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微藻相对于传统生物能源作物具有繁殖快、生产效率高、含油量高、不占用耕地等优势,利用微藻作为生物能源原料成为近年来生物质能源领域的研究热点。然而,目前微藻能源的生产成本仍然过高,限制了实现商业化和规模化养殖。因此,如何降低其生产成本是相关科研亟需解决的重点和难点。微藻生产过程涉及到藻种选育、培养、收获、油脂提取等多个环节,其中,微藻培养涉及的因素最多,该环节具有巨大的改进潜力。目前微藻培养过程需要投入大量的人力、营养物质及能耗。利用污水培养微藻不仅可以减少营养物质的投入,还可以对污水进行深度处理,有效地利用氮磷资源,避免造成水体富营养化,同时培养的微藻还可以作为生物能源原料。本研究选用厦门某污水处理厂进水口和出水口污水分别对3株纯藻(小球藻、布朗葡萄藻和斜生栅藻)和混合藻进行培养,研究微藻的生长状况、污水中氮磷的去除效率、以及微藻细胞内油脂的积累,主要研究结果如下:
1.小球藻在进、出水口污水稀释50%条件下生长最好,浓度分别达到4.25×109 ind./l(干重0.278 g/l)和3.54×109 ind./l(干重0.258 g/l)。小球藻对TN的去除率小于58.85%。在不同比例进水口污水,小球藻对NH4-N的去除率在83.33%以上,对NOx-N去除率在54.24%-85.17%间。在不同比例出水口污水,稀释50%和25%条件下对NH4-N去除效果最好,对NOx-N去除率在88.70%-98.32%间。对进水口污水各处理TP的去除率大于90.12%,对出水口各处理的去除率在62.43%-91.98%之间,对所有处理的PO4-P的去除率大于91.72%。
2.布朗葡萄藻培养8周后,在进水口污水75%和出水口污水50%条件下生长最好,浓度分别达到2.58×109 ind./l(干重0.330 g/l)和2.16×109 ind./l(干重0.320 g/l),在100%进水口污水,布朗葡萄藻几乎没有生长。布朗葡萄藻对TN的去除率在15.65%-80.34%之间。经过布朗葡萄藻6周左右生长,NH4-N浓度下降到检出限以下(0.05 mg/l)。布朗葡萄藻对进水口和出水口污水NOx-N的去除率分别大于80%和90%。对各处理TP去除率大于93.88%,对PO4-P的去除率大于90%;
3.斜生栅藻在75%的出水口污水中生长最好,生长最慢的为出水口污水100%(即未稀释)条件下,但三种处理生长最后浓度差异不显著(p>0.05)。斜生栅藻对各处理TN的去除率在53.36%-56.17%之间,对NOx-N去除率大于80%,生长后期NH4-N浓度在检出限以下(0.05 mg/l)。对各处理TP的去除率大于82.56%,对PO4-P去除率大于90%。本实验测得污水100%、75%、50%条件下斜生栅藻干重的脂含量分别为13.88%、13.27%和11.26%。
4.混合藻在出水口污水75%中生长最好,生长最慢的为出水口污水100%(即未稀释)条件下,三种处理生长速率差别不大,但达到显著差异(p=0.04)。混合藻对各处理TN的去除率在26.22%-50.11%之间。经过15天左右生长,NOx-N浓度下降到检出限以下(0.01 mg/l),生长后期NH4-N浓度在检出限以下(0.05mg/l)。各处理组对TP的去除率大于95.67%,对PO4-P去除率大于90%。本实验测得污水100%和75%条件下混合藻干重的脂含量分别为11.34%和9.81%。