（环境工程专业论文）活性污泥—螺旋藻体系处理污水的研究.pdf

独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所 取得的成果。据我所知，除了特刖加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：日期： 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学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、缩印或其它复制手段保存、汇 编本学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 蔷乎论文作者签翥：- 羔趣蚴1 誓导教师签翥i 日期日期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 摘要 自o s w a l d 等在1 9 5 7 年提出利用藻类去除污水中的氮、磷营养物以来，人们对 这项极有应用价值的污水净化生物工程愈来愈重视。而螺旋藻作为一种经济价值 较高的藻类，历来是国内外研究的重点。其本身培养成本较高，更促使对利用污 水养殖螺旋藻研究的开展。国内外先后开展了用牛粪稀释液、猪厂废水、缫丝厂 废水、化肥厂废水、糖蜜发酵废水、沼气池废液、生活污水等来配制培养基养殖 螺旋藻的研究，并取得初步成效。 但通过以往的实验研究发现，利用螺旋藻处理废水，要达到c o d 等水质指标的去 除，往往需要较长的处理时间。同时需投加大量无机碳源与氮源。这就提升了利 用螺旋藻处理污水的成本。所以现在的研究重点为如何在降低培养成本，提升出 水水质，而菌藻共生理论正为此提供一种可研究途径。同时，活性污泥一螺旋藻 体系将水体中的生产者与消费者( 藻类与活性污泥) 在不同的处理单元，最大限 度的满足各自对生境的最大要求，来提高处理效率，也是一种改进办法。本实验 分别用只添加螺旋藻，螺旋藻与污泥混合添加，将螺旋藻与活性污泥放置不同处 理单元3 种方法来处理同种污水，对它们就螺旋藻生长状况，药品的投加量及出 水水质加以比较。试验结果表明，活性污泥一螺旋藻体系在最优生长条件下t p ， t n ，c o d6 d 出水处理效率为7 7 1 1 8 7 8 2 7 6 9 ，均要高于单一的利用螺旋 藻处理污水出水的处理效率。 关键词：活性污泥一螺旋藻体系生活污水螺旋藻菌藻共生 a b s t r a c t s i n c e19 5 7w h e no s w a l dp u t e df o r w a r da l g a ec a nw i p eo f fn pi nt h es e w a g e ，p e o p l e + a t t a c hw e i g h tt ot h em e t h o do ft r e a t i n gs e w a g em o r ea n dm o r e t h es p i r u l i n aa l g a e i ss t u d i e db ym o r es c i e n t i s t ，b e c a u s ew h i c hi n c l u d ec o m m e r c i a lv a l u e t h ec o s to f c u l t u r eo fs p i r u l i n aa l g a ei ss oh i g ht h a tm o r ep e r s o nu s et h es e w a g ec u l t u r ei t s c i e n t i s t ss t u d yh o wt ou s ek i n d so fw a s t e w a t e rc u l t u r eo fs p i r u l i n aa l g a e b u tt h i sw a yn e e dm o r ep r o c e s st i m e ，t r e a t m e n te f f i c i e n c yi sp o o r s os c i e n t i s t s w a n tt oi m p r o v et h ew a y b u i l d i n ga l g a l b a c t e r i a ls y m b i o t i cs y s t e mi so n ew a y s e p a r a t i n ga l g a la n db a c t e r i u mi nd i f f e r e n ts y s t e mi sa n o t h e rw a y s o 1w a n tt ou s et h e t h r e ew a yt ot r e a to f t h es a m es e w a g