利用微拟球藻深度净化城市生活污水的研究
水污染和能源危机已经成为阻碍我国经济可持续发展的主要瓶颈,为此,清洁可再生能源的开发已成为人们重点关注的课题。生物柴油作为化石燃料较成功的替代型燃油,目前在世界各国得到了大力推进。微藻因其较高的光合作用效率成为大规模生产生物柴油的理想原材料。然而,微藻生物柴油制备中,原料成本可占总产值的75％。因此,人们提出了很多方案用以解决生物柴油的原料问题,包括使用城市二级出水培养微藻,使用海水养殖微藻,在不适合农业耕种的土地上养殖微藻,将微藻生物柴油生产和烟道气体的固定一体化,高价值新型生物产品的生产等。其中,利用污水或中水培养微藻,能够大幅度降低水中氮磷含量,减少污泥排放,节约水资源和营养物质消耗,并为生物柴油的生产提供廉价材料。这样不但可以弥补微藻生产油脂成本过高的不足,而且能够产生良好的环境效益,为当前的水资源短缺和能源匮乏提供了新的解决思路。 本研究首先对从青岛近海分离的一株海洋微藻进行鉴定,探讨利用该藻对污水和中水进行深度净化的可行性,并分析不同浓度金属离子对微藻的生长和油脂积累的影响,从而获得污水净化并同步培养微藻的最佳条件。而后将该藻接种至三种不同灭菌处理的污水中进行培养,分析在不同灭菌处理污水中微藻的生长和油脂积累情况以及其对污水的净化效果,同时,采用PCR-DGGE结合测序分析的方法,研究微藻培养过程中微生物群落结构变化,分析细菌对微藻生长和污水净化的影响。 经形态特征和分子生物学鉴定,本研究分离到的微藻为微拟球藻(Nannochloropsis sp.)。该藻能够很好地适应生活污水环境,在生活污水中培养时,其细胞密度可达到4.55×106个/ml。而在中水内生长和油脂积累情况较生活污水较差。该藻株对两种污水中氮和磷具有一定的去除能力,尤其是对氨氮和正磷酸盐,去除率分别可达到95.69%和93.92%。 Fe3+能够很好的促进微拟球藻的生长,最有利于微拟球藻生长和油脂积累的Fe3+浓度为36μmol/L,最高细胞密度可达9.94×106个/ml。而Zn2+对微拟球藻油脂积累的影响较显著,微藻的油脂积累最优的Zn2+浓度为2.4μmol/L。添加Fe3+?Zn2+对微藻去除污水中氮磷无不利影响。 利用三种不同灭菌方式处理后的污水对微拟球藻进行培养,可以发现,微藻对营养物质的去除主要集中在培养刚开始的2-8天,之后,氮磷含量变化幅度较小;32天后,培养结束,污水中总氮、氨氮、硝氮、总磷的含量分别为12.66mg/L、0.47mg/L、0.27mg/L、0.09mg/L,去除率最高可分别达到81.2%、98%、97.67%和95.63%。培养期间,三种污水中藻细胞密度最高可分别达到2×106、1.8×106、1.7×106cells/ml,油脂在藻细胞进入稳定期开始积累。由此可见,微拟球藻对污水的适应能力很强,在污水中生长良好,对污水中氮磷等营养物质的去除效果明显。尤其是高压灭菌处理污水中的微藻,除了油脂积累量与滤膜灭菌的没有太大差别外,藻细胞密度、氮磷去除率都明显高于其他两种处理方式。 采用PCR-DGGE结合测序分析的方法,分析不同微藻生长时期下三种不同灭菌处理方式的沉淀样品中微生物的群落组成及其变化。结果表明,变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)是优势菌;高压灭菌处理后培养的藻液中含有的微生物种类较少,优势菌种明显,另外两种则相反;相同的是三种处理方式的藻液中,都有微生物多样性随时间增加降低的趋势,并且培养过程中微生物的群落结构均发生了一定的变化。
微拟球藻;城市污水;净化工艺;群落结构
中国海洋大学
硕士
环境工程
赵阳国
2014
中文
X799.3;X703
64
2015-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）