基于微藻的光-膜组合式生物反应器处理海水养殖业废水
近年来，海水养殖业的迅猛发展给我国近岸海域环境带来了严重的负面影响。由于海水养殖业废水排放标准尚未颁布，养殖废水大多未经处理而直接排入海中。海水养殖业废水具有排放量大、氮磷营养盐丰富的特点，直接排放极易造成海域富营养化。目前，尚没有成熟的处理技术能高效去除海水养殖业废水中氮磷营养盐。本研究在综述国内外海水养殖业废水处理技术现状的基础上，提出利用海洋微藻吸收营养盐以达到净化养殖业废水的目的。
在温度为25～28℃时，比较了亚心形扁藻(Platymonassubcordiformis)、青岛大扁藻(PlatymonashelgolandicaVar.tsingtaoensisTsengetT.J.Chang)、盐藻(Dunaliellasp.)、微绿球藻(NannochloropsisOculata)、小球藻(ChlorellaMarine)、三角褐指藻(PhaeodactylumTricornutum)、新月菱形藻(NitzschiaClosterium)、牟氏角毛藻(ChaetocerosMuelleri)、中肋骨条藻(Skeletonemacostatum)、等鞭金藻3011(IsochrysisgalbanaParke)、湛江等鞭藻(Isochrysiszhanjiangnsis)、绿色巴夫藻(Pavlovaviridis)等12种常见微藻在人工配制的海水养殖业废水中的生长情况及其对4种营养盐的吸收能力。研究发现：除了新月菱形藻和三角褐指藻因对温度不适应而大量死亡外，其余10种微藻的细胞密度在6d培养期间都有不同程度的增长。对废水中PO43--P去除率最高的5种微藻依次为：亚心形扁藻、小球藻、牟氏角毛藻、绿色巴夫藻、湛江等鞭藻；对废水中NH4+-N去除率最高的5种微藻依次为：亚心形扁藻、青岛大扁藻、牟氏角毛藻、等鞭金藻、小球藻。由于海水养殖业废水中的营养盐以无机磷(PO43--P)和氨氮(NH4+-N)为主，为了能够同时有效地去除这两种污染物，设计基于微藻的废水处理工艺时，应选择亚心形扁藻、小球藻或牟氏角毛藻作为材料。同时发现，微藻对三种不同形态无机氮的吸收具有选择性，其中NH4+-N的吸收程度最大，这对于以去除氨氮为主要目标的养殖业废水净化十分有利。微藻生长过程中吸收CO2会引起水环境的pH值升高而抑制其自身生长。因此，将微藻实际应用于废水处理时应注意补充CO2，控制pH值在最适范围，以保证废水净化效果的稳定。
将亚心形扁藻引入生物反应器处理工艺中，构建了一台光—膜组合式生物反应器，主要由反应器主体、循环系统、光照系统、控温装置、CO2供料系统、膜分离系统、pH值监测装置等单元组成。通过研究光在藻液中的衰减规律以及入射光强与平均光强的关系，确定反应器中适于微藻生长的最适入射光强为267μE·(M2·S)-1。通气量为80L·h-1时，可以保证反应器内液体混合均匀。在CO2的混合比为1％的情况下，可获得并保持高密度的微藻生物量(藻密度达到2.51×107cells·ml-1，单位体积细胞干重为5.25g·L-1)。反应器中的聚砜中空纤维超滤膜组件具有良好的分离性能。膜分离系统最佳运行参数：浓水流量50L·h-1，透水率降幅为8％时进行清洗。
在上述最佳工艺条件下，以南美白对虾(PenausVannamei)养殖废水(无机氮平均浓度1.24mg·L-1，无机磷平均浓度0.558mg·L-1)为处理对象，研究了光—膜组合式生物反应器对废水中氮磷营养盐的去除效果。对于间歇运行方式，废水处理2h后，无机氮和无机磷的去除率分别达到85.0％和96.3％，出水的无机氮浓度为0.16mg·L-1，无机磷浓度为0.0218mg·L-1，分别达到《海水水质标准》Ⅰ类(0.15mg·L-1)和Ⅱ类(0.030mg·L-1)水质要求。根据反应器间歇式运行的处理效果，确定连续运行方式的HRT为2h(日处理能力为120L/d)。在反应器连续运行期间，废水中无机氮和无机磷的去除率分别达到83.0％和95.8％，出水的无机氮浓度为0.21mg·L-1，无机磷浓度为0.0213mg·L-1，均达到《海水水质标准》Ⅱ类水质要求。两种运行方式对氮磷营养盐的去除能力差别不大，处理前后废水pH值变化亦不大，说明间歇式和连续式处理工艺用于处理海水养殖业废水都可取得较好的效果，对于实现海水养殖业废水的循环利用具有重要意义。
微藻;光生物反应器;膜生物反应器;海水养殖业;废水处理
中国海洋大学
硕士
生态学
孟范平
2005
中文
X799;X703.1
62
2006-07-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）