【微藻生物技術(shù)處理不同濃度有機污水的差異分析】

微藻生物技術(shù)處理不同濃度有機污水的差異分析目錄TOC\o"1-2"\h\u23492微藻生物技術(shù)處理不同濃度有機污水的差異分析 1286561.實驗材料及儀器 195731.1材料 165971.2儀器 2323451.3測試指標(biāo)和測試方法 2193811.4微藻藻種和培養(yǎng)條件 2291261.5實驗裝置和方法 258461.6微藻生長指標(biāo)的測定 3237591.7水質(zhì)指標(biāo)測定方法 3149981.8試驗設(shè)計 4257572.實驗結(jié)果及討論 5258962.1不同稀釋濃度的沼液對小球藻生長的影響 5198612.2電解預(yù)處理對沼液中污染物去除和細(xì)菌殺滅的影響 5256832.3電解預(yù)處理對沼液培養(yǎng)小球藻的影響 6177832.4離心和高溫高壓預(yù)處理對沼液中污染物去除和細(xì)菌殺滅的影響 6127112.5各種組合方法的沼液處理效果對比 7325643.結(jié)語 823907參考文獻(xiàn) 8水污染是當(dāng)今人類面臨的主要環(huán)境問題之一，探索有效實用、易于推廣的污水處理技術(shù)，始終為環(huán)保學(xué)者們所關(guān)注。藻類是自養(yǎng)型生物，生長對廢水中營養(yǎng)要求較低，可富集水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，并以有機物的形式將其儲存在藻細(xì)胞中。利用藻類凈化污水成為污水處理中的重要研究方向，但微藻污水處理法又有其局限性，所能去除的污染物局限于水中生物易降解的物質(zhì)，對于生物難降解物質(zhì)則幾乎無去除效果，在這種情況下，單一應(yīng)用微藻處理污水顯然是不適宜的。本研究選用直接電解的方法對合成有機污水進(jìn)行預(yù)處理，通過電化學(xué)法能初步降低氮、磷以及總有機碳含量，減輕后續(xù)微藻生物處理的污染物負(fù)荷，殺滅污水中的細(xì)菌，提高污水的可生化性，為后續(xù)的微藻處理污水實驗提供更適宜的培養(yǎng)條件。1.實驗材料及儀器1.1材料實驗材料包括七水硫酸亞鐵、重鉻酸鉀、六水硫酸亞鐵氨、濃硫酸、氯化鈷和氯鉑酸鉀等，都是化學(xué)純。待處理廢水為X養(yǎng)殖場的雞糞厭氧發(fā)酵出水，存于4℃冰箱中，在開展試驗前取用，污水水質(zhì)指標(biāo)見表1。表1水質(zhì)指標(biāo)指標(biāo)含量總氮/（mg/L）5308±129氨氮/（mg/L）5203±108總磷/（mg/L）307±22總碳/（mg/L）8628±121總有機碳/（mg/L）4743±128無機碳/（mg/L）3886±109濁度（NTu）4101±80pH值8.5±0.2細(xì)菌數(shù)6.0±0.2注：結(jié)果為三次測量平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。1.2儀器實驗主要儀器為COD瓶、錐形瓶、溶解氧儀、反應(yīng)槽、冷凝管、電極板和恒溫加熱器、穩(wěn)壓直流電源、電磁攪拌器等。1.3測試指標(biāo)和測試方法實驗運用的測試指標(biāo)主要為CODCr，重鉻酸鉀氧化法及BOD5稀釋接種法。色度運用了稀釋倍數(shù)法.1.4微藻藻種和培養(yǎng)條件1.4.1藻種選用普通小球藻C.vulgaris1067藻種。1.4.2培養(yǎng)基借助BG-I1培養(yǎng)基對小球藻進(jìn)行培養(yǎng)，試驗下微藻生長營養(yǎng)物由BG-I1培養(yǎng)液所供應(yīng)。