光合細菌污水資源化技術(shù)-zgm

光合細菌廢水資源化技術(shù)1一、研究背景2以食品加工廢水為主的高濃度營養(yǎng)型廢水是常見的一類工業(yè)廢水，2015年該類廢水的排放量約19.6億噸，占工業(yè)廢水總排放量的10.5%；化學(xué)需氧量（COD）排放量約55.0萬噸，占工業(yè)廢水化學(xué)需氧量總排放量的20.0%。3廢水類型COD濃度（g/L）淀粉廢水馬鈴薯淀粉廢水5-40玉米淀粉廢水8-15小麥淀粉廢水12-30制酒廢水啤酒廢水8-10白酒廢水9-40糖蜜酒精廢水100-150調(diào)味品廢水檸檬酸廢水9-20味精廢水30-80蛋白廢水豆制品廢水10-20乳制品廢水2-20有機物含量高；無毒無害降解有機污染物

OR轉(zhuǎn)化有機污染物氧化溝法UASB降解——活性污泥法（厭氧+好氧）4A/OSBRUBFIC活性污泥法優(yōu)缺點優(yōu)點：高效、成熟、穩(wěn)定不足：剩余污泥產(chǎn)量巨大，污染嚴重產(chǎn)生溫室氣體cO25轉(zhuǎn)化——光合細菌廢水資源化技術(shù)以無毒無害的高濃度營養(yǎng)型廢水作為培養(yǎng)基，利用其中的有機物、N、P等污染物培養(yǎng)微生物；高效去除廢水中的污染物，同時回收增殖菌體，同步實現(xiàn)廢水的處理及資源化，從而避免剩余污泥帶來的問題。67光合細菌（Photosyntheticbacteria，PSB）一類進行不放氧光合作用的微生物代謝途徑靈活：光合作用、呼吸作用、發(fā)酵基質(zhì)靈活：有機物、硫化物、氨等作為供氫體兼碳源8應(yīng)用光合細菌養(yǎng)殖上的應(yīng)用光合細菌污水處理上的應(yīng)用光合細菌農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用光合細菌天然色素在食品上的應(yīng)用9市場價值10生態(tài)學(xué)意義

