藻類生物技術(shù)處理養(yǎng)豬廢水工藝研究

陳友嵐

(長(zhǎng)江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院， 湖北 荊州 434023)

曹榮華

(湖北省荊州市荊州區(qū)川店鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，湖北 荊州 434033)

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藻類生物技術(shù)處理養(yǎng)豬廢水工藝研究

陳友嵐

(長(zhǎng)江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院， 湖北 荊州 434023)

曹榮華

(湖北省荊州市荊州區(qū)川店鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，湖北 荊州 434033)

針對(duì)養(yǎng)豬廢水中氮磷、有機(jī)物等濃度較高的特點(diǎn)，探討了滿足技術(shù)規(guī)范要求的處理水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的藻類生物處理工藝。通過正交試驗(yàn)，探討了絲狀藻對(duì)養(yǎng)豬廢水的處理效果，得出最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)條件，并根據(jù)正交試驗(yàn)得出的最優(yōu)條件，進(jìn)行半連續(xù)的處理工藝，驗(yàn)證絲狀藻對(duì)養(yǎng)豬廢水的處理效果。結(jié)果表明，藻類對(duì)碳氮比低、氮磷含量偏高的養(yǎng)豬廢水有很好的處理效果。

養(yǎng)豬廢水；藻類；除氮；除磷

隨著人民生活水平的不斷提高,豬肉食品的需求量在逐年增加，養(yǎng)豬業(yè)生產(chǎn)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，養(yǎng)豬廢水的排放量隨之增加，而隨之帶來的環(huán)境問題也日益嚴(yán)重， 是形成農(nóng)業(yè)面源污染的主要因素之一。養(yǎng)豬場(chǎng)廢水中富含氮磷、有機(jī)物、高懸浮物，如果處理不當(dāng)會(huì)造成嚴(yán)重的水環(huán)境污染。由于生豬養(yǎng)殖業(yè)利潤低，市場(chǎng)壓力大，研究經(jīng)濟(jì)有效的處理技術(shù)至關(guān)重要。目前對(duì)這種廢水的主要處理模式常見的有穩(wěn)定塘、物化-生化聯(lián)合處理法，但前者存在土地占用面積較大，處理效果易受季節(jié)、溫度變化影響大，容易污染地下水等缺點(diǎn)，而后者投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，機(jī)械設(shè)備維護(hù)管理量大，并需要專門的運(yùn)行管理技術(shù)人員。利用菌藻凈化污水是生物處理技術(shù)的發(fā)展方向之一。鄭耀通等[1]利用光合細(xì)菌(PSB)對(duì)高濃度有機(jī)廢水具有較強(qiáng)的降解轉(zhuǎn)化能力以及小球藻和螺旋藻具有較強(qiáng)的同化 N、P 與 CO2的能力，建立了由光合細(xì)菌、紅酵母、產(chǎn)朊假絲酵母、乳酸菌、小球藻組成的高效菌藻生態(tài)系統(tǒng)處理豬場(chǎng)廢水,出水可用于沖洗豬場(chǎng),同時(shí)獲得菌藻蛋白產(chǎn)品。另有學(xué)者研究表明，藻類大規(guī)模培養(yǎng)在水處理中的應(yīng)用為水生態(tài)系統(tǒng)的管理和調(diào)控提供了一條非常有效的途徑[2～8]。與一般的污水處理措施相比，藻類不僅能有效地吸收水體中的營養(yǎng)物質(zhì)、降解有毒污染物、富集重金屬離子、提高水體的pH和溶解氧，還可以收獲藻類生物量，或回收藻類富集的重金屬[9～12]。因此，藻類生物技術(shù)處理養(yǎng)豬廢水可為嚴(yán)重污染環(huán)境且難處理的豬場(chǎng)廢水處理提供一條切實(shí)可行的資源化途徑和模式。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用藻類采用鞘藻(Oedogonium)、顫藻(Oscillatoria)、水網(wǎng)藻(Hydrodictyonreticulatum)等絲狀藻均由中國科學(xué)院水生生物所提供，采用BG11培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)。