1.4.3培養(yǎng)條件在實驗室內(nèi)通過規(guī)?；绞椒峙螌π∏蛟暹M(jìn)行培養(yǎng)，將其在500mL的裝有厭氧發(fā)酵廢水錐形瓶內(nèi)（濃度各不相同，體積為300mL）進(jìn)行接種，并在恒溫光照反應(yīng)器內(nèi)放置，保持4500LuX的光照強度和28℃的溫度，12H光反應(yīng)/12H暗反應(yīng)為光暗周期。搖瓶培養(yǎng)運用搖床，速度設(shè)定在150r/min，微藻生物質(zhì)干重樣品每24H測量1次。1.5實驗裝置和方法1.5.1實驗裝置及材料電磁攪拌器、電極板、穩(wěn)壓直流電源及反應(yīng)槽為主要裝置，電解池模擬運用正方形玻璃槽（1L），借助可溶性鐵金屬板作為陽、陰極板，面積都是15Cm×8Cm，應(yīng)用JC1735穩(wěn)壓直流電源，79-1磁力加熱攪拌器進(jìn)行較慢的攪拌?；钚酝寥老挛⑸锞鹤鳛閷嶒灳N。1.5.2實驗方法1）陽、陰極板的距離是10Cm，將FeSO4添加到原水水樣內(nèi)，如果金屬離子在生物處理系統(tǒng)內(nèi)的含量較大，會抑制微生物的作用，如果長時間進(jìn)行反應(yīng)，增大了污泥內(nèi)無機物的總量，使系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行，所以要對酸堿度進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持在中性，加快重金屬離子的沉淀過程，進(jìn)行絮凝沉淀。電化學(xué)氧化實驗裝置如圖1圖1電化學(xué)氧化實驗裝置示意圖2）靜置廢水，取出500mL上清液，將NaCL添加到造紙廢水內(nèi)，改善電解效果，保持15v的電壓和1.6a的電流，調(diào)整電解時間。3）完成電解過程后，將Ｆe/aL加入其中，水樣進(jìn)行絮凝，經(jīng)過靜置、冷卻及過濾反應(yīng)，對bOd5、COd進(jìn)行測定。4）結(jié)合結(jié)果對圖表進(jìn)行繪制，實驗最佳電解條件即為bOd5/COd最大值下的各項數(shù)值。5）理想電解條件下，分別從bOd5/COd、COdCr、bOd5和色度等方面對電解之前和之后的變化狀況進(jìn)行對比。1.6微藻生長指標(biāo)的測定借助細(xì)胞干重測量法對微藻生物量進(jìn)行測定，對進(jìn)行均勻混合的藻液進(jìn)行采取，基于分光光度計680nm波長條件中，對光密度值（OD）ODbBo進(jìn)行測量，實驗獲取微藻OD68。最后分析其同微藻細(xì)胞干重（DWDryWeight（DW，mg/L）＝230.3OD68＋R2＝開展試驗過程中，要每天對藻液進(jìn)行采取，對OD681.7水質(zhì)指標(biāo)測定方法1.7.1總氮（TN）、氨氮（NH借助過硫酸鉀消解一鑰銻抗分光光度法、水楊酸一次氯酸鹽光度法及過硫化鉀氧化一紫外分光光度法對雞糞沼液內(nèi)的TN、TP及NH1.7.2總碳（TC）、無機碳（IC）和總有機碳（TOC）借助離心沉淀對樣品內(nèi)的微生物、懸浮顆粒物進(jìn)行剔除，采集上清液，借助TOC分析儀對IC及TC進(jìn)行測量，借助運算來獲取總有機碳值：TOC（mg/L）＝TC（mg/L）＝IC（mg/L）1.7.3濁度（Turbidity）借助可見光-紫外分光光度法來測量文中的濁度。聚合6-次甲基四胺與硫酸脫，獲得白色高分子聚合物，得到濁度標(biāo)準(zhǔn)溶液，借助石英比色皿（規(guī)格為1Cm），建立在660Nm的波長基礎(chǔ)上，測定濁度液吸光度值，獲取吸光度-濁度標(biāo)準(zhǔn)曲線。