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微藻异养培养用于废水脱氮除磷的研究

MURWANASHYAKA Theophile  
【摘要】:含有大量营养物质的废水会导致自然水体富营养化,而使用藻类对其进行处理能够有效地达到安全排放。微藻的异养培养能加速微藻的生长,还能有效去除废水中的营养物质。高生物量的产出能使大规模的生产过程在经济上可行。但是,实验数据的缺乏限制了这项进展过程中的评价和模型建立,因而影响了实际应用。另一方面,虽然生物同化作用已被广泛认为是藻类脱氮除磷的主要机制,微藻在脱氮除磷过程中的代谢流程尚不清楚。因此,本研究旨在提高微藻在异养培养条件下脱氮除磷的效果和认识微藻脱氮除磷的生物机制,其中使用Chlorella sorokiniana 为 模式藻。对营养吸收机制中的基因nrt2、nr和ppk的分析证明:它们的表达直接受到氮和磷的外部浓度的影响,这表明了 C.sorokiniana的养分同化过程与其代谢活动而不是生物量的增长相关。当最初的营养物质量为123.6mg NL-1和26.8mg P L-1时,最高的去除率可达99%,因此可见N、P去除速率和效率与其初始浓度密切相关。本研究表明,微藻细胞生物质、碳水化合物、脂质的积累和C、N、P的去除效率的累积趋势是废水中C、N、P含量的函数,对该系统建立模型并进行了验证。为了处理低负荷量的废水,本文建立了微藻的异养培养与膜处理相结合的MMBR系统,既提高了脱氮除磷效率,又提高了藻水分离效率,实验结果表明,MMBR可分别取得了 96.31%-98.08%的总氮去除率和93.97%-99.4%的总磷去除率,并且在62天运行后生物量达到了 32.3 g L-1,大大提高了废水的处理能力和藻细胞富集的积累。总而言之,与现有研究相比,本研究证明了微藻的异养培养是一种先进的废水处理技术,具有合理的处理性能。尽管如此,还需要进一步的研究来优化培养参数,在代谢途径上深入探究分子机理,并重建一个动态的代谢模型,以适当地将细胞外和细胞内的现象与藻类的脱氮除磷工艺联系起来。


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