亚洲AV秘 无码一区二区久久,97香蕉碰碰人人澡人人爱,69精品人人槡人妻人人玩 牛,国产精品久久久久不卡无

污水處理中小球藻的自絮凝特性

  微藻污水處理技術(shù)以藻細(xì)胞為主體代謝利用污水中的C、N、P等物質(zhì),該過程增殖的藻細(xì)胞既可用于生物質(zhì)能源生產(chǎn)又可作為工業(yè)原料提取藻蛋白、微生物絮凝劑等,另外藻類光合作用過程對CO2的吸收也被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)大氣碳固定的可行途徑。盡管微藻污水處理技術(shù)自提出已有50多年的歷史,但工藝和理論研究仍十分薄弱,諸如分離采收困難、細(xì)胞密度低等問題極大地限制了該技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

  微藻細(xì)胞較小、帶負(fù)電荷、密度接近于水等固有屬性的限制使得藻細(xì)胞在水中往往處于穩(wěn)定的懸浮狀態(tài),很難像活性污泥那樣通過重力沉淀實(shí)現(xiàn)分離。然而自然界中存在絮凝性藻類,1965年Golueke等發(fā)現(xiàn)池塘中的微藻在溫度較高且光線充足的時候能自然形成絮體。此后很多研究都證實(shí)了該現(xiàn)象的存在,目前基本認(rèn)為微藻自絮凝是由兩種機(jī)制引發(fā)的:(1)高pH條件下鈣、鎂等離子形成帶正電的沉淀物,起到電性中和作用從而引發(fā)絮凝,(2)部分藻種在生理活動中產(chǎn)生具有絮凝作用的胞外聚合物(extracellularpolymericsubstances,EPS),EPS起到生物絮凝劑的作用從而引發(fā)絮凝。一些研究認(rèn)為微藻絮體的形成過程也有絮凝性細(xì)菌的作用。微藻自絮凝能改善藻細(xì)胞沉降性、提高沉淀效率,然而自絮凝機(jī)理研究的相對缺乏極大限制了微藻污水處理技術(shù)的應(yīng)用。因此研究微藻自絮凝特性及機(jī)理,對解決微藻污水處理技術(shù)應(yīng)用中存在的藻細(xì)胞分離采收難題具有重要意義。

  以往研究表明,小球藻表現(xiàn)出對各種污水環(huán)境良好的適應(yīng)性、出色的污水處理效能和一定的油脂生產(chǎn)能力,但對小球藻自絮凝特性及機(jī)理研究相對不足,尤其對應(yīng)用于污水處理的小球藻自絮凝特性缺乏了解。本文研究了污水處理小球藻自絮凝現(xiàn)象、絮體特性,初步探究了污水處理小球藻自絮凝機(jī)理,以期促進(jìn)微藻污水處理技術(shù)的理論發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用。

  一、材料與方法

  1.1 藻種

  從中國科學(xué)院淡水藻種庫購買藻種,主要研究能在污染水體中生存、分布廣泛、具有產(chǎn)油能力的Chlorellavulgaris(FACHB-8)作為研究藻種。用BG11(+N)培養(yǎng)基進(jìn)行富集培養(yǎng),以穩(wěn)定期藻細(xì)胞作為接種藻種,接種到BG11(+N)、模擬生活污水中進(jìn)行試驗研究。

  1.2 模擬生活污水

  2模擬生活污水以乙酸鈉(CODCr濃度為230~260mg/L)、NH4Cl(NH+4-N濃度為90~100mg/L)、KH2PO4(PO3-4-P濃度為7~9mg/L)分別作為有機(jī)碳源、氮源、磷源配制模擬生活污水,添加包含Mg、Ca、Fe、Zn、B、Mn、Cu、Co、Mo等微量元素的化學(xué)試劑,初始pH值控制在7.5~8.0。

  1.3 光-SBR反應(yīng)器及運(yùn)行

  采用兩個SBR反應(yīng)器平行運(yùn)行,分別命名為M1(BG11培養(yǎng)基,滅菌,透氣封口膜封閉)、M2(模擬生活污水,不滅菌,透氣封口膜封閉)。有效容積為500mL,置于磁力攪拌器上,攪拌速度為500r/min。將裝置整體置于光照培養(yǎng)箱中,培養(yǎng)條件:溫度為(25±1)℃,光照強(qiáng)度為2000lux,光暗時間比為13∶11。SBR運(yùn)行周期為48h,沉淀時間為30min,排水比為60%。