準(zhǔn)確測量水樣濁度，設(shè)定660Nm的標(biāo)準(zhǔn)，對比研究和分析吸光度-濁度標(biāo)準(zhǔn)曲線與吸光度曲線，運算出水樣濁度值。在濁度大于100的情況下，開展測定工作之前，需要完成稀釋處理。1.7.4細(xì)菌數(shù)（BacterialLcounts）通過平板計數(shù)法來測定細(xì)菌數(shù)。在微型旋渦混合儀中對樣品進(jìn)行5min的震蕩處理，使細(xì)菌進(jìn)行有效分散，采取樣品的體積為1mL，并將其加入到9mL去離子水試管中，完成10倍稀釋操作之后，震蕩均勻，最終使溶液得到合理濃度，對2～3個稀釋度進(jìn)行選取，采取污水樣品（0.1mL），涂抹于無菌固體營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基，倒置在培養(yǎng)箱中，維持24H的溫度在24℃，查看瓊脂培養(yǎng)基中菌落數(shù)，不同的稀釋度均應(yīng)開展上述操作3遍。1.7.5PH值利用玻璃電極法對溶液的PH值進(jìn)行測定。1.8試驗設(shè)計1.8.1電解預(yù)處理對10%（v/v）稀釋沼液（2L）進(jìn)行電解處理，加入2g/L的NaCL電解質(zhì)，電壓保持在15v，極板距離是20mm。電解時間5H，每小時都要進(jìn)行樣本采集，分別要對NH4+?N、TOC、PH值、濁度、1.8.2離心和高溫高壓預(yù)處理離心預(yù)處理：利用離心機進(jìn)行離心處理2%（v/v）稀釋沼液操作，時間為15min，速度為8000r/min，對上清液進(jìn)行采集。檢測濁度、TP、TOC、NH4+?N、高溫高壓預(yù)處理：于高壓鍋內(nèi)對2%（v/v）稀釋沼液進(jìn)行處理，時間為0.5H，溫度為120℃，檢測濁度、TP、TOC、NH4+?N、1.8.3預(yù)處理與微藻生物處理組合方法厭氧發(fā)酵廢水進(jìn)行2%（v/v）稀釋處理之后，進(jìn)行離心、高溫高壓及電解處理，所培養(yǎng)的小球藻生長環(huán)境就是獲取的液體培養(yǎng)基。進(jìn)行試驗前，要利用錐形瓶來對小球藻藻種進(jìn)行保存，接種操作的標(biāo)準(zhǔn)為生物質(zhì)干重達(dá)到了1300mg/L。參考10%（v/v）的接種標(biāo)準(zhǔn)對廢水進(jìn)行預(yù)處理，添加30mL藻液于270mL廢水樣品中。搖勻之后在合理條件下的搖床上放置培養(yǎng)箱，每天在特定時間對生物質(zhì)干重進(jìn)行測定。2.實驗結(jié)果及討論2.1不同稀釋濃度的沼液對小球藻生長的影響不同稀釋濃度雞糞沼液下小球藻C.vulgaris的生長曲線如圖2所示。圖2不同稀釋濃度雞糞沼液下小球藻C.vulgaris的生長曲線普通小球藻C.vulgaris進(jìn)行12d培養(yǎng)后，培養(yǎng)環(huán)境為稀釋沼液0.2%（v/v）～10%（v/v），小球藻最大的生物量所對應(yīng)的為2%（v/v）稀釋沼液，小球藻最優(yōu)適宜生長的污水濃度分別是1.0%（v/v）、0.5%（v/v）及0.2%（v/v）。完成12d培養(yǎng)之后，于2.0%（v/v）、1.0%（v/v）、0.5%（v/v）及0.2%（v/v）稀釋沼液下，小球藻積累的生物質(zhì)干重依次是470、430、410、380mg/L。