【摘要】：利用養(yǎng)豬廢水資源化培養(yǎng)能源微藻制備生物柴油,不但能夠降低生物柴油的原材料生產(chǎn)成本、緩解能源短缺問題;而且可以利用養(yǎng)豬廢水中的N和P等污染物、變廢為寶,同時(shí)達(dá)到凈化廢水目的。本文主要進(jìn)行藻在養(yǎng)豬廢水中的生長適應(yīng)性、養(yǎng)豬廢水作為藻類培養(yǎng)基的可能性考察,從本地水環(huán)境篩選出能在養(yǎng)豬廢水中優(yōu)勢(shì)生長、廢水處理效果好、產(chǎn)油潛力大的目標(biāo)藻種并進(jìn)行18S rRNA基因鑒定,開展目標(biāo)藻種生長好、產(chǎn)油潛力大與豬沼液處理效率高的耦聯(lián)工藝優(yōu)化研究等。具體研究內(nèi)容及結(jié)論如下:1、基于SPSS軟件的因子分析法,綜合評(píng)價(jià)本地藻種(小球藻)與外購藻種(四尾柵藻、微囊藻)在養(yǎng)豬廢水水質(zhì)中的生長適應(yīng)性、不同處理階段的養(yǎng)豬廢水水質(zhì)成份作為藻類培養(yǎng)基的可能性及藻對(duì)外界環(huán)境溫度變化等的適應(yīng)能力。結(jié)果表明:試驗(yàn)用養(yǎng)豬場(chǎng)水樣中原水的COD(4500mg/L)、NH_3-N(250mg/L)、TN(210~270mg/L)、TP(36mg/L)營養(yǎng)成份較適合藻生長;試驗(yàn)所用藻種中,小球藻藻細(xì)胞繁殖快、生長狀態(tài)好、生長的綜合適應(yīng)能力表現(xiàn)為最強(qiáng),能在養(yǎng)豬廢水中生長成為優(yōu)勢(shì)藻種。2、從本地水環(huán)境取含藻混合液,按形態(tài)學(xué)觀察、判斷其主要含有小球藻等6類藻;經(jīng)進(jìn)一步分離、提存、擴(kuò)大培養(yǎng),按混合和單一藻種分別接種到豬沼液中進(jìn)行“瓶法”培養(yǎng);進(jìn)行藻的生物量觀測(cè),利用origin8.5軟件中的Slogistic2模型,對(duì)各類藻的生長情況進(jìn)行非線性模擬,結(jié)果表明:兩種(混合藻種、單一藻種)培養(yǎng)條件下,6類藻種中小球藻的μ_(max)及B_f均取得最大值,說明小球藻在養(yǎng)豬沼液中的生長適應(yīng)性強(qiáng)、生長速度快、能優(yōu)勢(shì)生長;對(duì)6類藻種油脂的含量水平及產(chǎn)油潛力進(jìn)行比對(duì)分析,結(jié)果顯示:小球藻粗脂肪百分含量p%、總脂產(chǎn)量、油脂產(chǎn)率均最大,說明小球藻的產(chǎn)油潛力最大;對(duì)比6類藻種培養(yǎng)系統(tǒng)中的沼液水質(zhì)指標(biāo)的變化,發(fā)現(xiàn):至試驗(yàn)培養(yǎng)終期,小球藻培養(yǎng)系統(tǒng)中的沼液其COD、NH_3-N、TP的濃度值最低、去除率最高,說明小球藻對(duì)培養(yǎng)系統(tǒng)中的沼液水質(zhì)凈化效果最好;因此確認(rèn)小球藻是適應(yīng)養(yǎng)豬廢水培養(yǎng)環(huán)境能力強(qiáng)、能優(yōu)勢(shì)生長、產(chǎn)油潛力大、對(duì)沼液水質(zhì)凈化效果好的目標(biāo)藻種篩選對(duì)象。將分離提純得到的目標(biāo)小球藻藻株IS117和IS118進(jìn)行18S rRNA基因測(cè)序;將兩序列上傳到美國生物信息中心(NCBI)的基因數(shù)據(jù)庫(GenBank),獲得序列登錄號(hào)分別為KP201572和KP201573;用NJ和MP法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹,最后鑒定兩株藻株為Eukaryota,Viridiplantae,Chlorophyta,Trebouxiophyceae,Chlorellales,Chlorellaceae,Chlorella.3、設(shè)計(jì)制作豬沼液處理耦合培養(yǎng)小球藻的系列工藝系統(tǒng),研究分析沼液處理效果、藻生長與產(chǎn)油潛力性能,發(fā)現(xiàn):從沼液處理效果來看,BCO-SBBR-APBR藻菌協(xié)同培養(yǎng)處理系統(tǒng)的CODcr、NH_3-N、TP的去除率分別為74.8%、91%、85.4%,均為最高,即其沼液處理效果在所設(shè)計(jì)的系列工藝系統(tǒng)中是最好的。按穩(wěn)定期藻性能指標(biāo),BCO-SBBR-APBR培養(yǎng)處理系統(tǒng)內(nèi)的藻生長最好,藻細(xì)胞密度、總脂產(chǎn)量、油脂產(chǎn)率分別為15.61×10~6cells/mL、0.495g·L~(-1)、0.062g·L~(-1)·d~(-1),均取得最大值,說明該系統(tǒng)培養(yǎng)環(huán)境最適合藻的生長并能充分激發(fā)藻的產(chǎn)油潛力;居其后的BCO-SBBR-APBR藻菌協(xié)同培養(yǎng)處理系統(tǒng)則分別為11.06×10~6cells/mL、0.368g·L~(-1)、0.037g·L~(-1)·d~(-1),也表現(xiàn)出較好的產(chǎn)油潛力。綜合來看,BCO-SBBR-APBR藻菌協(xié)同培養(yǎng)處理系統(tǒng),既可使培養(yǎng)的小球藻生長好、產(chǎn)油潛力大,又能實(shí)現(xiàn)養(yǎng)豬廢水水質(zhì)高效凈化,是最佳的養(yǎng)豬廢水處理及資源化培養(yǎng)能源微藻的耦合系統(tǒng)。利用CFD對(duì)BCO、SBBR池內(nèi)的曝氣混合效果開展模擬分析,結(jié)果顯示:池內(nèi)藻-沼混合液混合較均勻、充分且死區(qū)占比很小;CFD模擬的反應(yīng)器內(nèi)部流場(chǎng)能很好地解釋與印證本文試驗(yàn)現(xiàn)象即曝氣可提高池內(nèi)混合效果、改善廢水處理效果及藻培養(yǎng)性能。4、基于響應(yīng)面BBD優(yōu)化設(shè)計(jì)原理、利用Design-Expert.V8.0.6軟件,對(duì)藻泥共固定化顆粒的制備進(jìn)行模擬優(yōu)化,得到優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果:復(fù)合固定化載體的最佳配合比(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為PVA=5.06%,SA=0.80%,CaCl_2=3.11%;藻、泥、載體的最佳體積配比為小球藻體積份數(shù)=1.03、活性污泥體積份數(shù)=2.14、載體體積份數(shù)=2.03。按優(yōu)化設(shè)計(jì)研究結(jié)果,取小球藻體積份數(shù)=1.0、活性污泥體積份數(shù)=2.1、載體體積份數(shù)=2.0制備小球藻固定化顆粒、藻泥共固定化顆粒;將制備好的小球藻固定化顆粒、藻泥共固定化顆粒分批投入到BCO-SBBR-APBR實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行沼液處理研究,結(jié)果表明:BCO-SBBR-APBR固定藻菌培養(yǎng)處理系統(tǒng)對(duì)豬場(chǎng)沼液CODcr、TP、NH_3-N的去除效果都比BCO-SBBR-APBR固定藻培養(yǎng)處理系統(tǒng)更好。5、對(duì)本文所開展的各種工藝條件下的沼液去除效果進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn):從對(duì)CODcr、TP、NH_3-N的去除效果看,相較其它處理系統(tǒng),BCO-SBBR-APBR固定藻菌培養(yǎng)處理系統(tǒng)表現(xiàn)為最優(yōu),其次為BCO-SBBR-APBR藻菌培養(yǎng)處理系統(tǒng),再其次為BCO-SBBR-APBR固定藻培養(yǎng)處理系統(tǒng)。
【圖文】：

