关键词:
养猪废水
栅藻LX1
附着培养
污染物去除
光生物反应器
摘要:
养猪废水是一种高浓度有机废水,利用微藻吸收其中的氮磷等营养物质转化为生物质及高价值产物,能实现废水净化与资源化耦合,近年来备受关注。目前微藻处理养猪废水多采用悬浮培养,处理后微藻采收困难,通过附着培养可能解决该问题。本文以栅藻LX1(Scenedesmus ***1)为研究对象,筛选可供其在养猪废水中良好附着的载体,考察了废水的稀释度、附着方式、培养条件(光照强度、光暗周期和初始藻密度)对其附着处理养猪废水时生长、污染物去除和胞内高价值物质的积累规律。设计了微藻附着培养光生物反应器并考察了反应器中材料间距对净化效果和微藻生长的影响,根据热力学理论解释了藻细胞表面能对附着的影响,并评估了微藻处理养猪废水后的含藻出水作为生物肥料的潜力。选用棉布、尼龙滤布、纱布、毛绒布料、海绵和土工布共6种附着材料,发现土工布上的微藻附着量最高,在5×10~5 cells/m L和1×10~6 cells/m L接种密度下分别可达到131.3 mg/L和404.2 mg/L。材料的结构和亲疏水性对微藻附着起着重要作用,表面光滑导致附着量低,而含有支架结构则可使藻稳定附着,且微藻的附着量与疏水性材料的接触角呈现一定正相关性。在土工布上附着培养栅藻LX1,当养猪废水不灭菌时附着量与污染物去除率均较灭菌时更高。在四个稀释度中(×1,×5,×10和×20),COD、TN、NH-N和TP的最高去除率分别为86.92%、60.75%、71.81%和96.13%,最高附着量为414.5 mg/L,附着微藻蛋白质含量最高为44.57%。四种附着方式中(水平静置,竖直静置,竖直旋转和半浸没),竖直旋转的方式最适合于栅藻LX1附着培养处理养猪废水,其中COD和NH-N的去除率分别高达87.44%和61.85%,并可获得最高的生物量299.3 mg/L。土工布上微藻的附着量随着光照强度的增加,光照周期的延长和初始接种密度的增大而升高,其中在光照强度3000 Lux,光照周期18:6 h,初始接种密度4×10~6 cells/m L的条件下,栅藻LX1的附着量高达692.2 mg/L。设计了微藻附着培养光生物反应器,并设置了不同的土工布间距,发现藻附着量随着间距减小而升高,间距4 cm时微藻附着量最大(0.53 g/L),且污染物去除率比其他两个间距(16和8 cm)条件下高。分析藻细胞表面能发现低表面能的藻细胞由于胞间存在较低粘附功,可促进微藻的附着。最后,考察了净化后的含藻出水对小麦种子发芽和幼苗生长的影响,发现含藻出水不影响发芽但能促进小麦幼苗的生长。培养10 d后,添加净化后藻液废水(1×10~6 cells/m L)处理组中的小麦幼苗茎长最长为14.16 cm,较添加蒸馏水的小麦空白对照组提高20.10%。另外,茎鲜重和干重最高分别为0.13 g和0.015 g,较空白对照组显著增大,分别是1.98倍和1.41倍。