基于5%（v/v）及10%（v/v）稀釋濃度下，微藻生長出現(xiàn)停止和死亡的現(xiàn)象，表明5%（v/v）、10%（v/v）稀釋沼液下的有機物、營養(yǎng)鹽類含量比小球藻所需濃度要大，因此抑制和阻礙了其生長。文中5%（v/v）稀釋沼液內(nèi)的NH4+2.2電解預(yù)處理對沼液中污染物去除和細(xì)菌殺滅的影響沼液進(jìn)行了10%（v/v）的稀釋，電解質(zhì)濃度是2g/LNaCI，保持15v極板電壓，5H之后顯示出，電解作用能夠?qū)U水內(nèi)的TP、NH4+?N、IC、TOC2.3電解預(yù)處理對沼液培養(yǎng)小球藻的影響以10%（v/v）的標(biāo)準(zhǔn)稀釋處理雞糞沼液后，進(jìn)行電解預(yù)處理操作，經(jīng)過0、1、2、3、4、5H之后，可以將相同量的普通小球藻藻種進(jìn)行接入，創(chuàng)造良好環(huán)境，進(jìn)行為期20d的培養(yǎng)，微藻細(xì)胞干重積累狀況如圖3所示。圖3小球藻C.vulgaris在不同電解時間預(yù)處理的沼液生長曲線基于2、3、4H電解預(yù)處理作用下，樣品內(nèi)的小球藻能夠存活下來，其中樣品在2H電解預(yù)處理中的生物量是530mg/L，達(dá)到了最高，樣品小球藻（未開展電解預(yù)處理和1、5H電解預(yù)處理）進(jìn)行20d的培養(yǎng)之后，生物質(zhì)干重達(dá)到了90mg/L，出現(xiàn)了不增反降的現(xiàn)象。對0、1、5H的電解預(yù)處理沼液樣品內(nèi)，對小球藻進(jìn)行培養(yǎng)，在時間不斷延長的過程中會出現(xiàn)發(fā)黃的狀況，體現(xiàn)出樣品水質(zhì)對小球藻的生長不利。在開展試驗時，最先15d培養(yǎng)時，2H電解預(yù)處理樣品下小球藻同3H電解預(yù)處理樣品下的小球藻相比，前者生長狀況更優(yōu)，相應(yīng)的生物量濃度也相對較高，然而在之后的過程中，后者下的微藻生物質(zhì)干重不再增多，2H電解預(yù)處理樣品下小球藻生物質(zhì)積累量比3H電解預(yù)處理樣品下的積累量要更多，為試驗樣品生物量積累最大值。分析具體緣由為3H預(yù)處理樣品下營養(yǎng)元素在最初培養(yǎng)期間能夠被微藻所吸收掉，而在之后的16～20d之間，因為營養(yǎng)不足，微藻生長速度大大降低。這就體現(xiàn)出，進(jìn)行合理處理的厭氧發(fā)酵廢水能夠使沼液污染物負(fù)荷有效降低，將良好的生長環(huán)境提供給微藻，使微藻生物質(zhì)產(chǎn)量明顯增大。電化學(xué)氧化作用下，一方面能夠使污染物含量大大減少，另一方面也能夠針對復(fù)雜有機物分子進(jìn)行作用，其作為生物難降解物能夠形成簡單分子，使污水生物可降解性大大改善。而在2H電解處理之后，濁度值降至89%，有利于微藻的生長，去除濁度能夠使污水透光性得到改善，將合理的光照環(huán)境提供給小球藻，便于其開展光合作用。2.4離心和高溫高壓預(yù)處理對沼液中污染物去除和細(xì)菌殺滅的影響沼液經(jīng)過離心和高溫高壓預(yù)處理后沼液中各種污染物含量及細(xì)菌數(shù)變化詳見表2。表2離心和高溫高壓頂處理對2%（v/v）沼液中污染物的去除情況處理NTPTOCIC濁度PH細(xì)菌數(shù)對照組116.9±2.1a6.0±0.1a117.3±5.6a98.8±3.5a77.2±6.3b8.4T0.2b3.9±0.2a離心組112.0±14.4a4.3±0.8b59.6±6.3b96.2±1.2a16.3±4.6a84T0.2b3.5±0.5b高溫高壓組98.0±1.5b6.0±0.2a111.6±5.0a58.2±0.8b99.6±7.5a9.5±0.1a0.0±0.0a在8000r/min轉(zhuǎn)速離心處理15min后，TOC、TP、濁度及細(xì)菌數(shù)都沒有出現(xiàn)顯著降低的狀況（P＜0.05），去除效率依次是49%、28%、79%及60%，離心過程中并未去除IC、NH4+，顯示出懸浮顆粒物表面會吸附細(xì)菌、TOC及TP，在離心作用下，能夠有效去除，凈化污水。