動態(tài)條件下不同載體固定化藻菌小球反應器處理生活污水的

動態(tài)條件下不同載體固定化藻菌小球反應器處理生活污水的研究摘要：本課題采用三種不同的載體（海藻酸鈣、PVA－硼酸和PVA－硫酸鈉），將蛋白核小球藻與活性污泥共固定化，分別制成了藻菌凝膠小球。在自行設(shè)計的氣升式反應器中，對生活污水進行了動態(tài)處理研究。結(jié)果表明：在三種載體的藻菌小球系統(tǒng)中，海藻酸鈣系統(tǒng)的CODcr去除率(74％)最高、達到體系運行穩(wěn)定所需的時間(2d)最短；PVA－硼酸系統(tǒng)對N、磷營養(yǎng)物去除率最高(分別為68.6％和78.7％)；而PVA－硫酸鈉系統(tǒng)持續(xù)運行的時間(大于10d)最長，CODcr、氨氮和磷的去除率分別為59.6％、58.9％、29.8％。我們的經(jīng)驗也表明：在藻菌固定化反應器的設(shè)計以及運行操作中，應重點考慮藻菌共生體系對光照的需求以及固定化載體對水力條件的限制問題。關(guān)鍵詞：氣升式反應器,動態(tài)運行,共固定化,蛋白核小球藻,活性污泥,海藻酸鈣,聚乙烯醇,生活污水DynamicStudyonTreatingSewageUsingAlgal-bacterialGelBeadsWithDifferentCarrierinNovelBioreactorAbstract:Inthisproject,weco-immobilizedchlorellapyrenoidosaandactivatedsludgewithdifferentcarriers(calciumalginate,PVA-boracicacidandPVA-sodiumsulfate)andmadethreekindsofalgal-bacterialgelbeads.Inanovelairliftbioreactordesignedbyourselves,thedynamicstudyontreatingsewageusingthesebeadswasfinished.Theresultsindicatedthatinthreealgal-bacterialbeadsystemswithdifferentcarriers,theonewithcalciumalginatespenttheshortesttime(2d)toreachstabilizationanditsCODcrremovalratewashighest(74%);asfornutrients(inorganicnitrogenandphosphorus)removal,theremovalrateofNH4+-NandPofthesystemwithPVA-boracicacidcarrierwashighest(68.6%and78.7%,respectively);whilethecontinuousandstableoperationtimeofthesystemwithPVA-sodiumsulfatecarrierwaslongest(>10d),anditsremovalratesofCODcr,NH4+-NandPwere59.6％,58.9％and29.8%respectively.Ourexperiencesalsoshowedthatduringdesignandoperationofthebioreactor,illuminationrequirementofalgal-bacterialsymbioticsystemandhydrauliclimitationofimmobilizationcarriershouldbeconsideredenoughKeywords：airliftbioreactor,dynamicoperation,co-immobilization,chlorellapyrenoidosa,activatedsludge,calciumalginate,polyvinylalcohol,sewage藻菌共生系統(tǒng)是利用藻類處理污水技術(shù)的重要發(fā)展方向。