試驗(yàn)所用養(yǎng)豬廢水取自某養(yǎng)豬場(chǎng)的新鮮豬糞，經(jīng)沉淀過濾后進(jìn)行稀釋配制所得。

1.2試驗(yàn)儀器

單人凈化工作臺(tái)(SW-CJ-1G)：蘇州凈化設(shè)備有限公司產(chǎn)品；紫外可見分光光度計(jì)：上海光譜儀器有限公司產(chǎn)品；電子天平(BS 124S：Max120g)：北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司產(chǎn)品；PHS-3C數(shù)顯酸度計(jì)：上海宇隆儀器有限公司產(chǎn)品；手提式不銹鋼蒸汽消毒器：上海三申醫(yī)療器械有限公司產(chǎn)品；溶解氧測(cè)定儀(HI 93732)：上海加惠儀器儀表有限公司產(chǎn)品；COD-571-1消解裝置：上海精密科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3試驗(yàn)裝置

采用2L的小口錐形瓶，用帶曝氣頭的橡膠蓋密閉，采用定時(shí)器和曝氣頭以達(dá)到間歇曝氣的目的。

1.4試驗(yàn)方法

1.4.1藻類培養(yǎng)

采用BG11培養(yǎng)基在1000mL玻璃三角錐形瓶中開放式培養(yǎng)，培養(yǎng)液初始pH 7.0， BG11培養(yǎng)基400mL，藻液20mL，混勻。所有玻璃器皿和培養(yǎng)液均經(jīng)過手提式不銹鋼蒸汽消毒器125℃、30min滅菌，冷卻后再置于凈化工作臺(tái)內(nèi)進(jìn)行30min的紫外燈殺菌。 然后將接種的藻液置于自制的光照系統(tǒng)(30W的白熾燈)下，溫度控制在20℃進(jìn)行培養(yǎng)，每天不定時(shí)人工搖瓶2～3 次。

1.4.2正交試驗(yàn)

表1　正交試驗(yàn)方案

按表1方案設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)確定藻類去除氨氮(NH3-N)、總磷(TP)和COD的最佳營養(yǎng)條件。

1.4.3藻類的半連續(xù)培養(yǎng)

經(jīng)過正交試驗(yàn)得出最佳營養(yǎng)條件后，在錐形瓶?jī)?nèi)起初加入1L新鮮養(yǎng)豬廢水和200mL藻液，每天取出200mL用于測(cè)量，同時(shí)加入200mL新鮮廢水，這樣持續(xù)培養(yǎng)1個(gè)星期，測(cè)量每天氨氮(NH3-N)含量、總磷含量(TP)和COD。

1.4.4測(cè)試項(xiàng)目及方法

NH3-N含量采用納氏試劑分光光度法測(cè)定；總磷含量采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定；pH采用PHS-3C數(shù)顯酸度計(jì)測(cè)定；COD采用消解比色分析儀方法進(jìn)行檢測(cè)；藻類采用普通顯微鏡檢測(cè)。

2　結(jié)果與分析

2.1正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果及分析如表2～5所示。

表2　正交試驗(yàn)結(jié)果

注：氨氮含量、總磷含量、COD單位均為mg/L，表6同。

表3　氨氮去除率試驗(yàn)方差分析

表4　總磷去除率試驗(yàn)方差分析

表5　COD去除率試驗(yàn)方差分析

從表3可以看出，3號(hào)瓶的氨氮去除率最高，pH對(duì)于氨氮去除率的影響最大，氨氮去除率的最優(yōu)組合為：pH為6.5，稀釋倍數(shù)為5倍，藻種為鞘藻，反應(yīng)時(shí)間為9d；從表4可以看出，3號(hào)管對(duì)于磷的去除率最高，其中藻種的選擇對(duì)去除率的影響最大，總磷去除率最優(yōu)組合為：pH為6.5，稀釋倍數(shù)為10倍，藻種選為顫藻，反應(yīng)時(shí)間為9d；從表5可以看出，4號(hào)管對(duì)COD 的去除率最高，其中稀釋倍數(shù)為主導(dǎo)因素，COD去除率最優(yōu)組合為：pH為8.5，稀釋倍數(shù)為3倍，藻種為水網(wǎng)藻，反應(yīng)時(shí)間是9d。