et of i n dw h i c hi sb e s to nt h ee f f e c to fs e w a g e t r e a t m e n t ，t h ep r o c e s st i m e ，a n dt h ec o s t a l g a l - b a c t e r i a ls y m b i o t i cs y s t e mt r e a ts e w a g e a f t e r6d a y sr u n n i n g c o dr e m o v a lr a t ei s 7 6 9 t nr e m o v a lr a t ei s 7 7 0 8 ，t p r e m o v a lr a t ei s 8 7 8 2 t h es y s t e mi n c l u d e da c t i v a t e ds l u d g ea n ds p i r u l i n aa l g a ei s t h eb e s ti nt h r e ew a y s k e y w o r d s ：t h es y s t e mi n c l u d e da c t i v a t e ds l u d g ea n ds p i r u l i n aa l g a e ；d o m e s t i c s e w a g e ；s p i r u l i n aa l g a e ；a l g a l - b a c t e r i a ls y m b i o t i cs y s t e m h 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录- i i i 引言 1 第一章绪论2 1 1 生活污水处理现状2 1 2 利用螺旋藻处理污水的研究进展及现状 2 1 3 螺旋藻的特点j 3 1 3 1 外形与生长习性3 1 3 2 螺旋藻在处理污水上的优势3 1 3 3 螺旋藻的营养价值及用途3 1 3 4 螺旋藻的培养方法4 1 3 5 国内外利用污水培育螺旋藻现状 4 1 3 6 利用螺旋藻处理污水的优缺点 5 1 4 菌一藻体系处理废水的原理及研究现状5 1 5 实验的选题依据、研究内容与意义6 1 5 1 选题依据 6 l - 5 2 研究目的与主要内容 6 第二章实验材料与方法7 2 1 实验技术路线图7 2 2 实验材料 7 2 2 1 实验藻种来源7 2 2 2 培养基的配置7 2 2 4 主要仪器与设备 9 2 3 实验方法 9 2 3 1 螺旋藻的富集培养9 2 3 2 实验分析项目及测定方法 9 2 4 实验设计1 0 2 4 1 使用人造废水养埔螺旋藻 1 0 2 4 2 菌藻共生系统 l l 2 4 3 利用活性污泥一螺旋藻体系处理污水 1 1 第三章数据分析1 2 3 1 利用污水养殖螺旋藻部分1 2 3 1 1 碳源浓度对螺旋藻生长的影响 1 2 3 1 2 氮源浓度对螺旋藻生长的影响 1 3 3 1 3 钝顶螺旋藻对人工废水中的氮，磷营养盐及c o d 去除研究1 4 3 2 菌藻共生体系的实验1 7 3 3 活性污泥一螺旋藻体系对人工污水的处理；1 8 3 3 1 螺旋藻在不同处理程度的污水中生长状况的比较1 8 3 3 2 螺旋藻在不同处理程度的污水中对氮磷及c o d 的去除 2 0 3 3 3 小结 2 1 第四章结论2 2 4 1 结论2 2 4 2 本研究的不足之处2 2 参考文献2 3 后记- 2 6 i v 东北师范大学硕士学位论文 引言 利用螺旋藻处理生活污水，虽然可以变废为宝，但需要较长的处理周期并 牺牲一定的处理效果。而活性污泥法对生活污水中的n ，p 元素处理效果较差， 如果想达到较好的处理效果，就要采取较为复杂的处理工艺例如a - o ，同时将 加大剩余污泥的排放。而螺旋藻作为藻类，对n ，p 元素处理效果较好，特别 是螺旋藻富含大量蛋白质，所以生长过程中需要较多的n 元素。如将藻类对n ， p 元素的摄取能力，同活性污泥强大的降解能力相结合，势必能更好的处理污 水。 于是本实验分别建立菌藻共生系统及活性污泥一螺旋藻体系，来处理生活污 水，验证是否这两种方法较之单一的使用螺旋藻处理污水，能在降低营养盐的 添加量( 即成本) ，及污水的处理效率( 处理时间及出水水质) ，有更好的效果。 东北师范大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 生活污水处理现状 随着经济的发展与人民生活水平的提高，城市向环境中排放越来越多的生 活污水。由于我国大部分生活污水未经处理便直接排入水体，导致许多河流、湖 泊、水库受到不同程度的污染1 ，主要表现为水质富营养化严重，n 、p 元素含量 超标啦! 。根据中国环境状况公报数据显示，我国近年来各种废水的排放量 呈现逐年增加的趋势。