  1.4 微藻形態(tài)觀察

  常規(guī)形態(tài):采用生物顯微鏡(BX-51,Olympus,Japan)及數(shù)碼像機(jī)(SX600,Cannon,Japan)進(jìn)行。

  掃描電子顯微鏡觀察,從反應(yīng)器中取出部分微藻,離心后去除上清液,加入2.5%戊二醛置于4℃冰箱中固定1.5h。用磷酸緩沖液沖洗3次,每次10min,分別用體積濃度為50%、70%、80%和90%的乙醇進(jìn)行脫水,每次10~15min,100%的乙醇脫水3次,每次10~15min。乙醇:乙酸異戊酯=1∶1、100%乙酸異戊酯各置換一次,每次15min,用臨界點(diǎn)干燥儀(HCP22,Hitachi,Japan)對樣品進(jìn)行干燥,將樣品觀察面向上粘貼在掃描電鏡樣品臺上,用離子濺射鍍膜儀(IB-5,Giko,Austria)在樣品表面鍍一層1500nm厚的金膜,將處理好的樣品用掃描電子顯微鏡(S-4300,Hitachi,Japan)進(jìn)行拍照觀察。

  1.5檢測方法

  COD、NH+4-N、PO3-4-P、MLSS等指標(biāo)采用國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法測定。沉淀效率計算如式(1)。

1.jpg

2.jpg

  二、結(jié)果

  2.1 微藻絮體形態(tài)變化

  試驗過程中不同底物條件下微藻絮體形態(tài)變化如圖1所示,M1與M2接種藻種相同,均為BG11(+N)培養(yǎng)基富集后穩(wěn)定期的小球藻。接種到BG11(+N)培養(yǎng)基-M1和模擬生活污水-M2中后,微藻聚集形態(tài)發(fā)生了明顯區(qū)別:M1中藻細(xì)胞密度增加、聚集形態(tài)仍為游離狀態(tài)為主,沒有發(fā)生藻細(xì)胞的聚集、粘附乃至絮凝,M2中運(yùn)行到第20d就出現(xiàn)了類似活性污泥絮體的松散絮體結(jié)構(gòu),藻細(xì)胞粘附在絮體上,此后生物量進(jìn)一步增加、絮體進(jìn)一步增大,第60d時,M2中出現(xiàn)較為密實(shí)、尺寸較大的絮體。

  2.2 沉淀效率變化

  試驗過程M1和M2中微藻沉淀效率變化如圖2所示。0~10d,兩個反應(yīng)器中微藻沉淀效率基本保持不變,該階段為微藻的適應(yīng)期。15d后,M2中微藻沉淀效率明顯改善,從0~10d的平均33.83%提高到80.40%(55~60d),M1中微藻沉淀效率也有所提高,但沉降性依然較差,從0~10d的平均31.74%提高到43.03%(55~60d)。上述結(jié)果表明,短沉淀時間能改善微藻沉降性、提高沉淀效率,并且對開放的微藻污水處理系統(tǒng)中微藻沉淀效率的提高作用更加明顯。

3.jpg

  2.3 微藻顯微結(jié)構(gòu)

  如圖3所示,對M1、M2中的小球藻進(jìn)行掃描電鏡觀察,以研究微藻絮體及內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)。從M1中小球藻細(xì)胞的掃描電子顯微鏡照片,可以看出,細(xì)胞表面較為光滑、沒有其他形態(tài)的藻類、細(xì)菌生長。M2中微藻絮體的掃描電子顯微鏡照片顯示,藻細(xì)胞表面較為粗糙,粘附一些絲狀、膠狀物質(zhì)(胞外聚合物),藻細(xì)胞黏附在絮體上,絮體內(nèi)部充滿大大小小的孔隙。絮體內(nèi)部除了球狀藻細(xì)胞外,沒有觀察到其他形態(tài)的藻細(xì)胞,但有大量的短桿菌、球菌。由于M1對基質(zhì)進(jìn)行滅菌處理、透氣封口膜封閉運(yùn)行,因此保持了單一的微藻種群,M2中未對模擬生活污水進(jìn)行滅菌處理,運(yùn)行過程滋生了大量細(xì)菌,掃描電鏡照片表明這些細(xì)菌在藻細(xì)胞絮凝過程中具有重要作用。

