动态条件下不同载体固定化藻菌小球反应器处理生活污水的

动态条件下不同载体固定化藻菌小球反应器处理生活污水的研究摘要：本课题题采用三种不不同的载体（海海藻酸钙、PVA－硼酸和PVA－硫酸钠），将将蛋白核小球球藻与活性污污泥共固定化化，分别制成成了藻菌凝胶胶小球。在自自行设计的气气升式反应器器中，对生活活污水进行了了动态处理研研究。结果表表明：在三种种载体的藻菌菌小球系统中中，海藻酸钙钙系统的CODcr去除率(74％)最高、达到到体系运行稳稳定所需的时时间(2d)最短；PVA－硼酸系统统对N、磷营养物物去除率最高高(分别为68.6％和78.7％)；而PVA－硫酸钠系系统持续运行行的时间(大于10d)最长，CODcr、氨氮和磷磷的去除率分分别为59.6％、58.9％、29.8％。我们的的经验也表明明：在藻菌固固定化反应器器的设计以及及运行操作中中，应重点考考虑藻菌共生生体系对光照照的需求以及及固定化载体体对水力条件件的限制问题题。关键词：气升式式反应器,动态运行,共固定化,蛋白核小球球藻,活性污泥,海藻酸钙,聚乙烯醇,生活污水DynamiccStuddyonTreattingSSewageeUsinngAlggal-baacteriialGeelBeaadsWiithDiiffereentCaarrierrinNNovelBioreeactorrAbstracct:Innthissprojject,wecoo-immoobilizzedchhlorelllapyyrenoiidosaandaactivaatedssludgeewithhdiffferenttcarrriers(calcciumaalginaate,PPVA-bboraciicaciidanddPVA--sodiuumsullfate))andmadethreeekinddsofalgall-bactteriallgelbeadss.Innanoovelaairlifftbiooreacttordeesigneedbyourseelves,,thedynammicsttudyoontreeatinggsewaageussingtthesebeadsswasfinisshed.Therresulttsinddicateedthaatinthreeealgaal-baccteriaalbeaadsysstemswithdiffeerentcarriiers,theoonewiithcaalciummalgiinatespentttheshorttestttime((2d)ttoreaachsttabiliizatioonandditsCODcrrremoovalrratewwashiighestt(74%%);assfornutriients(inorrganiccnitrrogenandpphosphhorus))remooval,therremovaalratteofNH4+-NanndPooftheesysttemwiithPVVA-booraciccaciddcarrrierwwashiighestt(68..6%annd78..7%,rrespecctivelly);wwhiletheccontinnuousandsstableeoperrationntimeeoftthesyystemwithPVA-ssodiummsulffateccarrieerwasslonggest((>10d)),andditsremovvalraatesoofCODDcr,NHH4+-NanndPwwere559.6％,58..9％and29.8%%resppectivvely.Oureexperiiencessalsooshowwedthhatduuringdesiggnanddoperrationnoftthebiioreacctor,illumminatiionreqquiremmentoofalggal-baacteriialsyymbiotticsyystemandhhydrauulicllimitaationofimmmobillizatiioncaarrierrshouuldbeeconssidereedenooughKeywordds：airliiftbiioreacctor,dynammicopperatiion,cco-immmobiliizatioon,chhlorelllapyyrenoiidosa,,actiivateddsluddge,ccalciuumalgginatee,pollyvinyylalccohol,,sewaage藻菌共生系统是是利用藻类处处理污水技术术的重要发展展方向。近年年来，一些研研究者在藻类类细胞固定化化技术研究的的基础上，进进一步探索藻藻菌混合固定定化所形成的的新体系。例例如，薛嵘等等用改进的PVA－硫酸盐法法包埋固定蛋蛋白核小球藻藻和活性污泥泥，进行污水水脱氮除磷研研究[1,22]。