每年废水产生量大约4 0 1 1 0 8 m 3 ，以每年5 增长，未来 二十年还会有较大增长，预计：至j j 2 0 1 0 年污水排放量将达：至t j 4 4 0 x1 0 8 m 3 d ，2 0 2 0 年将会达至u 5 3 6 1 0 8 m 3 d 口1 。为避免污水直接排放造成污染，各地政府加强了节 能减排力度与对城市排水的处理力度，污水处理率逐年上升，截止至1 j 2 0 0 8 年， 我国城镇污水处理率上升到6 6 。我国投入大量资金用于污水处理。资料显示， ，1 1 一一五”期间，我国在供水、污水处理、中水回用和排水、水污染防治等方面 的总投资将超过一万亿元。这给我国财政带来巨大压力。所以污水处理产业化， 及如何更经济的处理污水将是污水处理发展的方向。 1 2 利用螺旋藻处理污水的研究进展及现状 近年来国内外开展了藻类净化污水及污水中污染物成分的研究，力求寻找 一种高效、低耗、可再生的污水生物处理技术口1 。而螺旋藻是一种营养丰富的 光合自养微藻。5 0 0 多年前，墨西哥和非洲的一些国家就将其作为粮食食用h 1 。 而且随着对螺旋藻研究的进行，人们发现越来越多的经济价值。但培养成本限 制了对螺旋藻的进一步开发和利用。因此，众多学者尝试利用废水培养螺旋藻， 并在实验室规模上取得一定成功璐1 。 但螺旋藻作为藻类，营养类型为光合自养。对营养物质的利用偏重于对无 机物的利用，所以在处理富含有机物的生活污水时往往需要添加额外的无机碳 源与氮源。这样就提升了螺旋藻的培养成本，又影响了废水的处理效果。因为 向水中添加的营养盐对水质也是一种污染。而活性污泥能将生活污水中的有机 物转化为无机物，同时处理效果好，处理速度快。但活性污泥法在除n ，p 方面较 差，需要特殊的工艺j 能去除，同时还要产生大量剩余污泥。通过将活性污泥 与螺旋藻的处理单元加以组合串联从而使天然水体中的“菌一藻”共生系统的 生产者与消费者“一分为二：”，充分利用活性污泥中的菌落摄取有机物，利用藻 类群落摄取磷氮营养物，并利朋其光合作用产生的大量氧气营造好氧所：境，从 2 东北师范大学硕士学位论文 而达到处理污水同时培养螺旋藻的目的旧1 。或是直接建立菌藻共生的系统，或 许会改善上述状况。 其中利用微藻( 单细胞藻类( u n i c e l l u l e ra l g a e ) 因藻体微小，又称微藻 ( m i c r o a l g a e ) ) 处理污水，也引柬越来越多人的关注。能用于污水净化的微藻 种类有许多，其中人们研究比较多的是小球藻属和栅藻属。大量资料表明，利 用藻类的吸收、富集和降解作用。可有效去除污水中的重会属和营养盐，还能 降解多种有机毒物如农药、烷烃、酚类等盯8 。而螺旋藻也凭借着它自身良好的 经济价值，及不错的污水处理效果成为近来国内为研究的热点。 1 。3 螺旋藻的特点 螺旋藻阳1 0 1 ( s p i r u l i n ap l a t e n s i s ) 在分类上属蓝藻门( c y a no p h y t a ) 、 蓝藻纲( c y a n o p h y c e a e ) 、藻殖段目( h o r m o g o n a l e s ) 、颤藻科 ( o s c i l l a t o r i a c e a u e ) 、螺旋藻属( s p i r u l i n a ) 。 1 3 1 外形与生长习性 螺旋藻，蓝藻类细胞色素分布在原生质的外部，蓝绿色。螺旋状、不分枝 丝状微藻，体长约2 0 0 - 5 0 0um 。螺旋藻细胞进行二分裂无性繁殖，没有有性繁 殖。生长条件依种类不同而不同，一般适温范围为2 0 - 4 2 ，最适范围为3 0 - 3 7 。 室温条件下，最适光照强度范围为2 0 0 0 - 3 5 0 0 1 u x 左右；酸碱度适宜范围是p h 6 5 - 1l ，最适范围为p h8 6 9 5 。螺旋藻可淡水中培养，也能通过逐步驯化而 适应于海水中生长。1 1 3 2 螺旋藻在处理污水上的优势 迄今为止，国内外开展了利用淀粉厂废水、猪场废水、生活污水、沼气池 废液、剿丝厂废水、酿酒废水、啤酒厂中段废水、糖蜜发酵废水等养殖螺旋藻 的研究，并取得了初步效果。3 以往的利用各种废水培养螺旋藻实验结果表明： 螺旋藻即能有效的吸收、消耗水体环境中的氮、磷等营养元素还对水中有机物 有一定降解的功效。利用废水养殖螺旋藻，能使水体得以净化，减轻了水体的 富营养化，还可以得到有一定经济价值的螺旋藻藻体。所以用螺旋藻处理废水 不失为一项很好的生物治污措施。同时螺旋藻拥有达到一定浓度后，会在水面 纠结成片的特性，这将方便藻体从水中分离。 1 3 3 螺旋藻的营养价值及用途 1 ) 营养价值：根据钝对顶螺旋藻和极大螺旋藻的研究结果，联合国粮农组 织( f a o ) 和世界卫生组织( w h o ) 将螺旋藻誉为“2 1 世纪最佳保健食品”。引，螺旋 藻是一种多细胞缝状蓝藻，富含蛋白质、维生素、矿物质及多种乍物活性物质。 