选择富集培养可沉微藻用于污水处理深度净化实验研究

【摘要】：微藻用于污水深度处理有着能耗低、固定二氧化碳(CO2)、生成氧气(O2)、产生生物质能等优点。然而,藻细胞沉降性能差、难与处理水分离等问题使其工程化应用受阻。因此,实现微藻高效沉降分离与高密度培养是推动微藻污水深度净化技术工程化应用的关键。本课题通过施加选择性压力[沉淀时间:Settling Time,ST;周期体积交换比(每周期充水体积/反应器总体积):Volume Exchange Ratio,VER],形成一个临界沉降速度,淘汰沉降速度低的微藻,从而富集培养出可沉降微藻种属,以提升微藻的整体沉降性能。课题实验分两步进行:第一步为探索性实验,目的在于初步验证通过选择性压力富集培养可沉降微藻的可行性;第二步是扩展培养实验,着重研究可沉微藻的生理、生化特性、对污水深度净化的效果以及生物质利用的潜能。探索性实验中根据VER不同,设置了两组培养体系:VER=0.2和VER=0.7;每组内分别设置了ST=10、30、60 min的平行试验。扩展培养实验中设置了三组培养体系:VER=0.2,VER=0.5和VER=0.7;每组内分别设置了ST=10、60 min的平行试验。两步实验接种均为以实际二级处理出水为底物,实验室培养形成的以小球藻和栅藻为主的混合藻液。该混合藻液沉降性能较差(~30%)。探索性实验结果显示,通过施加沉淀时间和体积交换比等选择性压力确实可以淘汰沉降缓慢的微藻种属,实现可沉降微藻种属的富集培养。其中,VER=0.2时的培养体系最终选择出的优势微藻种属为颤藻(Oscillatoria sp.);实验期间最高生物量(MLSS)达2.745 g·L-1。而VER=0.7时的培养体系最终选择出的优势种属为直链硅藻(Melosira);实验期间最高生物量高达4.515 g·L-1。这两种优势种属均为沉降性能极佳的大型丝状微藻。它们在系统稳定运行期间,沉降率均可达100%。扩展实验中因VER不同,形成3种优势微藻体系:(1)颤藻(VER=0.2);(2)硅藻-颤藻共存(VER=0.5);(3)硅藻(VER=0.7)。对比两步实验不难发现:低VER易形成颤藻,高VER致硅藻出现,中VER则两种微藻兼有之。因此通过控制VER,完全可实现对可沉藻的定向培养。VER越高,沉降性能提升越快:VER=0.2、0.5和0.7时达到97%沉降率所需培养时间分别为32、15和11 d;而同一体系中不同ST对沉降性能的提升基本没有影响。这说明高VER是快速富集可沉降种属的决定性因素。在水质净化方面,优势微藻种属对氮、磷的去除显示出不同的特点:(1)颤藻(VER=0.2)对硝酸氮(NO3-)的去除能力最强,去除率达98.7%(出水NO3--N浓度为0.04 mg·L-1);而硅藻-颤藻(VER=0.5)硅藻(VER=0.7)系统对NO3-的去除率分别为83.7%和64.1%(出水NO3--N浓度分别1.7和3.7 mg·L-1)。(2)磷的去除则基本不受优势种属影响,各体系均实现了平均99%以上的极佳除磷效果(出水PO43-浓度持续低于0.05 mg P·L-1)。藻细胞收获后可能具有一定的资源/能源利用价值。在扩展实验稳定运行期间,分别检测了富集微藻中的油脂、蛋白质和多糖含量。测定结果显示,所筛选出的颤藻和硅藻中油脂含量不高,分别为6.5%和10%,用于生物柴油生产的潜力不大。但蛋白质含量分别为47%和41%,可考虑对其中蛋白质的利用。以上研究表明,通过施加选择性压力可以从混合藻液中富集培养出沉降性能极佳的微藻种属。较大的体积交换比是快速富集可沉降微藻种属的关键选择性压力。此外,体积交换比还决定着优势微藻种属的类别。可沉藻的富集意味着实现微藻高密度培养和高负荷污水深度净化的良好潜力。 【关键词】：微藻 沉降性 污水深度净化 颤藻 硅藻 生物资源
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.1.1 污水深度净化的必要性10
• 1.1.2 污水深度净化的现状10-11
• 1.2 微藻净化污水的研究现状11-16
• 1.2.1 微藻净化污水的优势11-12
• 1.2.2 微藻利用营养物质的原理12-13
• 1.2.3 微藻净化污水面临的问题13-15
• 1.2.4 影响微藻生长的因素15-16
• 1.3 课题来源16
• 1.4 研究内容及意义16
• 1.4.1 主要研究内容16
• 1.4.2 研究目的及意义16
• 1.5 论文概述16-18
• 第2章 实验材料与方法18-28
• 2.1 实验概述18
• 2.2 微藻培养系统18-22
• 2.2.1 接种藻液及特性18-21
• 2.2.2 试验装置及运行21-22
• 2.3 常规指标检测方法和仪器22-28
• 2.3.1 主要指标检测方法22-27
• 2.3.2 常规检测仪器27-28
• 第3章 选择富集沉降性微藻的探究实验28-39
• 3.1 实验目的28
• 3.2 实验方案28-29
• 3.2.1 微藻系统的运行与控制28-29
• 3.2.2 微藻系统的监测29
• 3.3 结果分析与讨论29-38
• 3.3.1 优势藻属富集稳定性29-31
• 3.3.2 微藻细胞总生物量的累积31-33
• 3.3.3 生物沉降性能33-35
• 3.3.4 出水水质35-37
• 3.3.5 生物质潜能探究37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 选择富集培养可沉降性微藻实验与污水深度净化39-65
• 4.1 实验目的39
• 4.2 实验方案39-40
• 4.2.1 微藻系统运行与控制39-40
• 4.2.2 微藻系统的监测40
• 4.3 结果分析与讨论40-63
• 4.3.1 系统p H的变化40-42
• 4.3.2 优势藻属选择富集42-43
• 4.3.3 微藻的生长累积情况43-48
• 4.3.4 系统生物沉降性能48-51
• 4.3.5 出水水质51-59
• 4.3.6 系统氮平衡59-62
• 4.3.7 系统磷平衡62-63
• 4.4 磷空白小试63-64
• 4.4.1 空白小试设计63
• 4.4.2 结果与分析63-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第5章 微藻生物质潜能探究实验65-72
• 5.1 实验目的65
• 5.2 实验方案65-68
• 5.2.1 微藻蛋白质测定65-67
• 5.2.2 微藻多糖测定67-68
• 5.3 实验结果分析与讨论68-70
• 5.3.1 蛋白质含量的测定68-69
• 5.3.2 多糖含量的测定69
• 5.3.3 油脂含量的测定69-70
• 5.4 本章小结70-72
• 第6章 结论与建议72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 建议73-74
• 参考文献74-79
• 致谢79

