满足沼液综合利用的规模化养殖场。 目前，大多数研究是将藻类处理技术用为二级生化处理或用于污水深度处理 中，但是藻类的收获问题是一个比较困扰的问题( 邢丽贞，2 0 0 5 ) ，要将藻类培养 技术大规模应用于废水处理中，还需要进行大量的研究工作。大量研究表明，藻 类对污水处理有良好的作用，具有较大的工程推广性。 1 2 2 螺旋藻特性分析 螺旋藻属于植物界，蓝藻门，属于多细胞原核藻类，藻丝呈螺旋形。目前全 世界已知螺旋藻有近3 0 种，大多数为淡水种类，而分布在咸水与海洋中的只有四 种。目前国内外工厂化生长和人工养殖的只有钝顶螺旋藻( s p l a t e n s i sg e i t l ) 、极 大螺旋藻( s p i r u l i n am a x i m as e t c h e tg a r d n ) ，它们大多原产与非洲、中美洲的碱 性湖泊。在墨西哥和非洲，螺旋藻很早就被人类食用，螺旋藻中含有人类和动物 生长所需的蛋白质，含量约为干质的6 0 - - , 7 0 ；螺旋藻因含多种人体必需氨基酸、 营养物质而被联合国粮农组织( f a o ) 誉为“二十一世纪最理想的食品”而广泛推 荐( d i l l o n , j c1 9 9 5 ) 。 利用微藻去除废水中的无机营养物质是一种可行的方法，在收获藻体的同时， 通过高附加值的开发处理能够使水体富营养化的氮、磷等有机化合物转化为有价 值的有机肥料，给常规的污水处理提供的一个低成本的选择。近年来，国内外学 7 西南大学硕七学位论文第1 章文献综述 者对螺旋藻的开展了大量的研究，存在的瓶颈主要是培养基费用高、经济效益不 高。有学者报道，利用废水培养微藻，在净化环境的同时，还能为藻类养殖提供 廉价原料；收获的藻体可以加工成动物饲料，而且藻细胞内含有的大量蛋白质、 不饱和脂肪酸、氨基酸、藻蓝素、叶绿素、多糖等多种重要的生物活性物质，能 够广泛的应用在医药、化妆品、保健、食品等众多领域( b o r o w i t z k am a ，1 9 8 8 ) 。 利用藻类处理废水不但可以减少废水中有机和无机物质( m a r t i n e zm e ，1 9 9 9 ： p r o u l xd 1 9 9 4 ；t a l b o tr 1 9 9 1 ) ，而且可以收获藻体，藻类利用净化原理处理废水， 主要有如下几方面的优势：a 生长过程在自然界生态系统中进行，不会危害环境； b 生物质能够循环利用，减少二次污染发生；c 藻类生长过程中能有效去除各种 重金属；在光合作用下，藻类利用太阳能生成氧气，增强了水体自净能力。 螺旋藻是一种生活在强碱性环境的光合自养植物( o l g u i ne j ，1 9 9 7 ) 。有学者在 2 0 0 0 年用西米淀粉厂废水培养螺旋藻获得了成功( p h a n gsm ，2 0 0 0 ) ；o s w a l i d ( 19 9 7 ) 利用藻类处理美国加州地区污水处理厂的生活污水，取得了很多的效果。目前， 藻类成功运用于废水处理的报道日益增多( c r a g g srj ，19 9 5 ；d e b a s h a nl e ，2 0 0 2 ： g a r b i s uc ，19 91 ) ( j i m e n e z - p e r e zm v , 2 0 0 4 ； v i l c hc2 0 01 ；v o l t o l i n ad ，2 0 0 5 ) ， 引起国内外众多学者的关注，使其成为近年来研究的热点之一。 藻类利用硝酸盐作为氮源，s t a n c a 与p o p o v i c i ( s t a n c ad ，1 9 9 6 ) 研究发现， 减少氮的含量可以提高藻的生物量。众所周知，废水中含有大量的氨基酸和尿素。 一般而言，尿素作为氮源，在碱性环境下通过水解，给藻类提供生长所需氮源， 相反的，光合微生物分解硝酸盐，( 通过催化硝酸还原酶) 减少亚硝酸盐的产生， 最后反应最后生成气体( 在亚硝酸还原酶催化作用下) ( h a t o r i a ，1 9 6 6 ) 。因此，在 藻类生长过程中要合理控制氮的含量，若含量过剩会引起藻类铵中毒，但如果氮 含量过低则会抑制藻类生长( s a s s a n oc e n 2 0 0 4 ) 。 小球藻为绿藻f t d , 球藻属单细胞绿藻，生态分布广，生物量大。其中最常见 的种类有蛋白核小球藻( c h l o r e l l a p y r e n o i d o s a ) ，椭圆小球藻( c h l o r e l l ae l l i p s o i d e a ) 和普通小球藻( c h l o r e l l ar u l g a r i s ) 。学者研究表明，小球藻含丰富的蛋白质、脂 质、多糖、食用纤维、维生素和活性代谢产物。因小球藻在生长过程中对氮、磷 有很大的需求，因此对溶于水中的氮磷有很好的去除作用，还能超负荷吸收重金 属，利用无机盐，降解农药、烷烃、酚类等多种有机物。由于小球藻的生物学和 生理学一些特性，给小球藻的生产，尤其是采收技术带来困难，生产成本较高， 阻碍了小球藻养殖业的进一步的发展。随着螺旋藻营养价值的发现以及藻类学家 对其生长、生理特性的充分了解，人们把开发微型螺旋藻的目标转向了螺旋藻， 由于螺旋藻较小球藻个体大、生长迅速、培养及采收容易，使其走上了稳步发展 的道路。 8 西南大学硕七学位论文第1 章文献综述 目前，螺旋藻的培养规模主要分为两种：以科学研究为主要目的的试验室培 养；以生产开发为目的的大规模的养殖( 彭志英，1 9 9 8 ) 。 1 3 选题出发点与切入点 大量研究表明，在废水养殖螺旋藻的过程中，螺旋藻始终是优势藻类。它在 稀释废水中的生长状态、生理活性与自养时十分接近。它不仅具有上浮性而且易 于收获，生长过程中还能分泌胞外生物絮凝剂，从而强化了废水处理过程。同时， 收获的藻粉是一种优质蛋白的来源，也为废水处理工程带来了效益，开辟了利用 废水蛋白源的新途径。培养螺旋藻用于沼液处理是很有发展前景的。丝状