山二纤维素禽爵少，所以易被人体消化吸收，且具有抗疲劳、耐缺氙、免疫调 - o l o h - f , j ：x 功能，订着极其重要的营养、药理及开发利用价值。u3 最町贵一点螺旋藻 东北师范大学硕士学位论文 所含有的人体不能自身合成的8 种必需氨笨酸，与联合围粮农组织( f a o ) 给出人 体需要的标准几乎完全一致。据分析，1 克螺旋藻的营养成分含量相当于1 0 0 0 克各种蔬菜、水果营养成分的总和。们 2 ) 螺旋藻的主要用途： ( 1 ) 作为营养食品和药物5 。螺旋藻拥有着丰富的营养。它的蛋白质含量 高，氨基酸的种类多，配比合理。并富含富含动物需要的不饱和脂肪酸。同时 含有各种维生素及药用成分。 ( 2 ) 可作为土壤调节剂、肥料等。螺旋藻，营养丰富。使它作为肥料成为 可能。资料显示其肥效相当于等量碳酸氢铵。同样作为有机肥，肥效优于一般 化肥，氮、磷、钾含量要高于豆饼等其他植物性有机肥料，且不含重金属，不 会对作物及人体造成伤害，使用后不会污染土壤。用螺旋藻做肥料既可降低了 农业肥料成本，又避免环境污染，还可提高土壤有机质含量，从而提高肥力。 6 】 ( 3 ) 作为可再生生物能源。螺旋藻通过热解，能获得生物质燃油口，生物 质是一种低碳燃料，其含硫和含氮量较低，灰分含量小，所以燃烧后s 0 2 ，n o 和灰尘排放量同比化石燃料要小得多，是可再生能源中理想的清沽燃料之一。 n 6 1 还可以通过其特有的产氢酶系统将水分解为氢气和氧气n 。 ( 4 ) 用于提取色素、药物及甘油n 2 们等化学产品。 1 3 4 螺旋藻的培养方法 螺旋藻的培养方法比较常规，将螺旋藻藻种接种到经过高压灭菌z a r r o u k 心2 1 培养基进行培养，螺旋藻较特殊的地方是，螺旋藻需要较高的碱性培养环境( 最 适p h 范围为8 5 - 9 5 ) ，培养基中要加入大量n a h c o 。，同时作为螺旋藻的碳源。 而需要投加大量n a h c o 。也成为螺旋藻培育成本较高的原因。于是不断有人研 究如何改良培养基，降低成本。及如何利用污水来养殖螺旋藻。并取得一定进 展。 1 3 5 国内外利用污水培育螺旋藻现状 针对螺旋藻生产成本较高的问题，国内外学者不断研究利用污水来养殖螺旋 藻，并取得一定进展。自o s w a l d 等1 9 5 7 年提出利用微藻类去除污水中氮、磷营 养物质以来，人们对于这项有着较好应用自订景的技术越来越重视。迄今为止， 国内外开展了利淀粉厂废水、猪场废水、生活污水、沼气池废液、剿丝厂废水、 酿酒废水、啤酒厂中段废水、糖蜜发酵废水等养殖螺旋藻的研究，并取得了初 步效果。 马来两亚两米( s a g o ) 淀粉厂废水培养螺旋藻取得成功。用西米淀粉废水设计 的高效率的藻池( h j g hr a t ea l g a lp o n d ，h r a p ) 培养钝项螺旋藻，平均：卜长为 0 5 4 9 d 。 4 东北师范大学硕士学位论文 c a n i z a t r e s v i1l a n u e v a 币h d o m n g u e z 等对墨西哥螺旋藻在猪场曝气废水中 的，1 ：长情况及对废水的处理作用做了研究他和2 引。 蒋培森晗州等( 2 0 0 0 ) 研究发现，啤酒厂废水污泥可5 0 替代z a r r o u k 培养基， 用于培养钝顶螺旋藻，而生物最基本不变。 李祥林等( 1 9 8 7 ，1 9 9 3 ) 报道，味精肌苷废水、制药、酿造、制革等工业有 机废水也可培养螺旋藻。 刘慧等( 1 9 9 3 ) 用缫丝废水培养钝顶螺旋藻，当废水量占1 0 时，生物量可 高达1 1 2 9 l 1 。 1 3 6 利用螺旋藻处理污水的优缺点 ( 1 ) 优点： 1 螺旋藻有良好的经济价值。 2 处理后出水效果较好，螺旋藻对污水中的c o d ，t p ，t n 及n h 。一n 都有良好的 处理效果。 3 便于收集，这也是螺旋藻一大特点，鉴于螺旋藻藻丝浓度达到一定程度后 会自动絮凝上浮，无需离心及絮凝即可收获，避免了大量设备投资和复杂操作。 ( 2 ) 缺点： 1 污水不能完全替代培养基，只能部分替代，或额外添加营养物质。 2 处理污水所需停留时间比较长，否则将影响处理效果。特别是对水体中化 学需氧量n p c o d 的去除较差。 3 对污水成分比较挑剔，处理物质偏重于无机物，对水中有机质处理效果较 差，这既是明明使用富含氮，磷及有机质的生活污水，尚需额外添力h n a h c o 。与 n a 。n 0 。等无机碳源与氮源的原因。 改进方法：使用组合工艺，将污水经过活性污泥的预处理后，通过处理条件 的控制，达到营养的控制，使其中成分适合螺旋藻生长。这样既能提高最终出 水水质，又能减少额外投药量以此来降低成本。 1 4 菌藻体系处理废水的原理及研究现状 将藻类对污水中氮磷营养盐和对有机物的摄取功效，与细菌强大的污染物降 解能力相结合起来，形成藻类和细菌复杂的共生系统，促进污水的净化。