沼液內(nèi)很多IC可以看出：高溫高壓能夠有效去除NH4+和IC進(jìn)行2%（v/v）稀釋后，在120℃的條件下可以在0.5H的高溫高壓處理操作后，高效的將沼液內(nèi)的41%IC與16%NH4+去除掉（見表2）。若污水內(nèi)含有較多的自由氨分子（NH3），在進(jìn)行高溫高壓處理操作時，污水中會產(chǎn)生較多的氨氣，同時借助大量碳酸氫根離子也能夠有效降低水質(zhì)中的IC2.5各種組合方法的沼液處理效果對比組合處理過程對NH4+?N和對TP表3組合處理過程對氨氯NH處理初始值/（mg/L）最終值/（mg/L）預(yù)處理去除率/%生物去除率/%總?cè)コ?%稀釋（2%，v/v）116.9±2.11.9±0.00.0±0.098.4±0.4984±0.4離心（2%，v/v）116.9±2.10.6±0.44.2±0.095.3±0.399.5±0.3高溫高壓（2%，v/v）116.9±2.12.0±0.116.2±0.282.1±0.398.3±0.2電解（10%，v/v）527.6±11.01.6±0.172.0±0.327.7±0.299.7±0.2稀釋（10%，v/v）527.6±11.0392.8±41.70.0±0.020.0±0.120.0±0.1表4組合處理過程對總磷TP的去除處理初始值/（mg/L）最終值/（mg/L）預(yù)處理去除率/%生物去除率/%總?cè)コ?%稀釋（2%，v/v）6.0±0.10.3±0.00.0±0.095.0±3.595.0±3.5離心（2%，v/v）6.0±0.10.5±0.028.3±6.263.3±1.291.6±2.4高溫高壓（2%，v/v）6.0±0.10.1±0.10.0±0.098.3±1.198.3±1.1電解（10%，v/v）29.7±1.602±0.184.5±0.914.8±3.999.3±0.6稀釋（10%，v/v）29.7±1.68.7±1.10.0±0.0563±1.656.3±1.6結(jié)合表3、表4得知：基于差異化預(yù)處理手段下，輔以偽造生物污水處理技術(shù)，污水中所含的NH基本上90%以上的NH4+在選取污水處理技術(shù)過程中，還需要重視的指標(biāo)就是成本費用問題。電解法比傳統(tǒng)污水處理方式的成本要高，然而因為前者能夠運用到高濃度污水處理領(lǐng)域，解決了生物降解難度大的問題，但是在活性污泥去除方面效果不理想，因此可以綜合考慮運用電解法。同時，將微藻生物污水處理技術(shù)同電解處理法進(jìn)行整合，能夠大大解決污水處理費用，因為污水開始濃度相對較高，相對應(yīng)的電流效率大，能夠快速、有效地去除掉污染物，但在污水中污染物濃度降低時，就需要發(fā)揮微藻生物處理技術(shù)的優(yōu)勢，節(jié)約能源，降低電能的耗費。3.結(jié)語作為全新的綠色環(huán)保技術(shù)，電解法在工業(yè)廢水及生活污水的處理方面發(fā)揮著極其重要的作用，能夠有效改善污水可生化性，對污水消毒也有積極效果。在電化學(xué)研究快速發(fā)展的過程中，部分有機化合物在電極下的加成、分解及氧化還原等多類反應(yīng)均已被證實，進(jìn)一步