4.jpg

  2.4 絮體元素含量變化及成分分析

  對M1、M2中小球藻進(jìn)行掃描電鏡觀察的同時,利用能譜儀同步分析了主要元素的變化,結(jié)果如表1所示。由表1可知,基質(zhì)條件的不同造成M1、M2中生物質(zhì)元素含量具有明顯區(qū)別,M1中具有相對較高的Cl、K元素含量,而M2中具有相對較高的Na、P、Fe、Mg、Ca元素含量。P、Fe、Mg、Ca元素是污水處理系統(tǒng)中形成無機(jī)物沉淀的主要元素,對微藻絮體的沉降性具有改善作用。

5.jpg

  如圖4所示,微藻絮體XRD圖譜分析結(jié)果,與Jade6.0軟件中的標(biāo)準(zhǔn)文檔進(jìn)行比較可知,衍射圖譜中大部分強(qiáng)峰與Ca4O(PO4)2一致。結(jié)合能譜分析結(jié)果,Ca、P元素在微藻自凝聚中具有重要作用。

6.jpg

  三、討論

  關(guān)于微藻自絮凝機(jī)理,目前比較公認(rèn)的是兩種機(jī)制:(1)高pH條件下Ca、P等離子形成帶正電的沉淀物,形成電性中和作用從而引發(fā)絮凝,(2)部分藻種在生理活動中產(chǎn)生具有絮凝作用的EPS,EPS起到生物絮凝劑的作用從而引發(fā)絮凝。近年來,許多研究發(fā)現(xiàn)菌藻共生體系中微藻具有良好的絮凝性,逐漸發(fā)展出絮凝性細(xì)菌輔助微藻絮凝的理論。

  3.1 高pH誘導(dǎo)絮凝

  1984年,Sukenik等首次定量、系統(tǒng)性地研究了高pH下的微藻自絮凝現(xiàn)象,認(rèn)為磷酸鈣是誘導(dǎo)自絮凝的關(guān)鍵沉淀物。Vandamme等在研究小球藻自絮凝時發(fā)現(xiàn)pH顯著影響絮凝效果。Sirin等在研究三角褐指藻的自絮凝時發(fā)現(xiàn),pH值為10.5~11時生成的沉淀物主要為鎂沉淀物。上述研究將微藻自絮凝視為純粹的化學(xué)反應(yīng)過程,忽略了微藻生理生化過程引起的絮體內(nèi)部微環(huán)境pH改變以及細(xì)胞分泌物對藻細(xì)胞絮凝特性的影響。本研究中觀察到以模擬生活污水為底物的M2中具有相對較高的Na、P、Fe、Mg、Ca元素含量,已有研究表明,P、Fe、Mg、Ca元素在活性污泥絮凝、好氧顆粒化中具有重要作用。基于該微藻自絮凝機(jī)理,P、Fe、Mg、Ca元素在微藻絮體的形成中具有重要作用,但作用機(jī)制可能不僅限于pH條件改變引起的化學(xué)沉淀。

  3.2 EPS引發(fā)絮凝

  EPS是微生物細(xì)胞外一層黏性基質(zhì),直接影響細(xì)胞表面特性,與廢水處理反應(yīng)器中微生物聚集體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能及生態(tài)均密切相關(guān),在廢水生物處理中起重要作用。Zhang等研究表明,磷濃度能增加藻細(xì)胞生長和胞外有機(jī)物分泌。Boonchai等發(fā)現(xiàn),饑餓處理后會引起微藻EPS產(chǎn)量的增加,氮饑餓條件下的微藻EPS具有相對較高的蛋白質(zhì)含量。He等發(fā)現(xiàn),Mg2+/Ca2+能改變微藻EPS中蛋白質(zhì)的含量和類型,從而促進(jìn)藻細(xì)胞在硅片表面的粘附。Salim等發(fā)現(xiàn),EPS在E.texensis細(xì)胞的自凝聚中起主要作用,細(xì)胞表面粘附的主要物質(zhì)為糖蛋白。Ge等發(fā)現(xiàn),EPS中糖類/蛋白質(zhì)比能更好地反映微藻沉降性能,而不是簡單的EPS總量。這些研究表明EPS對微藻細(xì)胞表面特性、絮凝性能的影響十分顯著。M2中微藻細(xì)胞表面的絲狀、膠狀物質(zhì)就是胞外聚合物,因此,有必要從EPS的角度研究微藻自絮凝機(jī)理,探究EPS在微藻顆粒化過程中的作用機(jī)制。