好氧 菌能将含碳有机物降解为二氧化碳和水；并能对含氮有机物进行氨化，继而进 行硝化，生成氨氮、亚硝酸盐和硝睃盐供藻类利用。而对有机物的氧化作用会 为细菌的代谢活动提供能量。而这个过程中产生的c 0 。又成为藻类的主要碳源， 促进藻类的光合作用。同样存藻类牛理活动的过程中，会将细菌代谢中产生的 无机物吸收最终同化为藻类的细胞物质。通过光合作用，藻类释放f f _ j 的氖气， 会增加了水中的溶解氧，反过来促进了好氧菌的代谢。1 如此循环，形成菌藻 东北师范大学硕士学位论文 相互促生的关系，称之为“藻菌共生”。在这基础上建立的菌藻共生系统如高效 藻类塘、固定化菌藻以及其它污水处理工艺，已被验证了能有效地解决城市污 水的脱氮除磷及有机物去除问题，控制水体的富营养化。 而另一种菌藻优化理论是，将生境不同的细菌与藻类分别霄于不同的处理单 元，从而使天然水体中的“菌一藻”共生系统的生产者与消费者“一分为二”， 充分利用活性污混中的菌落摄取有机物，利用藻类群落摄取磷氮营养物。将生 境不同的生产者与消费者分开到不同处理单元，控制各单元达到最优条件。以 此来达到最优处理效果。嘲 1 5 实验的选题依据、研究内容与意义 1 5 1 选题依据 利用螺旋藻处理污水，虽然能变废为宝，但这种方法并不完善，通过阅读相 关文献，不难发现，藻类作为一种光能自养型微生物，对水处理偏重处理无机 污染物。虽然数据上显示，它有很好的c o d 处理效果，但可以想象这是靠着自 身吸附，及水中与空气中微生物加以分解后再被藻类吸收利用。虽然能达到处 理效果，但处理周期较长或是牺牲了一部分处理效果。同时有些废水养殖螺旋 藻是需同时投加额外碳源与无机氮源，更从另一方面说明这种方法的弊端。利 用菌藻共生理论，将螺旋藻与活性污泥按一定比例投加污水中。在理论上可以 解决螺旋藻需要额外添加营养盐的问题，同时，会有较好的处理效果，特别是 对氮磷元素的处理方面。所以本论文如果成功，预期的效果是螺旋藻得到更好 的生长，并且活性污泥处理效果也会更好。 1 5 2 研究目的与主要内容 研究目的与意义： 利用菌藻系统理论，对已有的污水培育螺旋藻的方法加以改进。使培育成本 进一步降低，污水处理效果进一步提升。最终变废为宝，创造经济价值。 研究内容： l 利用一种污水，培养螺旋藻，测量藻类生长状况与出水水化学指标，确定 最优培养条件( 光照时间、光照强度、温度、p h 值) ，通过控制污水成分，来了 解螺旋藻营养特点。 2 搭建菌藻共生系统，及菌藻处理单元串联系统，确定这种方法的可行性。 测量藻类生长状况与出水水化学指标 3 用螺旋藻与活性污泥搭建菌藻系统，并用于处理污水。 4 在培养成本( 碳与氮源的添加量) 与出水的处理效果方面比较菌藻系统与 传统方法来验证实验最初设想。 6 东北师范大学硕士学位论文 第二章实验材料与方法 本论文以钝顶螺旋藻为研究对象，根据菌藻共生理论，立足于将螺旋藻与 活性污泥通过工艺的组合，达到比传统的单一使用螺旋藻处理污水有着更好的 出水效果。 2 1 实验技术路线图 2 2 实验材料 2 2 1 实验藻种来源 实验藻种于藻种库采购，钝项螺旋藻( s p i r u l i n ap l a t e n s i s ) ，编号4 3 9 。藻 丝长5 0u m - 5 0 0u m ，直径1l lr n - 2u m ，形态为s 型。 2 2 2 培养基的配置 螺旋藻使用z a r r o u k j ：, - 养l 占配办f h j 表2 一l ，在配备：z a r r o u k 培养基前，要先按表 东北师范大学硕士学位论文 2 - 2 酉g 置a 5 添加液将药品加入l o o m l 蒸馏水中。按每1l z a r r o u k 培养基添加lm l 添 加。然后用高压锅高压蒸汽灭菌3 0 m i n 。 表2 1 z a r r o u k 培养基 他山l e 2 1z a r r o u kc u l t u r em e d i u m 2 2 3 实验 表2 2a 5 溶液 t a b l e 2 2a 5 s o l u t i o n 成分 且 里 h 3 8 0 3 m n c l 2 4 h 2 0 z n s 0 4 7 h 2 0 c u s 0 4 5h 2 0 ( n h 4 ) 6 m 0 7 0 2 4 4 h 2 0 2 8 6 m g 1 8 1 m g 2 2m g 7 9 m g 3 9 m g 用 污水 本实验的处理对象是生活污水。本实验要控制入水的稳定性所以采用人造废 水，指标根据我国生活污水的浓度c o d = 4 0 0 m g lt n = 4 0 m g lt p = 8 m g l 废水的 配方如下。 