菌-藻系統(tǒng)處理含氮磷廢水分析

胡江濤, 吳丹丹

(安徽建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院,安徽 合肥 230601)

關(guān)鍵字:小球藻;活性污泥;菌-藻體系;氮;磷

隨著社會(huì)城鎮(zhèn)化發(fā)展,污水排放量與日劇增.目前國內(nèi)污水處理工藝普遍存在占地面積大、處理成本較高等問題.物理化學(xué)處理法存在處理效率低且使用的化學(xué)藥劑可能會(huì)帶來二次污染.生物處理法如:微藻能高效去除水體氮、磷物質(zhì),符合環(huán)境友好型社會(huì)發(fā)展特點(diǎn),成為污水處理研究趨勢(shì),但其存在后期微藻收集難度大、不宜分離的難題[1].在傳統(tǒng)活性污泥法處理工藝中,需在缺氧和好氧條件切換,從而去除污染物,產(chǎn)生的剩余污泥處置難度較大[2-3].研究表明微藻同活性污泥相結(jié)合形成的菌-藻共生系統(tǒng)可大幅提高污染物的去除率,同時(shí)有利于微藻生物質(zhì)的積累[4].本研究在總生物量相同的條件下,比較了活性污泥、小球藻及菌-藻系統(tǒng)對(duì)污水N、P、COD的去除效果,并評(píng)價(jià)了小球藻與活性污泥的共生對(duì)小球藻生物量及沉降時(shí)間的影響.

1 材料與方法

1.1 活性污泥馴化和小球藻富集

活性污泥取自污水處理廠二沉池,取回后的污泥先進(jìn)行悶曝處理,去除有機(jī)質(zhì).實(shí)驗(yàn)之前用人工配置的廢水進(jìn)行馴化,每2 d換1次水,培養(yǎng)基廢水成分與下文實(shí)驗(yàn)組配置的人工廢水條件一樣，pH設(shè)置在7.0～7.5左右.實(shí)驗(yàn)選用的小球藻來自上海光宇生物科技有限公司,實(shí)驗(yàn)前在超凈實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)無菌操作接種至經(jīng)121 ℃高壓蒸汽滅菌鍋滅菌的BG-11培養(yǎng)基內(nèi),培養(yǎng)條件為25 ℃,光照強(qiáng)度為2 000 Lux左右,放置在配有轉(zhuǎn)速為210～230 rpm左右的磁力拌攪器光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng).

1.2 實(shí)驗(yàn)組設(shè)置

本實(shí)驗(yàn)設(shè)置5個(gè)實(shí)驗(yàn)組,分別為純菌組、純?cè)褰M、菌-藻1∶1、菌-藻1∶2、菌-藻2∶1,總的生物量控制在1 000 mg.實(shí)驗(yàn)前取處于生長對(duì)數(shù)期小球藻藻液及馴化的活性污泥,通過真空抽濾機(jī)過0.45 μm生物濾膜在烘箱105 ℃烘4 h,利用重量差法計(jì)算小球藻和活性污泥生物量,根據(jù)實(shí)驗(yàn)組所需的生物量通過計(jì)算得到配比的小球藻和活性污泥的體積,在離心機(jī)8 000 rpm下離心10 min,棄去上清液,用配置的人工廢水沖洗離心管后轉(zhuǎn)移至人工配置的廢水內(nèi),不同比例菌-藻混合操作如上.純?cè)鍖?shí)驗(yàn)組的操作在無菌的超凈臺(tái)完成.

1.3 人工廢水配置和實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置

人工廢水成分如下:精確稱取葡萄糖1 499.5 mg,NaNO3968 mg,K2HPO4·3H2O 235.2 mg,Na2EDTA 1 mg,C6H10FeNO86 mg,C6H8O7·H2O 6 mg,CaCl227 mg,MgSO4·7H2O 75 mg,H3BO32.86 mg,MnCl2·4H2O 1.81 mg,ZnSO4·7H2O 0.222 mg,CuSO4·7H2O 0.079 mg,CoCl2.6H2O 0.05 mg,Na2MoO4·2H2O 0.391 mg于1 L去離子水中,設(shè)置pH=7.0～7.1.實(shí)驗(yàn)條件為室外環(huán)境,光源為自然光源,溫度為28～38 ℃,配置好的實(shí)驗(yàn)組置于轉(zhuǎn)速為450～500 rpm的磁力攪拌器上.實(shí)驗(yàn)每2 d取1次樣,實(shí)驗(yàn)周期為8 d.

1.4 分析方法

測(cè)樣時(shí)取培養(yǎng)液經(jīng)8 000 rpm的離心機(jī)離心10 min后的上清液過0.45 μm濾頭,用于測(cè)定N、P、COD指標(biāo),離心后的固相用于葉綠素A的測(cè)定.采用紫外分光光度法和鉬銻抗分光光度法測(cè)定N和P濃度,重鉻酸鉀法測(cè)定COD,小球藻葉綠素A測(cè)定采用80%丙酮溶液浸提法[5],沉降性能的測(cè)定取實(shí)驗(yàn)組第8天的培養(yǎng)液于100 mL量筒靜置測(cè)定沉降時(shí)間.

