發(fā)布時間：2020-09-01 16:05

　　 在水資源短缺、全球氣候變暖和能源危機(jī)的背景下,微藻由于生長速度快,代謝迅速,對污水凈化效率高,成為污水深度處理以及資源化、能源化的重要研究對象。微藻能利用空氣中的CO2和水體中的氮、磷等營養(yǎng)元素進(jìn)行生長,同時在營養(yǎng)鹽抑制的情況下能夠積累油脂。因此,可將微藻脫氮除磷和產(chǎn)油技術(shù)相耦合,在污水深度處理的同時生產(chǎn)油脂。此外,微藻生長所利用的碳源為CO2,對減緩溫室效應(yīng)和碳減排有積極意義。如何快速有效利用污水中的氮磷培養(yǎng)能源微藻以及藻細(xì)胞的分離采收成為目前迫切需要解決的瓶頸問題。針對這兩個問題,本論文選取高氮磷去除率、高細(xì)胞產(chǎn)率和油脂含量的微藻藻種,優(yōu)化培養(yǎng)條件,促進(jìn)污水的氮磷去除和資源化利用；深入考察微藻對CO2的固定效率以及碳源利用對微藻氮磷利用和高油脂化的促進(jìn)作用；考察微藻的沉降性能,結(jié)合正滲透膜技術(shù),開展藻細(xì)胞分離和定期采收,構(gòu)建微藻污水深度處理和產(chǎn)油的連續(xù)化運行工藝。主要內(nèi)容包括以下五個方面：(1)考察了Chlorella vulgar is, Scenedesmus obliquus, Nannochloropsis sp.和Botryococcus braunii等四種常見藻種在污水中的生長狀況、脫氮除磷效果和產(chǎn)油能力,其中普通小球藻和斜生柵藻在模擬二級處理出水中的生長狀況、脫氮除磷效果都較好,在實際污水處理廠二級處理出水中也可以生長,但穩(wěn)定期較短,微藻在處理實際污水處理廠二級處理出水中的應(yīng)用需要解決染菌的問題。斜生柵藻在實際污水處理廠二級處理出水中的生長能力比小球藻強,且可以有效利用污水中的碳源,能夠去除部分COD,而普通小球藻對污水中的碳源利用率較差,基本不能降解污水中的有機(jī)物,但油脂含量較高,能在脫氮除磷的同時積累油脂。(2)探索了普通小球藻在污水中的脫氮除磷和油脂積累情況,得出氮濃度梯度下(初始TN 10-40 mg·L-1),氮磷的去除率分別為92.2-96.6%、99.1%,油脂積累量最高達(dá)到細(xì)胞干重的33%。在磷濃度梯度下(初始TP 0.5-5 mg L-1),氮磷的去除率分別為96.1%、99.7%,油脂積累量最高達(dá)到細(xì)胞干重的29%。污水中氮磷的不足可促進(jìn)微藻胞內(nèi)油脂積累,其中氮抑制對油脂積累的促進(jìn)作用更為明顯。周期循環(huán)實驗表明,普通小球藻油脂含量與環(huán)境中氮濃度有相應(yīng)關(guān)系,當(dāng)TN低于5.0 mg L-1時油脂含量開始積累。當(dāng)CO2濃度為1%時,普通小球藻的生長速率和氮磷的去除率最高,同時CO2的最大去除速率達(dá)到109.5 mgL-1h-1,能有效固定CO2。(3)不同有機(jī)碳和無機(jī)碳濃度對斜生柵藻污水深度處理效果和油脂積累情況均有影響。斜生柵藻的生長速率、TOC去除率、總氮和總磷去除率隨著初始TOC濃度的升高而增大,且可以利用污水中的低濃度有機(jī)碳進(jìn)行兼養(yǎng)生長。在模擬二級處理出水的環(huán)境中,5%的CO2濃度最適宜斜生柵藻的培養(yǎng),可以保證其較好生長,也可以達(dá)到高效的氮磷去除效果,此時CO2的最大去除速率達(dá)到101.3 mg L-1h-1,平均去除率達(dá)到4.8%。(4)微藻的有效采收是藻體回收和油脂提取的關(guān)鍵,而藻體良好的沉降性能可以大大提高藻體采收的效率。普通小球藻和斜生柵藻的自然沉降率均在穩(wěn)定期初期達(dá)到最大,且隨著pH升高而增大；斜生柵藻的沉降性能優(yōu)于普通小球藻,在穩(wěn)定期12小時的沉降效果達(dá)到98%以上。胞外多聚物(EPS)對微藻各生長階段自發(fā)性絮凝的影響也較顯著,小球藻和柵藻BEPS可能對自絮凝效果有阻礙作用,而SEPS對自絮凝效果有促進(jìn)作用(主要通過多糖的吸附架橋作用實現(xiàn)),且要大于BEPS的阻礙作用。在藻體進(jìn)行自然沉降后,利用正滲透技術(shù)對藻水體系脫水8小時,初始生物量(干重)為0.1 g L-1的原料液可脫水42.72%。(5)利用已經(jīng)篩選的優(yōu)勢藻種斜生柵藻和最佳培養(yǎng)條件,進(jìn)行微藻連續(xù)培養(yǎng)脫氮除磷和高油脂化的光生物反應(yīng)器研究,通過藻體的自然沉降和膜分離有效截留并定期采收藻體,實現(xiàn)了藻體的循環(huán)利用和光生物反應(yīng)器的連續(xù)穩(wěn)定運行�？疾炝诵鄙鷸旁鍖ξ⑽廴镜乇硭倪B續(xù)深度處理效果,得出初始藻密度需要保持在1.5-2.0 g L-1之間,以保證微藻的優(yōu)勢生長,優(yōu)化操作條件,得出最佳的水力停留時間為48小時,自然沉降與膜濃縮相結(jié)合,可高效采集回收藻體。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

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本文編號：2809950