表2 - 3 人造废水成份和浓度 t a b l e2 - 3t h ea r t i f i c i a lw a s t e w a t e rc o m p o s i t i o na n dc o n c e n t r a t i o n 成份 浓度( m g 1 ) 1 5 0 l5 0 15 0 2 0 牛肉膏 蛋自胨 酵母膏 k h 2 p 0 4 成份 浓度( m g 1 ) f e c l 3 6 h 2 0 m g s 0 4 7 h 2 0 m n s 0 4 z n s 0 4 0 2 5 2 0 0 2 1 东北师范大学硕士学位论文 c a c l 2 2 2 4 主要仪器与设备 2 0n a c l6 紫外一可见分光光度计：北京普新通用公司。 活性污泥反应器反应器：为直径4 0 c m ，高1 0 0 c m 的下端为圆锥体的圆柱体。 砾石球：由2 3 厘米的砾石经环氧树脂胶结成的直径为十厘米左右的球状 体。 人造废水：成份和浓度见表2 3 。 泥种：长春市第二污水处理厂曝气池和二沉池污泥经沉淀后各5 0 0 m l 。 储水池：用于存放即将处理的人造废水，为容积1 0 0 l 的长方体有机玻璃容 器。 恒温控制器：x m t - 1 0 2 数显温控仪，上海人民企业( 集团) 有限公司。 恒流泵：b t - 1 0 0 j ，d g 2 泵头，保定兰格恒流泵有限公司，单通道0 0 0 6 - 3 0 m l m i n 。 曝气泵：a c o 0 0 3 ，电磁式空气泵，广东日升集团有限公司。 转子流量计：l z b 型玻璃转子流量计，天津市自动化仪表十四厂。 继电器：j s s 4 8 a s ，双设定循环时间继电器，浙江泰华电器有限公司。 2 5 l 大烧杯若干做，做藻类反应器 养殖观赏鱼用加热棒与曝气泵若干。 各直径软管适量。 2 3 实验方法 2 3 1 螺旋藻的富集培养 培养方法：在无菌条件下用接种针接种买回的螺旋藻于含15 0 m l z a r r o u k 培养 基的2 5 0 m l 锥形瓶中，( 接种量1 0 ) 混匀，光照强度2 5 0 0 4 0 0 0l u x 。驯，光暗周期1 2 h ：1 2h ，培养温度2 8 。c 经常观察藻液的颜色是否萨常、是否有沉淀和附擘现 象、液面是否有菌膜等异常情况。定期镜检，看是否异常。 培养基使用前先用手提式高压锅做3 0 分钟灭菌处理，灭菌后冷却至室温，可 用n a h c 0 3 溶液或h c l 调节培养基p h 值，备用。 2 3 2 实验分析项目及测定方法 实验过程测定的主要水质指机：为t p t n ，n h 4 n ，藻生物量等，以及c o d ， 温度、d o ，p h 值等辅助项目，每个项f 1 测定按每次三组j 卜行样进行，所用分析 测试方法均采用旧家环境保护总j i i j 出版的水和废水监测分析方法( 第四版) 9 东北师范大学硕士学位论文 的方法进行操作。 1 、生物学指标的测定方法，螺旋藻干重 螺旋藻干重的测量 藻类生长曲线的测定，隔1 2 h i l l 取样一次，称量，以干重为纵坐标，时 间为横坐标，绘制曲线。 藻浓度与干重关系曲线，分光光度计法。将一定的藻细胞干重浓度藻液 按比例稀释，采用分光光度计，在5 6 0 n m 波长下以0 5 c m 比色皿测定各稀释度 的吸光度值( a 5 6 0 ) ，绘出藻浓度与( a 5 6 0 ) 相关曲线口2 1 2 、理化指标测定及方法( 6 0 ) ：c o d c r , n h 4 n ，总n 、总p p h 等。 c o d c r 重铬酸盐法( g b1 1 9 1 4 8 7 ) ； n h 4 一n 纳氏试剂分光光度法； 总n酸性过硫酸钾一紫外分光光度法( g bl18 9 4 8 9 ) 总p铝酸按分光光度法( g b1 1 8 9 3 8 9 ) ； p hp h 计 2 4 实验设计 2 4 1 使用人造废水养殖螺旋藻 实验为静态试验，验证人造废水中的有机物能否替代碳源与氮源，及额外添 加碳源与氮源对螺旋藻生长的影响。 2 4 1 1 螺旋藻在添加不同营养盐后生长状况的变化 氮源的影响：氮源对螺旋藻生长浓度、生理状况、叶绿素的合成均产生影响。 氮源中有硝态氮、氨氮、有机氮、亚硝态氮等，其中硝态氮是可被螺旋藻同化 利用的主要氮源。常见生活污水中总氮含量较高，但主要以氨氮、有机氮形式 存在，所以要验证能否被利用，及是否要额外添加及影响。这里选择的氮源是 n a 。n 0 。这里选用的反应器为2 5 l 大烧杯，反应体积取2 l ，按l ：1 0 l l 例接种藻类 浓缩液( 2 0 0 m 1 ) 逐一呈梯度添j j 1 n a 。n o 。 碳源的影响：无机碳源是螺旋藻生长的关键，生活污水中c o d c r 虽较高，但 是以有机碳为主，所以要验证螺旋藻是否能利用，及添加后对生长状况的影响。 这罩主要添) b 1 n a h c 0 。，既可以提供无机碳源又可以维持p h 值。反应体系同上，只 是以n a h c 0 ，投加量做梯度，记录乍长状况。 2 4 1 2 出水水质的变化与影响因素 每天定时取样，测量各种水质指标。加以分析，测量与分析不同细胞密度、 碳源、n p ，对出水水质的影响。 