  上述兩種自絮凝機(jī)制能較好地解釋實(shí)驗室純培養(yǎng)條件下一些微藻的自絮凝現(xiàn)象,然而近年來在微藻污水處理系統(tǒng)的研究中,越來越多的證據(jù)表明細(xì)菌在微藻自絮凝過程中具有重要作用。

  3.3 絮凝性細(xì)菌輔助絮凝

  菌藻共生體系的絮凝現(xiàn)象很早就引起研究人員的注意。Lee等研究發(fā)現(xiàn),F(xiàn)lavobacterium、Terrimonas、Sphingobacterium對Chlorellavulgaris培養(yǎng)物絮凝活性影響顯著。一些絲狀真菌也具有良好的與藻細(xì)胞結(jié)合的能力,例如Rhizopusoryzae、Penicilliumexpansum和Mucorcircinelloides等與微藻共培養(yǎng),在實(shí)驗室優(yōu)化條件下可形成較大的顆粒(直徑為2~5mm)。M2中掃描電鏡照片觀察到絮體內(nèi)部具有大量的短桿菌、球菌,表明這些細(xì)菌在藻細(xì)胞絮凝過程中具有重要作用。

  開放的污水處理系統(tǒng)中具有非常復(fù)雜的微生物群落結(jié)構(gòu),相應(yīng)地構(gòu)成復(fù)雜菌藻共生體系。微藻與細(xì)菌關(guān)系主要有兩類,互利共生-相互利用代謝產(chǎn)物、競爭抑制-對營養(yǎng)物質(zhì)的相互競爭。如何利用菌藻之間的互利共生關(guān)系,較好地構(gòu)建菌藻系統(tǒng)是將其應(yīng)用于污水處理的前提之一。本研究中細(xì)菌的分子生物學(xué)鑒定、菌-藻關(guān)系以及菌藻共生體形成機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

  本研究中微藻自絮凝的現(xiàn)象無法以上述任一單一機(jī)理進(jìn)行解釋,尤其對開放的微藻污水處理系統(tǒng),其作用過程包括藻-藻、菌-藻、菌-菌以及微藻、細(xì)菌與污水中物質(zhì)的多重作用。另外微藻、細(xì)菌生理生化過程對微環(huán)境條件的改變也十分復(fù)雜,因此有必要對微藻絮凝特性、過程以及機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步深入研究,以便進(jìn)一步明確微藻自絮凝機(jī)理,從而指導(dǎo)微藻污水處理技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用。

  四、結(jié)論

  (1)以短沉淀時間運(yùn)行,環(huán)境選擇壓力下小球藻在模擬生活污水中會發(fā)生自絮凝,沉降性良好。

  (2)污水處理小球藻藻細(xì)胞表面粗糙,粘附絲狀、膠狀物質(zhì),絮體中含有大量短桿菌、球菌。

  (3)污水處理小球藻具有相對較高的Na、P、Fe、Mg、Ca元素含量,絮體無機(jī)物質(zhì)中主要形態(tài)為Ca4O(PO4)2。

  (4)污水處理小球藻自絮凝是在短沉淀構(gòu)成的環(huán)境選擇壓力誘導(dǎo)下,綜合胞外聚合物誘導(dǎo)絮凝、無機(jī)元素沉淀促進(jìn)絮凝以及絮凝性細(xì)菌輔助絮凝共同作用的結(jié)果。( >

如需要產(chǎn)品及技術(shù)服務(wù),請撥打服務(wù)熱線:13659219533
選擇陜西博泰達(dá)水處理科技有限公司,你永遠(yuǎn)值得信賴的產(chǎn)品!
了解更多,請點(diǎn)擊jintianmj.com

亚洲AV秘 无码一区二区久久,97香蕉碰碰人人澡人人爱,69精品人人槡人妻人人玩 牛,国产精品久久久久不卡无