固定化铜绿微囊藻及其对畜禽废水的净化研究

论文摘要

本文选择了我国水华的优势藻种铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）作为实验材料,分别采用海藻酸钠（SA）和聚乙烯醇（PVA）为固定化载体对铜绿微囊藻进行固定化实验,采用正交试验的方法确定两种包埋剂包埋固定化铜绿微囊藻的最佳条件,通过模拟污水试验研究了两种载体的固定化方法在不同影响条件下对氮磷的去除效果,并采用最佳包埋条件下的固定化铜绿微囊藻处理畜禽养殖废水,研究固定化铜绿微囊藻在实际污水中的生长及对实际污水中氮磷等营养元素的去除效果。研究结果如下.（1）正交试验以成球情况、机械强度、传质时间以及对NH4+-N和TP的净化能力为指标,考察包埋剂浓度、交联剂浓度、交联时间和包埋量等因素对上述指标的影响,从而确定海藻酸钠凝胶藻球的适宜包埋条件是：3%的海藻酸钠溶液,5%CaCl2溶液,2h交联时间,1：1的包埋量（海藻酸钠v：藻液v）；而聚乙烯醇凝胶藻球的适宜包埋条件是：10%聚乙烯醇-0.5%海藻酸钠溶液,交联剂为饱和硼酸-2%CaCl2的混合溶液,12h交联时间,1：2的包埋量（聚乙烯醇-海藻酸钠v：藻液v）。在此条件下固定的铜绿微囊藻球具有较高的生物活性、较好的强度以及传质性能。（2）通过模拟污水试验研究两种载体（海藻酸钠和聚乙烯醇）的固定化方法在不同影响条件下对氮磷的去除效果。研究表明将光强控制在25001ux-30001ux,温度为25℃、pH为8左右时最适合包埋固定化铜绿微囊藻去除污水中的氮磷；采用高密度藻珠（5×106）、将凝胶藻珠与污水比例控制在10%-14%的范围内、污水中氮磷比的范围在5：1-10：1内,对模拟污水中的氮磷的去除效果较好。（3）将铜绿微囊藻固定在海藻酸钠（SA）和聚乙烯醇（PVA）中,对不同浓度的畜禽污水进行净化,研究其对实际污水中TN,NH4+-N,TP,PO43-P和COD的净化效率以及净化过程中铜绿微囊藻的生长、叶绿素a含量的变化,并与未固定的铜绿微囊藻进行对照比较实验,同时还研究了固定化藻细胞对污水pH值的影响及藻细胞的溢出量。研究结果表明,实际污水经过6d的净化处理,固定化铜绿微囊藻细胞对氮磷的去除效果明显高于悬浮藻细胞,对于不同浓度的畜禽污水,SA凝胶藻颗粒对各物质的平均去除率都要高于PVA凝胶藻颗粒；与悬浮藻相比,最终固定化藻细胞的数量和叶绿素a含量都高于悬浮藻细胞的数量和叶绿素a含量,在试验后期PVA凝胶藻球中的藻细胞数量和叶绿素a含量高于SA凝胶藻球；试验开始后水中的pH值不断的增大,最后趋于平稳,最终稳定在9左右；从试验开始SA胶球的藻细胞泄漏量一直大于PVA藻球的泄漏量,到了实验后期,SA胶球的藻细胞泄漏量几乎达到了PVA的两倍,这说明PVA固定的藻球具有更好的强度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 畜禽废水污染现状
• 1.2 畜禽废水的主要处理技术
• 1.2.1 厌氧处理技术
• 1.2.2 好氧处理技术
• 1.2.3 自然处理法
• 1.2.4 混合处理法
• 1.3 藻类在污水净化中的应用与研究进展
• 1.3.1 藻细胞净化污水的原理
• 1.3.1.1 对氮、磷的去除
• 1.3.1.2 对重金属的去除
• 1.3.1.3 对有机化合物的降解
• 1.3.2 藻类应用在污水处理中的方法
• 1.3.2.1 着生藻类生物膜
• 1.3.2.2 生物稳定塘
• 1.3.2.3 高效藻类塘
• 1.3.2.4 水力藻类床
• 1.3.2.5 藻类固定化技术
• 1.4 藻类固定化技术的研究概述
• 1.4.1 藻类固定化的发展
• 1.4.2 藻类固定化方法
• 1.4.2.1 半渗透膜法
• 1.4.2.2 吸附法
• 1.4.2.3 包埋法
• 1.4.3 藻类固定化载体的研究
• 1.4.4 藻类固定化应用现状及趋势
• 1.5 铜绿微囊藻作为实验材料的特点
• 1.6 课题研究的内容及意义
• 1.6.1 课题研究的意义
• 1.6.2 课题来源及研究内容
• 2 实验材料与研究方法
• 2.1 实验材料及方法
• 2.1.1 实验藻种及来源
• 2.1.2 培养基的配制
• 2.1.3 铜绿微囊藻的培养条件
• 2.1.4 其它重要试剂
• 2.1.5 固定化及脱固定化方法
• 2.1.5.1 海藻酸钠（SA）包埋法
• 2.1.5.2 聚乙烯醇（PVA）包埋法
• 2.1.6 模拟污水的配制
• 2.1.7 实际污水
• 2.1.8 主要仪器及设备
• 2.2 实验设计
• 2.2.1 悬浮铜绿微囊藻的生长研究
• 2.2.2 固定化与悬浮态铜绿微囊藻脱氮除磷对比研究
• 2.2.3 最佳包埋条件试验设计
• 2.2.4 单因素试验设计
• 2.2.5 固定化铜绿微囊藻对畜禽废水处理的设计
• 2.3 测定指标及分析方法
• 3 结果与分析
• 3.1 悬浮铜绿微囊藻生长曲线
• 3.2 固定化与悬浮藻脱氮除磷比较
• 3.3 最佳包埋条件的确定
• 3.3.1 海藻酸钠包埋法的实验结果与分析
• 3.3.2 聚乙烯醇包埋法的实验结果与分析
• 3.4 单因素试验结果与分析
• 3.4.1 温度对固定化铜绿微囊藻脱氮除磷的影响
• 3.4.2 pH对固定化铜绿微囊藻脱氮除磷的影响
• 3.4.3 光照对固定化铜绿微囊藻脱氮除磷的影响
• 3.4.3.1 光照强度的影响
• 3.4.3.2 光照周期的影响
• 3.4.4 N/P对固定化铜绿微囊藻脱氮除磷的影响
• 3.4.5 颗粒/污水对固定化铜绿微囊藻脱氮除磷的影响
• 3.4.6 藻密度对固定化铜绿微囊藻脱氮除磷的影响
• 3.5 固定化铜绿微囊藻对畜禽废水处理的研究
• 3.5.1 凝胶藻球对高浓度畜禽废水的处理分析
• 3.5.2 凝胶藻球对低浓度畜禽废水的处理分析
• 3.5.3 同一包埋剂对不同浓度畜禽废水处理的分析
• 3.5.4 固定化对藻细胞生长的影响
• 3.5.5 固定化藻细胞叶绿素a含量的测定
• 3.5.6 固定化藻细胞对水中pH的影响
• 3.5.7 藻细胞溢出量比较
• 4 结论与建议
• 4.1 结论
• 4.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果