L.Gonnzalezz等将普通小小球藻与植物物生长促进细细菌（Azoospiriillumbrasiilensee）共固定化化在海藻酸盐盐凝胶中，考考察共固定化化体系中小球球藻的增长情情况[3,44]。目前，固定化藻藻菌技术用于于污水处理的的研究大都处处于静态阶段段，且实验对对象大多为模模拟废水，采采用实际生活活污水且在动动态条件下进进行的研究还还不多见，可可以借鉴的只只有一些藻类类纯种培养装装置与微藻反反应器[5,,6]。实际上，在在实际污水条条件下由于碳碳源和氮磷营营养条件以及及水力条件和和光因子、水水温等环境因因子都与静态态条件有所不不同，因而会会使得藻菌共共生的形态发发生变化使得得处理效果也也发生改变[[7]。因此此，需要在动动态运行条件件下对生活污污水进行处理理研究。以便便为固定化藻藻菌共生系统统处理污水工工业化实施创创造条件。本课题利用自行行设计的新型型反应器，采采用三种不同同载体的藻菌菌共固定化凝凝胶小球，以以生活污水为为处理对象，考考察新型反应应器中三种不不同载体的固固定化藻菌小小球动态条件件下对CODcr和氮磷营营养物的去除除效果及藻菌菌小球理化特特性变化，并并检验该反应应器相关设计计的合理性与与相适应的操操作方法。1材料与方法法1.1材料蛋白核小球藻（chlorellapyrenoidosa）的藻种购自中国科学院武汉水生生物研究所。采用Bold培养基接种培养[3]。培养好的藻液在3500rpm下离心10min，蒸馏水洗涤藻细胞两次，加入少量蒸馏水配成藻细胞悬浮液，于4℃下保存备用。活性污泥取自天天津纪庄子污污水处理厂，在在实验室用配配制的模拟污污水培养。污污泥曝气后沉沉淀，过滤去去除杂物，然然后在3500rrpm下离心10min，离心后污污泥于4℃下保存备用用。实验污水取自天天津某大学生生活区的污水水排放出口。水水质如下表所所示：表1实验采用用的生活污水水的水质项目COD（mg//l）氨氮（mg/ll）磷（mg/l）pH范围210－660010.49－772.044.57－9..137.45－7..84平均329.3839.146.357.621.2实验方法法1.2.1载载体与藻菌的的配比海藻酸钙藻菌凝凝胶小球的配配比为海藻酸酸钠2.5％、活性污污泥8％（以离心心后湿污泥计计算，下同）、蛋蛋白核小球藻106个cell/个小球。聚聚乙烯醇－硼硼酸和PVA－硫酸钠藻藻菌凝胶小球球的配比均为为PVA8％、SA0.2％、活性污泥8％，小球藻106个cell/个小球。1.2.2藻藻菌凝胶小球球的制作称取一定量的载载体，加入蒸蒸馏水，放入入水浴中加热热溶解，再冷冷却至室温，接接着把离心后后的藻液和污污泥加入载体体溶液并混合合均匀，静置置释放出气泡泡，然后用蠕蠕动泵滴加到到交联固化溶溶液（分别为为2％氯化钙溶溶液、含2％氯化钙的的饱和硼酸溶溶液、2％氯化钙＋10％硫酸钠溶溶液）中形成成小球，充分分固化后取出出，再用蒸馏馏水浸泡脱盐盐。1.2.3实实验装置自行设计的气升升式反应器装装置如图1所示。材质质为有机玻璃璃，尺寸为60×600×11000mm，有效容积V有＝3.6L。底部设有有进水口和进进气口，前面面设有上中下下取样口和出出水口，背面面设日光灯光光源，两侧设设红兰双色发发光二极管光光源。图1实验装置置图1.2.3CCODcr、氨氮、磷磷测定方法[[8]CODcr测定定采用重铬酸酸钾氧化法；；氨氮测定采采用氨气敏电电极法；磷的的测定采用抗抗坏血酸还原原－钼酸铵比比色法；pH值测定采用pH酸度计法。2结果与讨论论2.1气升式式反应器中的的不同藻菌小小球动态处理理生活污水的的效果把藻菌凝胶小球球称重后装入入反应器，占占反应器容积积的22.5％。设定日日光灯4000llux连续光照。以以蠕动恒流泵泵进水，进水水流量7.2l//d，HRT＝12h；空压机进进气(气体流量计计计量)，使得藻菌菌小球翻腾流流化。每d取样监测反反应器进水和和出水的CODcr、氨氮、磷磷和pH值。2.1.1海海藻酸钙藻菌菌小球图1、2给出了了运行结果，系系统在2d达到稳定，CODcr去除率为74％、氨氮去去除率为36％、磷去除除率为32％。1d内藻菌活性性恢复，系统统出水CODcr、氨氮和和磷的浓度随随之逐日下降降，去除率相相应提高。系系统稳定后出出水pH保持在7～8之间。图1海藻酸钙钙藻菌小球系系统出水CODcr、氨氮、磷磷和pH随运行时间间变化图2海藻酸钙钙藻菌小球系系统对CODcr、氨氮和和磷去除率随随运行时间变变化运行24h后小小球膨胀率为为22％，48h后膨胀率为29％，然后不不再继续膨胀胀。小球起始始为暗绿色，随随着运行时间间加长，暗黑黑颜色逐渐变变浅，小球向向绿色转化，24h后小球呈现现为绿色，3d后就呈现深深绿色。进水水浑浊不透明明，运行12h后出水逐渐渐清澈透明。运运行4d时发现小球球有破裂迹象象，4.5d时发现1/3小球已经破破裂。2.1.2PVA－硼酸藻菌菌小球图3、4给出了了运行结果。