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

污水回用技术进展及发展趋势    李国新;颜昌宙;李庆召;

城市污水深度处理与水资源可持续利用    张杰,曹开朗

太湖浮游硅藻时空演化与环境因子的关系    刘霞;陆晓华;陈宇炜;

乙醇-超声法在浮游植物叶绿素a含量测定中的应用    杨洪芳;丁峰元;陈德辉;

浮游植物体内叶绿素a测定方法的改进    吴志旭,张雅燕

螺旋藻多糖对机体免疫功能的提高作用及其机理研究    刘力生,郭宝江,阮继红,王勤,戴馨仪,陈林香,吴伯堂

乙醇法测定浮游植物叶绿素a含量的讨论    张丽彬;王启山;徐新惠;丁丽丽;任洪强;

南北方污水处理厂进水水质特性分析    张玲玲;陈立;郭兴芳;申世峰;陶润先;李劢;熊会斌;

氮磷比对两种蓝藻生长及竞争的影响    孟顺龙;裘丽萍;胡庚东;瞿建宏;范立民;宋超;陈家长;徐跑;

我国城镇污水处理厂建设运行现状及存在问题分析    宋连朋;魏连雨;赵乐军;董兴震;朱雁伯;

水体富营养化发生原因分析及植物修复机理的研究    童昌华

海洋微藻多糖的提取分离纯化和结构特征研究    李亚清

高油脂微藻的筛选及其在再生水中的产油特性研究    杨佳

微藻深度净化城市污水的实验研究    刘斌

几种理化因子对一株野生丛粒藻生长的影响    谢仁荣;

硒对异养小球藻生长及品质的影响    刘少华;蔡小宁;陈舒泛;戴婷;钱亮;

地表水中浮游植物叶绿素a提取方法的改进研究    冯青英;唐怡;李丽容;