2 結(jié)果與討論

2.1 硝態(tài)氮的去除

圖1 純菌、純?cè)?、?藻組的含量變化

2.2 COD的去除

如圖2所示,在開始時(shí)期,各組COD濃度2 d內(nèi)迅速下降,不同比例條件下的菌-藻組COD去除效果明顯優(yōu)于純?cè)褰M.主要原因是,自然光源下小球藻在黑暗中可以利用異養(yǎng)模式去除部分有機(jī)碳[6],使得無菌狀態(tài)下的小球藻對(duì)有機(jī)碳源葡萄糖的利用率不如活性污泥.實(shí)驗(yàn)進(jìn)行2 d時(shí),純菌組的COD由395 mg/L降低到45 mg/L,去除率88%;菌-藻1∶1組COD由最初395 mg/L下降至76 mg/L,1∶2組下降至48 mg/L,2∶1組下降至65 mg/L,3個(gè)菌-藻組的COD去除率均在83%以上,相比純?cè)褰MCOD降低至145 mg/L的去除率(63%)高出20%以上;而菌-藻組與純菌組去除情況差別不大.這是由于活性污泥是由細(xì)菌團(tuán)構(gòu)成,細(xì)菌能夠利用有機(jī)碳,細(xì)菌氧化分解葡萄糖成無機(jī)碳被小球藻利用,小球藻在有光源條件下進(jìn)行光合作用產(chǎn)生O2又被好氧細(xì)菌利用,兩者之間的相互協(xié)同加強(qiáng)了系統(tǒng)中COD的去除[7].

圖2 純菌、純?cè)?、?藻組COD的含量變化

2.3 磷的去除

由圖3可知,除了純?cè)鍖?shí)驗(yàn)組對(duì)磷酸鹽的含量在第2天后一直處于下降狀態(tài),純菌組和菌-藻實(shí)驗(yàn)組在第2天后都存在磷的釋放現(xiàn)象,這歸因于部分磷的不穩(wěn)定生物吸附作用.純菌中磷的釋放現(xiàn)象與Wang[6]的研究結(jié)果相似.因?yàn)榛钚晕勰喑仔枰芷谛缘臒o氧和有氧條件,所以試驗(yàn)中單純的攪拌條件不利于純菌系統(tǒng)除磷,這也是活性污泥法應(yīng)用于水處理中需要結(jié)合不同的二次處理工藝的原因(如SBR工藝).如圖3所示,在實(shí)驗(yàn)2～8 d內(nèi),相比較純菌組磷的釋放,菌-藻組釋放的磷含量隨著小球藻比例的增加而有所緩解,表明小球藻的存在是菌-藻系統(tǒng)除磷的關(guān)鍵.

圖3 純菌、純?cè)?、?藻組的PO4--P含量變化

2.4 生物量分析

實(shí)驗(yàn)用溶液浸提法測(cè)定小球藻的葉綠素含量,以表征小球藻生物量的變化.如圖4 所示,菌-藻系統(tǒng)的小球藻葉綠素A處于上升狀態(tài),說明菌-藻系統(tǒng)能夠促進(jìn)小球藻生長;純?cè)逑到y(tǒng)2 d后葉綠素處于下降狀態(tài),結(jié)合實(shí)驗(yàn)所用的小球藻也是處于對(duì)數(shù)生長期的小球藻和圖1、圖3氮磷物質(zhì)的消耗情況,2 d后純?cè)褰M的氮磷物質(zhì)幾乎耗盡,這導(dǎo)致出現(xiàn)后期葉綠素A下降的情況.實(shí)驗(yàn)8 d后,菌-藻1∶2組葉綠素A由8.5 mg/L上升至11.8 mg/L,增長幅度為39%,菌-藻2∶1組葉綠素由3.8 mg/L上升到10.3 mg/L,增幅為170%,結(jié)果表明菌含量的不同對(duì)促進(jìn)小球藻生長存在一定影響.

圖4 純?cè)?、?藻組的葉綠素A的含量變化

2.5 沉降時(shí)間

從圖5中可知,純菌系統(tǒng)在30 min內(nèi)沉降完全;菌-藻1∶1組沉降時(shí)間為2 h、1∶2組為2.5 h、2∶1組為1.5 h;但純?cè)逑到y(tǒng)的沉降時(shí)間為1 d的時(shí)間.產(chǎn)生差異的主要原因是由于加入活性污泥能夠提高小球藻的沉降性能.三大體系的沉降性能:純菌組>菌-藻組>純?cè)褰M.

圖5 純菌、純?cè)?、?藻組沉降時(shí)間對(duì)比

3 結(jié)論

2) 在相同總生物量情況下,相比較純?cè)褰M而言,菌-藻組小球藻的生長更好,菌-藻2∶1實(shí)驗(yàn)組的葉綠素A含量由最初3.8 mg/L上升到10.3 mg/L.

3) 相比于純?cè)褰M的沉降時(shí)間,菌-藻實(shí)驗(yàn)組的沉降時(shí)間大大降低,在2.5 h內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全沉降.