利用市政污水培育产油斜生栅藻的研究

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能源短缺与水体富营养化现象加剧是我国目前面临的两大难题。利用市政污水培育产油微藻用于生产生物柴油,不但能够降低生物柴油的生产成本,缓解能源短缺问题;而且可以转移污水中的N和P而净化废水,有助于减轻水体富营养化,保护水体环境。本课题通过查阅相关文献,选取并购买了四种产油微藻。通过考察四种微藻对污水的适应性及脂肪产量,确定一种微藻作为继续研究的对象。在进一步研究中考察了光照、pH、营养物质对该藻种产脂的影响,以及不同处理阶段市政污水培养微藻时藻种的产脂情况及污染物的去除情况,此外还考察了原水水质波动对藻种产脂的影响。最后对影响藻种脂肪产量的几种主要因素进行了优化分析,确定了藻种最佳产脂条件,并在人工污水和实际污水中进行了实验验证。得到的具体成果如下:1)斜生栅藻在污水中表现出最高的比生长速率(0.47d-1)和最高的脂肪产量(0.25g/L);氮充足情况下培养时脂肪含量约为20.8%,相对较高;在污水中容易成为优势藻种;且斜生栅藻油脂以饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸为主,符合生产生物柴油的标准。因此本课题选择斜生栅藻作为市政污水培养产油微藻的进一步研究对象。2)环境因子对藻种产脂的影响中:斜生栅藻生长及产脂的最佳光照强度为10 000lx,且具有耐高光照强度能力。光照周期对藻种的脂肪含量几乎没有影响,脂肪产量随光照时间的增加而增加。斜生栅藻适宜在中性及偏碱性条件下生长。市政污水主要呈中性,且污水培养微藻过程中由于CO2的不断消耗会导致pH升高,因而应用生活污水培养斜生栅藻时pH条件不会对藻种生长产生抑制作用。pH对藻种的脂肪含量没有影响,脂肪产量与藻产量呈正比。当氮浓度固定(75mg/L),初始磷浓度在1mg/L8mg/L之间的变化对斜生栅藻的脂肪含量与脂肪产量影响不大。当磷浓度固定(3mg/L),尿素浓度在20mg/L60mg/L变化时,随氮浓度的增加最终藻密度增加,而脂肪含量随之减少,45mg/L时总脂肪产量最高。氨氮是藻种生长及产脂的最佳氮源。加富CO2可以提高藻种的生长速率及藻产量,但CO2浓度过高会对藻种的生长和产脂产生抑制作用。不适宜投加碳酸盐作为碳源。利用初沉池及二沉池出水污水培养斜生栅藻,连续培养10天后总脂肪产量分别为0.38g/L和0.33g/L。与国内外文献比较,两种污水培养斜生栅藻时脂肪产率优于其他文献中的研究结果。初沉池出水中氨氮为主要氮源且浓度较高,促进了斜生栅藻的生长及产脂,但需进一步提高CODcr的去除效率。此外,原水的水质波会导致最终的脂肪产量的波动,可根据需要增设调节池。4)通过对影响藻种脂肪产量的几种主要因素进行多因子优化研究,确定了斜生栅藻的最佳产脂条件为:光照强度为14 500lx;光照周期为22:2;TN为97mg/L;TP为11mg/L;通入CO2量为9.8%。拟合出最高脂肪产量为0.336g/L。该最佳条件的人工污水验证结果为0.367g/L,相对偏差为8.34%,与相关文献中其他优化结果相比具有优势。实际污水条件下的验证结果中市政污水中的测定值为0.38g/L,高于拟合值及相同条件下人工污水中的测定值,相对偏差为41.17%。主要是由于实际污水的营养物质丰富,细菌降解CODcr后进一步为藻类提供CO2。二次回归方程还有待进一步的优化。
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