聚球藻、盐藻荧光特性研究    蔡尽忠;庄峙厦;谢增鸿;王小如;

光生物反应器中集胞藻6803的光衰减及其生长动力学研究    张文婷;任越;张英俊;张志斌;

球等鞭金藻OA-3011积累脂肪酸的条件研究    刘云鹤;张钱宝;周鸣谦;许兵;

海洋微生物活性物质的研究进展    李冰;徐涛;蔡敬民;

海洋硅藻叶绿素a测定方法的改进    施建乐;朱明新;蒋皎梅;徐炎华;

富油微藻Monoraphidium sp.的分离及其油脂提取工艺研究    杨勋;刘平怀;郝宗娣;时杰;张森;

低温胁迫对螺旋藻细胞内游离脯氨酸含量的影响    袁淑珍;栗淑媛;乔辰;

营养盐浓度对共培体系中沉水植物、铜绿微囊藻的生理影响    蔡叶红;赵联芳;朱伟;

地表水浮游植物叶绿素a测定方法比较研究    翁笑艳;林美爱;严颖;

呼和浩特市污水资源化问题研究    曹建军;宋虹苇;

螺旋藻药理研究现状及其在基因工程方面的研究进展    曾文辉;何艳宇;

一种新型有机硫杀菌剂的合成及应用    姚光源;张迪彦;张磊;马浴铭;滕厚开;

美国的水资源管理、保护及启示    肖传成;

景观水体富营养化的生物修复    解丽霞;陈干辉;蔡玉彬;

富铬、硒螺旋藻与富铬、硒酵母    张春阳;张宏绪;

螺旋藻多糖的生物活性研究    季宇彬;侯洪宝;高世勇;

螺旋藻多糖的生物活性研究    季宇彬;侯洪宝;高世勇;

聚球藻7942光自养本征生长动力学及其能量利用研究    颜日明

布朗葡萄藻的培养优化与分离技术    徐玲

脂肪酸标记在黄海生态系统营养关系研究中的指示作用    刘梦坛

聚球蓝藻7002类胡萝卜素的生理功能及其代谢工程研究    朱跃辉

城市河道底泥营养盐释放及化学修复研究    黄建军

生态工业园风险识别与废弃物交换价格研究    苏青福

螺旋藻种质与形态重建的分子遗传学研究    李晋楠

EM技术在水处理领域的系统应用研究    王平

栀子组织和悬浮细胞培养及其多糖的分离纯化和生物学活性的研究　    石若夫

城市污水再生回用系统分析及模拟预测    李梅

杜氏盐藻异养转化藻株的鉴定及初步功能分析    吕文兵

产油脂酵母菌株的选育    孔凡敏

杜氏盐藻高产玉米黄素突变株的诱变筛选及生物学特性的研究    武昌俊

微藻的溶气气浮采收技术研究    高莉丽

培养条件对海水小球藻生长及油脂积累的影响    江怀真

温度和硅胁迫对三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）生长和脂肪酸组成的初步研究    潘瑾

丛粒藻形态多样性、遗传多样性分析与培养条件优化    王朋云

海藻中岩藻黄素的分离鉴定及抗肿瘤活性研究    汪曙晖

环境因素对浮游生物脂肪酸影响的研究    张玉君

UV-B对南极小球藻生理活性的影响    孙丽

壳聚糖絮凝微藻富集的研究进展    李若慧;叶晓;程艳玲;

生物柴油的开发利用现状分析    张无敌;尹芳;李建昌;刘士清;官会林;王赫麟;毛羽;

藻类细胞固定化技术处理污水的研究进展    张静霞;

从微藻中提取多不饱和脂肪酸    吴庆,蔡昭玲,丛威,马润宇

灵芝多糖的免疫药理学研究及其意义    林志彬

四种生态类型的水生维管束植物净化能力的研究    曹萃禾

水生维管束植物处理污水及其综合利用    田淑媛,王景峰,朗铁柱,杨秀文

西北地区城市污水再生回用技术    李梅,黄廷林

太湖生态修复治理工程    陈荷生

三峡水库蓄水后的浮游植物特征变化及影响因素    张远;郑丙辉;刘鸿亮;

北京市水资源可持续利用的重大举措——城市污水资源化示范工程    曲际水;张韵;方先金;

