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小球藻与地衣芽孢杆菌联合体系脱氮除磷效果的研究

刘燕  
【摘要】:近年来,随着大量含氮磷的工农业废水和生活污水排入水体,富营养现象出现频繁,严重威胁水生生态平衡和饮用水安全。鉴于氮磷引起水体富营养化等问题,生物脱氮除磷技术成为控制废水氮磷排放的研究热点。藻类是一类非常原始但却十分重要的水生生物资源,国内外对发挥藻类净化污水的潜力进行了研究并取得很大进展,其中藻类与细菌联合体系因其在自然界的广泛存在并能有效地去除氮磷等污染物质而受到关注。 本论文在对比不同藻类对氮磷的耐受性与去除效果的基础上,定向筛选脱氮除磷优势藻种。通过单因素试验确定优势藻种脱氮除磷的最佳条件,并进一步选择环境中常见的地衣芽孢杆菌与优势藻种建立藻菌联合体系,探讨其对污水中氮磷的去除效果,得出以下主要研究结论: (1)四种淡水藻(小球藻、钝顶螺旋藻、斜生栅藻和莱茵衣藻)对NH4-N、NO3-N和PO4-P都有一定的去除能力和耐受性。其中,小球藻对NH4-N和PO4-P去除效果最好,去除率分别为63.25%和91.73%;钝顶螺旋藻对NO3-N表现出较强的去除能力,去除率达82.63%;小球藻在四种淡水藻中表现出较强的耐污能力和较高的生长速率。综合评价后选择小球藻作为脱氮除磷的优势藻种。 (2)小球藻对NH4-N,NO3-N和PO4-P的吸收动力学过程均符合米氏方程,其Km和Vmax分别为19.89μg/(107cell·d)、21.23μg/(107cell·d)、16.21μg/(107cell·d)和10.4mg/L、8.8mg/L、9.12mg/L。小球藻脱氮除磷的最佳条件为:初始藻密度1×106cell/mL,N/P=5:1,光照强度为2800Lux。 (3)小球藻与地衣芽孢杆菌联合体系对NH4-N、NO3-N和PO4-P的去除效果均大于单一体系。其中,藻菌体系对NH4-N的去除能力最为显著,6d的去除率达90.23%,而小球藻对NH4-N的去除率仅有43.8%,地衣芽孢杆菌对NH4-N未显示出明显的去除效果;6d后,藻菌体系对NO3-N的去除率为94.15%,而小球藻和地衣芽孢杆菌单一体系对NO3-N的去除率分别仅为70.11%和67.16%。 (4)地衣芽孢杆菌对小球藻的生长起到了一定促进作用。以NH4-N作为唯一外加氮源时,由于实验过程中藻菌体系pH大幅降低,chla含量出现了先增加后降低的现象。通过调节体系的pH,藻菌体系chla含量显著提高,4d后体系的chla含量达到稳定(5.4mg/L),为单一藻体系chla含量的2倍;并且对NH4-N的去除率较未调pH值的藻菌体系增加了15%。在以NO3-N作为唯一外加氮源时,藻菌体系体系的pH值稳定在6-7左右,5d后体系的chla含量达到稳定(4.25mg/L),较单一藻体系提高了34%。 (5)在以NH4-N作为藻菌体系唯一氮源时,扫描电镜观察发现低pH值胁迫使藻细胞胞外分泌物逐渐增加,并使藻细胞形态从外部褶皱变化为外形密实;透射电镜结果表明低pH值胁迫时,藻细胞产生防御应答而在细胞外形成一层致密的保护层并逐渐增厚,部分藻细胞因营养缺失而内耗自身物质呈现出空壳状态。调节pH稳定于7,可以改善藻细胞生理状态和藻细胞活性。


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