各種藻對(duì)氨氮的利用率都很高，說明藻能很快吸收并利用氮合成自身繁殖和代謝所需物質(zhì)，藻類對(duì)磷利用率比較低，可能是藻類將污水中的磷吸收進(jìn)體內(nèi)，但是自身細(xì)胞的分裂并不能趕上磷的吸收，這就造成了磷在藻類體內(nèi)的積累，當(dāng)藻類體內(nèi)的磷積累到一定程度時(shí)，藻類對(duì)外界磷的吸收就大大減少了。COD去除率也相對(duì)較低，可見藻類不適合處理高COD濃度的廢水。

2.2持續(xù)處理試驗(yàn)結(jié)果

利用極差分析得出的最佳條件，由于顫藻和鞘藻處理效果比較接近，因此選用顫藻和鞘藻分別在pH6.5、養(yǎng)豬廢水稀釋倍數(shù)為10的條件下半連續(xù)培養(yǎng)7d(每天取出200mL溶液用于測(cè)定，同時(shí)每天向錐形瓶?jī)?nèi)補(bǔ)充200mL新鮮養(yǎng)豬廢水)，測(cè)定每天的氨氮含量、總磷含量以及COD。

從表6可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，氨氮含量下降比率最快，其次是總磷含量，下降最慢的為COD。含顫藻的養(yǎng)豬廢水中pH從試驗(yàn)開始的6.5上升到最終的8.14，含鞘藻的養(yǎng)豬廢水中pH從最初的6.5上升到最終的8.13。顫藻對(duì)氨氮、總磷及COD的去除率分別達(dá)到81.6%、76.2%、43.3%；鞘藻對(duì)氨氮、總磷及COD的去除率分別達(dá)到70%、57.6%、40.1%；顫藻對(duì)氨氮及總磷的去除效果要好于鞘藻，這與之前正交試驗(yàn)得到的結(jié)論是一致的。顫藻對(duì)氨氮及總磷的去除率都很高，說明顫藻能很快利用氮、磷進(jìn)行自身的生長(zhǎng)和代謝；鞘藻對(duì)氨氮的利用較高，對(duì)磷的利用相對(duì)較低，說明鞘藻對(duì)吸收的磷不能馬上用于自身的生長(zhǎng)和繁殖，這也證實(shí)了之前的假設(shè)；顫藻和鞘藻對(duì)COD的去除率都很低，說明藻類對(duì)高濃度COD去除效果不是很好，這與之前的結(jié)論也是相吻合的，但鑒于對(duì)氨氮和總磷的高去除率，可以考慮用于城市污水的深度處理。

表6　持續(xù)處理試驗(yàn)結(jié)果

3　結(jié)論

本研究結(jié)果表明：在最佳條件(人工曝氣攪拌，在30W的白熾燈照射下，溫度控制在20℃左右)下，直接加入養(yǎng)豬廢水和藻類，曝氣時(shí)間為每隔1h曝氣20min閑置的運(yùn)行工況下，養(yǎng)豬廢水中氨氮含量、總磷含量分別由63.23、6.77mg/L降至11.81、1.61mg/L，去除率分別為81.6%、76.2%；氨氮、總磷的利用率很高，但當(dāng)藻類體內(nèi)的磷積累到一定程度時(shí)，藻類對(duì)外界磷的吸收大為減少。處理系統(tǒng)的pH值由6.5上升至8.14，氨氮、總磷處理效率在偏酸性條件更利于營養(yǎng)物質(zhì)的去除。本系統(tǒng)處理中藻類對(duì)養(yǎng)豬廢水中COD的去除不是很理想，因而藻類不適合處理高COD濃度的廢水。

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2016-04-20

陳友嵐(1979-)，男，碩士，講師，主要從事污水處理、環(huán)境治理研究，115061721@qq.com。

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1673-1409(2016)21-0042-05

[引著格式]陳友嵐,曹榮華.藻類生物技術(shù)處理養(yǎng)豬廢水工藝研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版) ，2016，13(21)：42～46.