l o _ 一 东北师范大学硕士学位论文 2 4 2 菌藻共生系统 与利用活性污泥一螺旋藻系统处理污水同时进行，以作参照，比较优劣。 关于菌藻共生系统的建立采用两种办法，一种将含一部分活性污泥的人造废水 与含有螺旋藻活性污泥按比例，呈梯度加以混合放入到2 5 0 m l 烧杯中，放入气 候培养箱中培养，条件选择有利于螺旋藻的方向。另一种将活性污泥( 菌相) 设定为生物膜技术，这样会有利于菌相与藻类分离，同时减少活性污泥对藻类 光照的影响。也方便计算生物量，用砾石球挂膜，应提前准备，时间约为2 0 天。成功后，待出水稳定后将菌藻混合。调试看出水状况及藻类生长状况。 2 4 3 利用活性污泥一螺旋藻体系处理污水 构建活性污泥一螺旋藻体系统，来处理相同的人工污水，先用活性污泥对 污水进行预处理，通过改变溶解氧，停留时i 日j ，得到不同处理程度的污水，然 后通过泵、管道与螺旋藻处理单元相组合、串联，通过营养物质的调控，实现 在相对独立处理单元中优势生物量的可控性。根据文献1 可知，溶解氧是控制 出水指标达到营养控制的关键，通过控制溶解氧的浓度，会对出水b o d 造成影响， 近而影响藻类的生长。 装置示意图如下： 活性污泥藻类池 池 l管道 活性污泥反应器为直径4 0 c m ，高1 0 0 c m 的下端为圆锥体的圆柱体。考虑到要 与菌藻共生系统参照，而活性污泥池采用生物膜法，用砾石球挂膜。 东：i l i j 币范大学硕士学位论文 第三章数据分析 3 1 利用污水养殖螺旋藻部分 藻浓度与0 d 5 6 0 关系曲线的建立：将一定的藻细胞干重浓度藻液按比例稀释，采 用分光光度计，在5 6 0 n m 波长下以0 5 c m 比色皿测定各稀释度的吸光度值，绘 出藻浓度与o d 5 6 0 5 h 关曲线，藻细胞干重浓度可通过吸光度值进行换算。得出 y = 3 4 2 3 6 x + 0 0 0 2 3 1 1 碳源浓度对螺旋藻生长的影响 螺旋藻养殖的一个主要因素，即是无机碳源的添加，一般选择n a h c 0 3 ，既可 以为螺旋藻生长提供碳源，又可以调节p h 值。虽然前人有许多相关实验，但由 于入水水质指标不同，所以没有参考性。为了后续实验，决定针对本次实验人 工配置的污水自己加以摸索最佳条件。因为要考察碳源的影响所以测得人造污 水：c o d = 4 2 3 5 3 m g 1 b o d = 2 1 0 1 7 m g 1 。 参照文献2 删培养条件定在：光照强度2 0 0 0 l u x ；温度3 0 ；p h = 9 做六个 梯度n a h c o 。添加量分别为：o ，2 ，4 ，6 ，8 ，1 0g 1 以2 5 l 烧杯做为反应器，反 应体系为2 l ，按l ：l o l l 例接种螺旋藻浓缩液，以6 d 后的单位体积藻液的干重为 衡量生物量的指标。进行预实验，结果并不明显。并且为了不受其他营养物质 缺失的干扰于是根据文献b 2 1 ，添加一定量的n a ：n 0 。加速藻类生长，使趋势明显化。 本次实验添加量为2 9 1 如图3 1 所示，培养前3 天钝顶螺旋藻生长较为迅速，接下来趋于平稳有递减 的趋势，1 号样未添力h n a h c o 。，生物量于第四天明显下降，第五天大量死亡。为 了确定不是由于其他原因导致螺旋藻大量死亡。对当日水质各种水化学指标进 行检测。由表3 - 1 可以发现一号样藻类大量死亡当日，t n 与t p 与其他样品差别并 不明显。只有c o d c r 差别较明显，可一号样c o d c r 的去除率为4 4 5 接近了文献上 不经过特殊工艺螺旋藻x 寸c o d 晰去除率在5 0 - 6 0 的标准。这是由于c 源的不足造成 一号样藻类的死亡。而2 号样添力h 2 9 1 n a h c o ：，随着培养时间的持续，也逐渐呈衰 减趋势。3 - 6 号样由于添力r n a h c o 。量较多，6 d 内尚未衰减。 东北师范大学硕士学位论文 12 345678 培养时间( d ) 图3 一l 不同n a h c o ；添加量对螺旋藻生长状况的影响 n a h c o 。的添加量对钝顶螺旋藻的生长，影响趋势随着添加量的递增，涨势越 良好明显。并且随着时间的推移影响趋势越加明显。而本次人工污水能在一部 份程度上担当碳源。考虑到处理时间，及对p h 的控制上，于是n a h c o 。应选投加 4 9 l 。 表3 1 第4 天水质指标 3 1 2 氮源浓度对螺旋藻生长的影响 氮源是螺旋藻培养即无机碳源后，又一大影响因素。实验采用的人工废水， t n 约为4 2 4 7 1 5 m g 1 。逐一添j j h n a ：n o ，由于要兼顾钝顶螺旋藻的培养，与废水的 处理，所以n a ! n 氓的添加量很难控制，同类以螺旋藻养殖为目的的实验不做参考。 添加量为：00 511 5 22 5g 为了排除碳源缺失对实验的干扰，每个样 品j j l l n a h c o ；4 9 l 。