水體自凈PSB固氮固碳作用1120世紀60年代，日本科學(xué)家提出PSB污水處理方法。我國自上世紀八十年代開始；南開大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、中科院、中國環(huán)科院等院校也開展了利用光合細菌處理各種工業(yè)廢水的研究。九十年代起美國CaliforniaUniversity、法國StMartind'Hères大學(xué)、日本NRIAIST、我國清華大學(xué)、同濟大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科學(xué)院及河南農(nóng)業(yè)大學(xué)等開始利用光合細菌處理污水的同時產(chǎn)氫，以實現(xiàn)資源化。陸續(xù)有利用光合細菌處理大豆加工廢水、味精廢水、養(yǎng)殖廢水、生活污水、蜜糖廢水、酒糟廢水、豬糞廢水焦化廢水、明膠廢水、含油廢水、印染廢水等研究。光合細菌污水處理的發(fā)展過程12解決方案13二、本課題組研究成果多種高濃度無毒無害廢水有效處理菌體資源收獲光合細菌新工藝1415光合細菌處理大豆廢水：直接降解大分子物質(zhì)廢水初始COD濃度為11515.0mg/L1、大豆廢水不同光照氧氣作用下光合細菌降解有機物機理COD去除率影響差別不大TN去除率區(qū)別明顯生物量影響明顯16能量代謝的共代謝機制，自然光微氧條件下兩條能量代謝途徑不是簡單的疊加1718光合細菌直接處理淀粉廢水，96h后COD去除率2%左右。2、淀粉廢水在加入小分子蘋果酸后，淀粉能夠有效被光合細菌降解。COD去除率優(yōu)化蘋果酸添加濃度，COD去除率達90%以上。19大分子和中分子物質(zhì)首先被分解成為小分子物質(zhì)，然后才被光合細菌吸收利用。2、淀粉廢水20光合細菌直接處理制糖廢水，COD去除率為20%。3、制糖廢水添加各種小分子物質(zhì)，其中蘋果酸促進COD去除率提高到85%。添加各種微量元素，其中Zn、Fe促進COD去除率提高到90-95%。214、啤酒廢水光照厭氧自然光微氧黑暗好氧氣處理啤酒廢水最佳方式：采用白天厭氧、夜晚好氧，光線不足時增加補充光源。225、白酒廢水光合細菌直接處理白酒廢水，COD去除率為20-30%。采用回流稀釋方法，COD去除率達到76%。236、檸檬酸廢水光合細菌直接處理檸檬酸廢水，COD去除率達90%以上。不同初始COD不同光氧條件不同初始pH不同C/N7、味精廢水不同pH不同C/N不同光氧條件不同F(xiàn)/M248、乳制品廢水25添加小分子物質(zhì)促進降解。酒石酸鉀鈉具有最佳效果。優(yōu)化酒石酸鉀鈉添加濃度。光合細菌直接處理乳制品廢水，COD去除率約28-40%。多種高濃度無毒無害廢水有效處理菌體資源收獲光合細菌新工藝26271、提高菌體產(chǎn)量光照厭氧自然光微氧氣黑暗好氧調(diào)節(jié)光氧條件添加微量元素（Mg）改變接種量生物刺激低強度超聲刺激281、提高菌體產(chǎn)量優(yōu)化光強292、提高高價值物質(zhì)含量——色素優(yōu)化光源優(yōu)化光周期305-80ul生物刺激都能提高類胡蘿卜素產(chǎn)量，其中40ul提高最為顯著生物刺激添加微量元素（Mg）2、提高高價值物質(zhì)含量——色素光合細菌作為飼料與餌料菌體蛋白含量高于55%飼養(yǎng)鯽魚1g/L以下安全飼養(yǎng)蚯蚓5g/kg土壤以下安全飼養(yǎng)小鼠1%以下安全2015/12/531編號24h死亡率(%)48h死亡率(%)72h死亡率(%)96h死亡率(%)100002002020300004000205000060000編號0d死亡率(%)7d死亡率(%)14d死亡率(%)100020003000400105000600032多種高濃度無毒無害廢水有效處理菌體資源收獲光合細菌新工藝331、PSB-MBR反應(yīng)器污水處理＋污水深度凈化＋菌體高效回收34COD去除80-95%，光合細菌生長良好，回收率98%＋光合細菌廢水處理廢水膜反應(yīng)器Luetal,2013,Desalination,176-1812、PSB-EDI反應(yīng)器光合細菌＋EDI處理并資源化回收高氨氮廢水光合細菌去除廢水中有機物（95%）EDI回收水中的氨氮（90％）35363、一步處理排放通過改變配方，可以實現(xiàn)一步達標。37三、光合細菌處理高氨氮廢水以沼液、發(fā)酵液、污泥脫水上清液等為代表的大量高氨氮低有機物廢水難以處理。傳統(tǒng)脫氮處理方法需要添加大量有機物以平衡低C/N比；厭氧氨氧化工藝無需添加有機物，但所用微生物難以培養(yǎng)。38光合細菌易于培養(yǎng)，能夠承受數(shù)千mg/L氨氮、極低C/N比，高效降解污染物。高氨氮廢水I：COD：40000~60000mg/L；TP:800-1000mg/LTN:5000mg/L；氨氮：4000~5000mg/L39第二類高氨氮廢水初始COD：10000~14000mg/LTN:5000-7000mg/L氨氮：4000~7000mg/LTP:500-800mg/L4041第三類高氨氮廢水極低C/N比，COD：2000~3000mg/LTN:6000~8000mg/L氨氮：6000~8000mg/LTP:20mg/L42人工配制高氨氮廢水廢水COD濃度2300mg/L,氨氮濃度為57.5~46000mg/L總磷濃度為50mg/L①COD變化：②NH3-N變化：43垃圾滲濾液44沼液45雞糞發(fā)酵沼液菌體價值計算目前國內(nèi)高濃度營養(yǎng)型廢水年排放COD總量約55.0萬噸。廢水處理中光合細菌的產(chǎn)率（即單位去除的COD所轉(zhuǎn)換成的菌體質(zhì)量）能達到約0.5將光合細菌對COD去除率以80%計，計算所得菌體質(zhì)量，且再以只獲取其中10%折取，處理這些廢水將獲得約2.2萬噸的光合細菌菌體（干重）以通常的菌液濃度，即