城市污水再生利用健康风险评价理论与方法研究    仇付国

微生物聚集体的相互作用及形成机制    刘晓猛

提取测定淡水藻中叶绿素a的方法研究    万修志

重庆长江嘉陵江交汇段浮游藻类变化规律研究    宋丽娟

嘉陵江出口段富营养化预测中参数藻的探寻与确立    侯亚芹

我国富油微藻制油取得初步成果    李晓兰;

能源微藻与生物炼制    范晓蕾;郭荣波;魏东芝;

氮、磷对微藻生长和产毒的影响    曾玲;文菁;徐春曼;

微藻油脂制取技术的研究进展    蒋晓菲;周红茹;金青哲;王兴国;

微藻研究进展及产油的影响因素    张宇;王志成;张玥;周红霞;

我国最大的微藻开发研究中心建成    中水

能源微藻培养系统    陈潮洲;沈英;

微藻能解二氧化碳排放之难吗    李闻芝;

微藻碳水化合物生产生物燃料的研究进展    赵永腾;李涛;徐军伟;赵鹏;余旭亚;

影响富油微藻高密度培养及产油因素研究进展    张森;华美云;杨渝杰;刘平怀;

超微藻不同类型水体分布状况及其环境意义    王建;谢平;高村典子;

金融危机推动了微藻生物柴油的兴起    闵恩泽;

微藻絮凝沉降采收的优化    郑迪;陈晖;

高含油量、高生物量微藻的筛选及发酵试验的初步研究    贺国强;邓志平;陈三凤;

淡水微藻的砷积累和甲基化研究    杨永建;李红华;李洁;张同亮;王喜智;张庆华;

微藻费托燃油路线的能量平衡和温室气体排放的生命周期清单分析    彭朴;张晓昕;孟祥堃;宗保宁;

异养-稀释-光诱导串联培养——微藻培养领域一项崭新的平台技术    李元广;王伟良;沈国敏;金建;

高密度高含油率微藻培养研究进展    刘振强;陆向红;晏荣军;敖慧;梅晓冬;高婷;计建炳;

6种微藻对氯霉素和硫酸新霉素敏感性研究    杨芳芳;李爱芬;万凌琳;吴洪;尹顺吉;张成武;

微藻产油的技术问题与出路    向文洲;苏娇娇;徐少琨;何慧;萧邶;

生物技术崛起“微藻产业”    记者　 张尚武 徐荣

我省筹建世界首家微藻工程中心    姚学文 通讯员　 唐毅

痴心不改“创”微藻    郭可同 寇勇

小微藻有望带来大产业    记者 阎红

微藻：下一个能源巨人    本报记者 刘洪宇

我微藻变油收获时间明朗    记者 庞利萍

微藻：古老植物变身“超级食品”    本报记者 佘惠敏

微藻固碳实验出成效    本报记者 周迎久

开发红球藻资源 建新型微藻产业    肖莉

中国微藻产业走势的思考    国家科技部中国农村技术开发中心李定梅

微藻油脂合成调控及膜分散原位萃取研究    张芳

微藻高油脂的生物合成与膜基萃取研究    冯国栋

微藻综合品质信息快速无损获取技术和方法研究    吴迪

能源微藻筛选及其基因工程基础研究    万民熙

大型海藻对有害赤潮微藻克生效应的实验生态学研究    王仁君

铁对几种不同代谢类型微藻的生长和油脂积累的影响    刘志媛

产油微藻的分离及藻—藻共培养的研究    赵鹏

融合微藻Tetraselmis sp.-1的鉴定、培养及动力学研究    沈继红

小球藻培养过程代谢机制的跨组学研究    陆姝欢

微藻在不同波长光谱下生长规律及水热液化制备生物质油的优化工艺研究    魏萱

富油微藻筛选及油脂组分与影响因素研究    孙珊

产油微藻的筛选、鉴定及其培养条件的研究    胡文军

沙漠富油微藻的筛选及其脂代谢相关基因的研究    龚春霞

以生活污水为底物的产油微藻筛选与培养条件优化研究    仪超

利用猪场沼液养殖微藻连续系统的设计和应用    刘伟

南海微藻的分离、鉴定及脂肪酸特性分析    宗娜娜

产油微藻的筛选评价与诱导油脂积累研究    崔静

微藻优化培养、采收及沼液培养微藻的研究    刘振强

产油微藻的高密度培养工艺研究    万晶晶

热带微藻产油性能的评价及油脂积累影响因素研究    杨勋