仍然以2 5 l 大烧杯为反应器。反应体积为2 l 。实验结果如图 3 2 所示。 口里 ， 椭几几几n 们 5 2 5 l 5 o 筋 卫 坫 。 咂 o o 0 o o o h暑删霹甜睢摧翳群露 东北师范大学硕士学位论文 一 如 v 棚 黎 甜 麟 糕 馨 瞎 幕 0 2 5 0 2 0 1 5 0 1 0 0 5 0 12345678 培养时问( d ) 图3 - 2 n a ：n o 。浓度对螺旋藻生长状况的影响 - - * - 翻l l l o t 1 o0 5 | ，l 一1 ，1 一一1 5 ，l - 一2 l ，l 一厶5 ，l 螺旋藻的生物量并不随n a 。n o 。浓度的增加而增加，1 5 9 1 为分界点。1 5 9 1 时螺旋藻生长最快，增长量最大，低于1 5 9 1 时，藻类依然存活，证明污水中 有氮源可供藻类利用，但生长较之添加氮源的组要缓慢许多，并且在实验时会 有螺旋藻死亡，有螺旋藻残体产生。说明污水的氮源并不能完全支持螺旋藻的 生长。而当添加量大于1 5 9 1 时，螺旋藻密度增长的也很慢，说明当氮的含量 大于一定程度时，也会抑制藻类的生长。所以对于本废水来说，最佳的n a 。n 0 。 投加量为：1 5 9 1 。 处理效果达到同类实验的水平，但螺旋藻培养的生物量上略低于同类实 验，反复操做后，确定实验无错误，可能是由于藻种上差异造成。同时螺旋藻 达到生长平缓期的时间要相对较短。特别是n a h c 0 3 梯度实验，究其原因可能是 其中加入了氮源，使得螺旋藻生长比较迅速。 3 1 3 钝顶螺旋藻对人工废水中的氮t 磷营养盐及c o d 去除研究 、 钝顶螺旋藻在自身生命活动过程中，会对周围环境中的n ，p 营养盐加以摄取， 并消耗一定量水中的c o d ，来维持自身生命活动，这就是利用钝顶螺旋藻处理污 水的原理。本实验在确定螺旋藻的营养盐最佳添加量，就每天测定水质指标， 以便找出，螺旋藻j 卜物量与污染物的去除率的联系。 营养盐$ i c o d 的去除率计算 1 ： 公式为： r ：c t - c o 1 0 0 c t 式中，c o 和c t s 刖为营养盐( 或c o d ) 的起始浓度和t 天后的浓度( m g i 。) 3 1 3 1n a h c 0 。添加量梯度实验t n ，t p 的去除率 t p 与t n 的去除乍最优组，均足第六组即添加n a h c 0 ，添加量最多的那一组， 1 4 东北师范大学硕士学位论文 同样是螺旋藻长势最佳的一组，可见氮磷的去除率与螺旋藻的生长状况有密切 关系。最差组为第一组，即未添加n a h c o 。的实验组，对照图发现在第四天藻类 就大量死亡，从而影响了氮磷的去除。t n 的最佳去除率为5 9 3 。t p 最佳去除 率为6 6 0 0 。 由于本组实验为添加n a h c o ；梯度实验，各组间丌始c o d 不同，所以无法相 互比较。但出水水质相差不多，c o d 最佳组的去除率为5 5 5 ，接近文献平均水 平。 表3 - 2n a h c o 。梯度组出水营养盐去除率 3 1 3 2n a ：n o ，添加量梯度实验t n c 0 1 ) t p 的去除率 同上组类似，本系列实验各组f n j c o d 的相差不大，可见c o d 的去除与螺旋藻的 浓度关系不大。图3 - 5 为最佳组c o d 去除率随时间变化的趋势。 c o d 的去除前3 天会比较明显，4 天过后会趋于平缓最终6 天后的去除率为 6 4 7 。 表3 3n a 2 n 0 3 梯度组出水营养盐去除率 东北9 币范大学硕士学位论文 0 8 嗣0 诗 希【】 毒0 6 4 2 0 0 7 o 6 0 5 累 茎 o 4 翟0 3 o 2 0 1 0 123456 ，培养时问( d ) 图3 3n a h c 0 3 浓度组对总氮的去除率的影响 l23456 一z 叫1 培养时问( d ) 图3 4n a 2 n 0 3 梯度组t p 的去除率 1 6 东北师范大学硕士学位论文 槲 越 札 县 0 8 0 6 0 q 0 2 0o _ 。皿_ 。_ 。l 。一， 2 345 6 培养时问( d ) 图3 56 天内c o d 的去除率 f i 9 3 5t h er e m o v a lr a t eo fc o d i n6d a y s 3 2 菌藻共生体系的实验 为建立菌藻共生体系来完成实验目的，将含有活性污泥的人造废水与处于 生长指数期的螺旋藻浓缩液成梯度的混合。放入2 5 0 m l 锥形瓶里，活性污泥要 用8 0 0 目的筛网过滤，去掉原生动物部分。防止其对实验的干扰。分为3 个梯 度，分别按2 ：l ， l ：l ，1 ：2 ，观察每f 1 结果。放入气候培养箱，每日摇3 次。 实验结果：培养基与活性污泥组比例2 ：1 与1 ：1 ，在第五天水质变透明， 通过光学显微镜镜检，螺旋藻大量死亡只有少数存活，而l ：2 则在第3 天即大 量死亡，水质由