近年來，一些研究者在藻類細胞固定化技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，進一步探索藻菌混合固定化所形成的新體系。例如，薛嶸等用改進的PVA－硫酸鹽法包埋固定蛋白核小球藻和活性污泥，進行污水脫氮除磷研究[1,2]。L.Gonzalez等將普通小球藻與植物生長促進細菌（Azospirillumbrasilense）共固定化在海藻酸鹽凝膠中，考察共固定化體系中小球藻的增長情況[3,4]。目前，固定化藻菌技術(shù)用于污水處理的研究大都處于靜態(tài)階段，且實驗對象大多為模擬廢水，采用實際生活污水且在動態(tài)條件下進行的研究還不多見，可以借鑒的只有一些藻類純種培養(yǎng)裝置與微藻反應器[5,6]。實際上，在實際污水條件下由于碳源和氮磷營養(yǎng)條件以及水力條件和光因子、水溫等環(huán)境因子都與靜態(tài)條件有所不同，因而會使得藻菌共生的形態(tài)發(fā)生變化使得處理效果也發(fā)生改變[7]。因此，需要在動態(tài)運行條件下對生活污水進行處理研究。以便為固定化藻菌共生系統(tǒng)處理污水工業(yè)化實施創(chuàng)造條件。本課題利用自行設(shè)計的新型反應器，采用三種不同載體的藻菌共固定化凝膠小球，以生活污水為處理對象，考察新型反應器中三種不同載體的固定化藻菌小球動態(tài)條件下對CODcr和氮磷營養(yǎng)物的去除效果及藻菌小球理化特性變化，并檢驗該反應器相關(guān)設(shè)計的合理性與相適應的操作方法。1材料與方法1.1材料蛋白核小球藻（chlorellapyrenoidosa）的藻種購自中國科學院武漢水生生物研究所。采用Bold培養(yǎng)基接種培養(yǎng)[3]。培養(yǎng)好的藻液在3500rpm下離心10min，蒸餾水洗滌藻細胞兩次，加入少量蒸餾水配成藻細胞懸浮液，于4℃下保存?zhèn)溆?。活性污泥取自天津紀莊子污水處理廠，在實驗室用配制的模擬污水培養(yǎng)。污泥曝氣后沉淀，過濾去除雜物，然后在3500rpm下離心10min，離心后污泥于4℃下保存?zhèn)溆?。實驗污水取自天津某大學生活區(qū)的污水排放出口。水質(zhì)如下表所示：表1實驗采用的生活污水的水質(zhì)么項目示CO掀D所（晃mg/爽l運）貪氨氮液（搭mg/剛l牢）粱磷悼（叔mg/免l后）麻pH察范圍襯21近0狠－咸660宣10.4牽9番－沃72.04向4.5視7貧－追9.13得7.4略5勁－陳7.84拖平均杜329.38殿39.14查6.35賤7.621.2實驗方法1.2.1載體與藻菌的配比海藻酸鈣藻菌凝膠小球的配比為海藻酸鈉2.5％、活性污泥8％（以離心后濕污泥計算，下同）、蛋白核小球藻106個cell/個小球。聚乙烯醇－硼酸和PVA－硫酸鈉藻菌凝膠小球的配比均為PVA8％、SA0.2％、活性污泥8％，小球藻106個cell/個小球。1.2.2藻菌凝膠小球的制作濫稱取一定量的雕載體，加入蒸撈餾水，放入水賺浴中加熱溶解單，再冷卻至室裙溫，接著把離惕心后的藻液和榴污泥加入載體握溶液并混合均冶勻，靜置釋放銷出氣泡，然后玉用蠕動泵滴加點到交聯(lián)固化溶勉液（分別殘為崗2象％氯化鈣溶液驢、爽含吹2矮％氯化鈣的飽棒和硼酸溶液美、派2晨％氯化鈣出＋訂1巧0攝％硫酸鈉溶液顆）中形成小球笑，充分固化后礙取出，再用蒸坑餾水浸泡脫鹽擾。字釋秋實驗裝置葵自行設(shè)計的氣患升式反應器裝找置如表圖熔1吃所示。材質(zhì)為茄有機玻璃，尺以寸伍為漸60×60×揭1100m德m宗，有效容辟積堆V坑有臥＝欠3.6禁L狹。底部設(shè)有進立水口和進氣口私，前面設(shè)有上底中下取樣口和棄出水口，背面渡設(shè)日光燈光源墓，兩側(cè)設(shè)紅蘭處雙色發(fā)光二極腔管光源。周圖鍵1誘糊實驗裝置圖狼1.2.3享COD胳cr缸、氨氮、磷測脈定方法始[8]矩COD權(quán)cr諸測定采用重鉻惕酸鉀氧化法；臣氨氮測定采用之氨氣敏電極法肉；磷的測定采女用抗壞血酸還您原－鉬酸銨比健色法泳；碑p摔H擱值測定采晨用鍋p厲H芬酸度計法。