圖 2.1 “瓶法”培養(yǎng)過程中移置于實(shí)驗(yàn)桌面的狀況Fig. 2.1 Culturing in erlenmeyer on laboratory bench試驗(yàn)用小球藻、四尾柵藻、微囊藻三種藻種經(jīng)實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大培養(yǎng)，將對(duì)的三種藻接種到過濾后的各養(yǎng)豬廢水水樣中，，采用國際標(biāo)準(zhǔn)“瓶法”置

2.3.3.5 碎石圖SPSS系統(tǒng)輸出的按大小排列的因子變量特征值散點(diǎn)圖——碎石圖，參見圖2.2。圖2.2顯示：第一個(gè)因子（成份）特征值最大，為3.361，意味著其對(duì)原有變量的解釋貢獻(xiàn)也最大；第四個(gè)以后的因子（成份）特征值變化趨緩且均小于1，對(duì)解釋原有變量的貢獻(xiàn)很小，進(jìn)一步證明本文提取三個(gè)公因子是比較恰當(dāng)?shù)�。圖2.2 碎石圖Figure2.2 Scree Plot2.3.3.6 公因子命名及變量表達(dá)形式為進(jìn)一步明確公因子所表達(dá)的含義，本文將因子載荷陣進(jìn)行正交旋轉(zhuǎn)（方差極大旋轉(zhuǎn)），得到旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣表2.7。由表2.7：因子1（F1）即成份1主要與COD （因子負(fù)荷為0.918）、NH3-N（因子負(fù)荷為0.984）TN（因子負(fù)荷為0.982）、TP（因子負(fù)荷為-0.586）有關(guān)，因此可將因子1解釋為耐營養(yǎng)沖擊負(fù)荷因素；該因子的方差貢獻(xiàn)率為40.512%。因子1（F1）得分越高
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X713;X173

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2588261