随随着运行时间间的增加，藻藻菌活性随之之恢复并加强强，其对氮磷磷等营养物质质不断加以吸吸收利用，相相应的反应器器出水氮磷浓浓度逐渐降低低，对氮磷的的去除率逐渐渐升高。系统统第4d达到稳定，氨氨氮去除率达达68.6％，磷去除除率达78.7％。但反应应器出水CODcr值比进水水高，原因为为部分载体溶溶解。图3PVA－－硼酸藻菌小小球系统出水水CODcr、氨氮、磷磷和pH随运行时间间变化情况图4PVA－－硼酸藻菌小小球系统对氨氨氮和磷去除除率随运行时时间变化运行24小时后后小球膨胀率率为50％，然后不不再继续膨胀胀；运行开始始时小球为灰灰白色，24h后颜色变为为浅黄色，然然后逐步向淡淡黄绿色、黄黄绿色、浅绿绿色变化，颜颜色随着运行行时间延长而而加深。运行行发现出水CODcr大于进水水，并且pH值异常，说说明有ＰＶＡＡ载体溶出，第6d发现小球解体。2.1.3PVA－硼酸藻菌菌小球图5、6给出了了运行结果。在在开始1.5d内，出水CODcr和氨氮反反而比进水高高，这是由于于此期间有部部分污泥被洗洗出且微生物物活性没有恢恢复的缘故。在1.5～2d内藻菌活性恢复，系统CODcr、氨氮和磷的浓度随之逐日下降，去除率相应提高。系统在第4d达到稳定，CODcr去除率为59.6％左右、氨氮去除率为58.9％、磷去除率为29.8％左右。系统pH先有所上升，系统稳定后保持在7～8之间。图5PVA－－硫酸钠藻菌菌小球系统出出水CODcr、氨氮、磷磷和pH随运行时间间变化图6PVA－－硫酸钠藻菌菌小球系统对对CODcr、氨氮和和磷去除率随随运行时间变变化运行224h后小球膨胀胀率为50％，然后不不再发生变化化。运行开始始时小球为灰灰黑色，运行行12h后小球灰黑黑色逐渐消失失，颜色变浅浅，24h后颜色变为为浅黄色，然然后逐步向淡淡黄绿色、黄黄绿色、绿色色、深绿色变变化，4d后小球颜色色深绿不再有有明显变化。运运行2d时发现反应应器中有泥浆浆出现，出水水浑浊不透明明，随后泥浆浆转化为污泥泥絮状体，但但情况不再加加重，而且出出水逐步转为为透明澄清。在在持续运行的的7d内，小球没没有破损粘连连现象，但从从5d起，反应器器内壁角落有有绿色藻细胞胞附在其上生生长，且随运运行时间增加加该现象变的的更为明显，表表明有藻细胞胞漏出。2.2三种载载体藻菌小球球系统的比较较分析三种载载体藻菌小球球处理实验中中，海藻酸钙钙凝胶小球系系统达到稳定定所需的时间间最短，这与与该载体传质质阻力最小及及透光性最佳佳有关，有机机物和氮磷营营养物能比较较快的进入小小球，有助于于藻菌微生物物活性的恢复复和增长。从从CODcr去除看，海海藻酸钙藻菌菌小球系统性性能优于两种种PVA藻菌小球。从从氮磷去除角角度看，则是是PVA－硼酸藻菌菌小球系统去去除率最高，PVA－硫酸钠藻藻菌小球系统统次之，而海海藻酸钙藻菌菌小球最差。PVA－硫酸钠藻藻菌小球系统统持续运行时时间最长（大大于10d）。3结论3.1动态运行行表明，海藻藻酸钙系统在在第2d达到稳定，CODcr去除率74％、氨氮去去除率36％、磷去除除率32％；PVA－硼酸藻菌菌小球系统第第4d达到稳定，氨氨氮去除率68.6％，磷去除除率78.7％，部分载载体溶出导致致出水CODcr值高于进进水；PVA－硫酸钠藻藻菌小球系统统在第4d达到稳定，CODcr去除率59.6％、氨氮去去除率58.9％、磷去除除率29.8％。3.2动态条件件下，藻菌凝凝胶小球出现现与静态条件件不同的情况况：海藻酸钙钙藻菌小球出出现破裂，PVA－硼酸藻菌菌小球出现溶溶胀解体现象象，PVA－硫酸钠藻藻菌小球则出出现藻细胞漏漏失现象。3.3动态反应应器的设计以以及运行操作作，重点要考考虑藻菌共生生体系对光照照的需求以及及固定化载体体对水力条件件的限制。参考文献[1]薛嵘,,PVA固定化微藻藻脱氮除磷研研究,南开大学博博士研究生毕毕业（学位）论论文,20002.5[2]LauuP.S..,TammN.,WasteewaterrnutrrientssremoovalbbyChllorelllavullgariss:opttimizaationthrouughaccclimaation,,Enviiron.Technnol.11996,17(2)),1833-189..[3]L.GGonzallez，Y.Baashan，IncreeasedGrowtthoftheMMicro--algaChlorrellavulgaariswwhenCCo-immmobiliizedaandCoo-cultturedinAllginatteBeaadswiiththhePlaant-Grrowth--PromootingBacteeriumAzosppirilllumbrrasileense,AppliiedAnndEnvvironmmentallMicrrobiollogy,Apr.2000,,15277－1531[4]Janne