瘡2蠟橡結(jié)果與討論賓2.1辯僻氣升式反應器匠中的不同藻菌貴小球動態(tài)處理據(jù)生活污水的效去果驢把藻菌凝膠小歸球稱重后裝入配反應器，占反堆應器容積再的添22.類5碧％。設(shè)定日光修燈級4000lu辣x鵝連續(xù)光照。以捕蠕動恒流泵進苦水，進水流肺量伐7.2l/加d眨，球HR蠢T彼＝款12離h寄；空壓機進測氣箏(綢氣體流量計計臂量套)嫁，使得藻菌小術(shù)球翻騰流化。束每絡(luò)d明取樣監(jiān)測反應虎器進水和出水屑的宮COD英cr井、氨氮、磷系和訪p銀H摘值。攝符鮮海藻酸鈣藻菌摟小球弄圖砍1真、吐2苗給出了運行結(jié)換果，系統(tǒng)到在闖2啦d爬達到穩(wěn)定困，筍COD基cr堆去除率泉為倦7躺4節(jié)％、氨氮去除鉆率荒為給3仿6瑞％、磷去除率教為豐3面2掀％瀉。碰1張d寄內(nèi)藻菌活性恢裂復，系統(tǒng)出開水沙COD爸cr均、氨氮和磷的屋濃度隨之逐日緊下降，去除率迅相應提高。系莖統(tǒng)穩(wěn)定后出因水開p芬H練保持拖在笨7副～貴8積之間。威圖未1晉脊海藻酸鈣藻菌夢小球系統(tǒng)出極水暑COD歡cr霜、氨氮、磷怪和莊p擦H完隨運行時間變賞化侄圖宮2沾黨海藻酸鈣藻菌雪小球系統(tǒng)償對膊COD高cr地、氨氮和磷去脖除率隨運行時桶間變化饅運賤行劣24稅h詳后小球膨脹率窮為叨2材2汁％染，菠48必h那后膨脹率派為儲2饑9接％，然后不再劣繼續(xù)膨脹。小張球起始為暗綠儲色，隨著運行鋪時間加長，暗挺黑顏色逐漸變籌淺，小球向綠迅色轉(zhuǎn)化盆，淡24海h狹后小球呈現(xiàn)為弄綠色編，涂3銜d站后就呈現(xiàn)深綠跑色。進水渾濁敵不透明，運蜻行藥12愈h君后出水逐漸清準澈透明。運退行痰4徒d價時發(fā)現(xiàn)小球有堤破裂跡象蹤，腫4.5半d路時發(fā)在現(xiàn)訓1/辦3掀小球已經(jīng)破裂柴。何2.1.2沾PV箭A影－硼酸藻菌小撿球姨圖只3荒、多4妹給出了運行結(jié)商果。隨著運行臥時間的增加，樓藻菌活性隨之蘆恢復并加強，怨其對氮磷等營放養(yǎng)物質(zhì)不斷加烏以吸收利用，梯相應的反應器攔出水氮磷濃度鳴逐漸降低，對屈氮磷的去除率默逐漸升高。系淡統(tǒng)絲第友4洗d罷達到穩(wěn)定，氨業(yè)氮去除率汁達具68.歡6竹％，磷去除率林達館78.丘7決％。但反應器畝出都水薦COD涼cr巷值比進水高，制原因為部分載管體溶解。隸圖薄3PV搏A爸－硼酸藻菌小裂球系統(tǒng)出鉛水徹COD墨cr昆、氨氮、磷劣和蠅p兵H刑隨運行時間變害化情況責圖仗4PV騾A飄－硼酸藻菌小饒球系統(tǒng)對氨氮沈和磷去除率隨遮運行時間變化悶運釘行彼2慮4辟小時后小球膨還脹率蹲為勉5扭0慕％，然后不再某繼續(xù)膨脹；運沿行開始時小球政為灰白色估，宵24衛(wèi)h位后顏色變?yōu)闇\失黃色，然后逐以步向淡黃綠色炒、黃綠色、淺扔綠色變化，顏港色隨著運行時魯間延長而加深獻。運行發(fā)現(xiàn)出摧水暗COD風cr攀大于進水，并涉且次p惹H視值異常，說明蹲有ＰＶＡ載體零溶出，蒙第冤6置d聞發(fā)現(xiàn)小球解體謀。特2.1.3渣PV絮A膝－硼酸藻菌小鑰球錢圖沸5化、聽6評給出了運行結(jié)捉果。在開寺始撐1.5蛇d蓮內(nèi)，出訊水蓄COD栗cr涂和氨氮反而比燕進水高，這是遣由于此期間有征部分污泥被洗允出且微生物活掉性沒有恢復的呀緣故。跡在槍1.來5擦～忍2漿d匯內(nèi)藻菌活性恢聲復，系王統(tǒng)腫COD廉cr構(gòu)、氨氮和磷的喘濃度隨之逐日汽下降，去除率涂相應提高。系利統(tǒng)在扯第封4晉d誦達到穩(wěn)定趕，咱COD玩cr慰去除率等為霸59.塵6蹤％左右、氨氮槐去除率薯為樣58.妹9哨％、磷去除率乞為楚29.伸8袍％左右。系亂統(tǒng)掘p跨H扛先有所上升，萌系統(tǒng)穩(wěn)定后保姐持開在誦7顆～蓬8館之間。艘圖衡5PV猛A善－硫酸鈉藻菌菠小球系統(tǒng)出胖水搏COD疼cr蔬、氨氮、磷婦和派p皂H麥隨運行時間變換化武圖芳6PV翠A爽－硫酸鈉藻菌三小球系統(tǒng)汪對松COD以cr疤、氨氮和磷去碎除率隨運行時勢間變化攪打地運眼行勵24霧h班后小球膨脹率裝為雞5斥0撤％，然后不再牽發(fā)生變化。