基于污水处理的斜生栅藻生长及其固碳性能研究

• 作 者: 郭鑫
• 机 构: 太原理工大学
• 出 处: 太原理工大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 污水处理

在水资源危机、化石能源濒临枯竭的时代背景下，水体污染和资源短缺是我国乃至全世界面临的生存挑战。相比传统生物能源，微藻以其快速生长能力、高能源转化率成为了极具潜力的生物能源原材料。然而，营养物和水源是限制微藻工业化生产的主要因素之一。根据一些微藻可以利用外源有机碳混养生长的特点，将微藻培育与污水处理相结合，污水中的有机碳以及氮磷污染物作为微藻生长营养物，积累生物质和油脂，用于生产生物柴油，这对于环保和经济具有积极意义。
　　本文首先以葡萄糖为有机碳源，探究了不同光照下葡萄糖浓度对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)生长的影响以及有机碳利用情况，确定了最佳生长浓度；在此基础上，选取了自然界中几种典型碳源，分别考察了其在不同光照下对斜生栅藻生长特性的影响，以期为斜生栅藻处理不同类型污水提供依据；最后，通过设置不同环境条件，考察了斜生栅藻在二级生化处理出水中的生长及污染物去除效果。主要得出以下研究结论：
　　(1)葡萄糖的添加对斜生栅藻生长和油脂积累表现出促进作用，但对叶绿素合成不利，随着葡萄糖初始浓度的提高，最终提取的叶绿素浓度呈现降低趋势。生长最佳浓度为100mg L-1，在正常光照下，收获藻类干重为1.05g L-1，油脂含量为28.17%，均为最高。在低光照下，较正常光照下生长受到抑制，叶绿素和油脂含量均有所降低，但对葡萄糖利用效率较高，100mg L-1浓度下COD去除率为87.8%。
　　(2)不同有机碳源添加下，斜生栅藻生长情况均优于空白组，细胞增殖和油脂积累得到促进，叶绿素合成被抑制。而碳源利用率与相应碳源下微藻的生长情况不一一对应，不同光照下同种碳源的促进效果也不尽相同，说明碳源种类和光照强度对于微藻生长存在交互作用。总体来看，对于有机酸盐和单糖的适应性最佳，醇类次之，多糖最差。综合分析实验结果，乙酸钠利用效率最高，对于斜生栅藻生长促进效果也最明显，为本实验得出的最佳碳源利用形式。
　　(3)根据二级生化处理出水中斜生栅藻的生长情况以及污染物去除率可以看出，未灭菌条件下的污染物去除效率更高，其他微生物与斜生栅藻协同去除污染物，并且未见对斜生栅藻生长产生明显抑制作用；经有机碳驯化的斜生栅藻的适应性更好，表现出更强的活力，能够快速去除污染物，并达到更高去除率；藻种添加比例20%为最佳，生长情况良好，藻密度过大反而会引发光抑制现象，并且在添加20%藻种时，达到最大油脂含量为16.7%，以及最大COD去除率90.3%。
　　（4）在前期优化实验条件下运行，TN、TP、COD去除率均有所提高，COD去除率为94.5%，TN去除率为97.6%、TP浓度低至检出限以下，去除率达98%以上，收获生物干重为0.45g L-1，油脂含量为21.4%。