運增行開始時小球欺為灰黑色，運倘行婦12暴h瀉后小球灰黑色鍵逐漸消失，顏鷹色變淺挪，弟24井h噸后顏色變?yōu)闇\濱黃色，然后逐鼠步向淡黃綠色席、黃綠色、綠合色、深綠色變拍化洽，照4施d投后小球顏色深內(nèi)綠不再有明顯役變化。運蛾行錢2地d懸時發(fā)現(xiàn)反應器宅中有泥漿出現(xiàn)欺，出水渾濁不晚透明，隨后泥喊漿轉(zhuǎn)化為污泥避絮狀體，但情湊況不再加重，騙而且出水逐步序轉(zhuǎn)為透明澄清舟。在持續(xù)運行葉的喂7英d貌內(nèi)，小球沒有劉破損粘連現(xiàn)象首，但衫從氣5凳d館起，反應器內(nèi)普壁角落有綠色熊藻細胞附在其尺上生長，且隨畫運行時間增加濁該現(xiàn)象變的更匯為明顯，表明滅有藻細胞漏出球。踐2.2方涌三種載體藻菌雞小球系統(tǒng)的比爸較分析鹽狂號三種載體藻菌娃小球處理實驗啟中，海藻酸鈣忘凝膠小球系統(tǒng)銹達到穩(wěn)定所需偶的時間最短，活這與該載體傳熊質(zhì)阻力最小及絡(luò)透光性最佳有棵關(guān)，有機物和匪氮磷營養(yǎng)物能喇比較快的進入壓小球，有助于研藻菌微生物活度性的恢復和增院長?？h從啄COD售cr傳去除看，海藻昌酸鈣藻菌小球報系統(tǒng)性能優(yōu)于培兩打種貿(mào)PV踏A考藻菌小球。從陣氮磷去除角度燒看，則趨是啊PV竿A芹－硼酸藻菌小植球系統(tǒng)去除率撿最高禍，禾PV牲A但－硫酸鈉藻菌河小球系統(tǒng)次之創(chuàng)，而海藻酸鈣初藻菌小球最差雞。森PV體A狠－硫酸鈉藻菌箭小球系統(tǒng)持續(xù)賤運行時間最長鞋（大店于澆10境d品）。3結(jié)論是3.獵1喜動態(tài)運行表明舌，海藻酸鈣系飄統(tǒng)在姓第搖2寨d膝達到穩(wěn)定肅，揪COD蒜cr箱去除失率仁7結(jié)4鉤％、氨氮去除心率邪3臭6慰％、磷去除現(xiàn)率婚3岡2釘％互；疫PV土A思－硼酸藻菌小探球系統(tǒng)憑第遇4耳d外達到穩(wěn)定，氨越氮去除鍋率蟻68.凈6盜％，磷去除根率央78.劣7在％，部分載體裁溶出導致出勞水嶼COD炕cr朗值高于進水啄；馳PV艇A膜－硫酸鈉藻菌細小球系統(tǒng)在濤第加4辰d洋達到穩(wěn)定男，院COD探cr義去除寨率號59.匆6設(shè)％、氨氮去除露率萬58.凱9寇％、磷去除婆率堪29.純8霜％。肝3.死2繼動態(tài)條件下，越藻菌凝膠小球愿出現(xiàn)與靜態(tài)條撇件不同的情況繼：海藻酸鈣藻按菌小球出現(xiàn)破厚裂各，集PV亡A迅－硼酸藻菌小數(shù)球出現(xiàn)溶脹解佳體現(xiàn)象當，睜PV脫A存－硫酸鈉藻菌姥小球則出現(xiàn)藻席細胞漏失現(xiàn)象美。弓尤3.役3務動態(tài)反應器的申設(shè)計以及運行白操作，重點要因考慮藻菌共生恨體系對光照的盤需求以及固定題化載體對水力支條件的限制。參考文獻激[1]飾塔薛吃嶸泊,PV換A箭固定化微藻脫唇氮除磷研撕究松,渣果南開大學博士律研究生畢業(yè)（律學位）論犯文暴,2002屢.5艱[2]La四uP.S.架,Tam名N.,Wa騾stewat圖ernut投rients餐remov鞠alby膀Chlore喇llavu快lgaris文:opti賀mizati忙onthr澤ougha晃cclima氧tion,告Enviro蜂n.Tec暑hnol.僻1996,瑞17(2),園183-1條89.倉[3]L.聞Gonzal光e蠟z釀，饒Y.Bas蜜ha哈n熊，蜓Increa怪sedGr慌owtho斗fthe伏Micro-撐algaC若hlorel隊lavul活garis綠whenC勒o-immo冬bilize毛dand廳Co-cul神tured多inAlg弦inate兼Beads后witht尿hePla觸nt-Gro棋wth-Pr羞omotin凳gBact謹erium數(shù)Azospi謠rillum卡brasi勻lense,正Appli定edAnd搖Envir短onment司alMic屠robiol揉ogy,A撿pr.20神00,15草2紗7誦－康1531測[4]Ja海netR.后Stein唱,E