栅藻在纤维乙醇废水中培养与收集技术的研究

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将微藻培养和废水处理相结合不仅可以有效降低微藻培养成本,同时也可以降低废水处理成本。其中,纤维乙醇废水(Cellulosic Ethanol Wastewater,CEW),作为一种新型来源的废水,受到了国内外的广泛关注。纤维乙醇废水因含有酚、酮、醛、苯和一些杂环等化合物而具有非常高的 COD、氨氮和色度。因此,往往采取氧化沉淀预处理、好氧厌氧双发酵以及氧化沉淀深度处理等多种工艺联合处理。在废水的处理过程中会伴随着大量的营养物质损失。因此,将纤维乙醇废水用于微藻培养具有重要的实际意义。  本文采用UV和EMS法对栅藻Scenedesmus sp.(FACHB-489)进行了诱变,并用硫酸亚铁预处理后的纤维乙醇废水成功筛选出了三株耐高浓度纤维乙醇废水的突变株。通过比较突变株在废水中的生物质产量及其对废水的净化效果,确定了一株最佳突变株藻种。然后,对初始接种密度、温度、pH、光照强度、通气速率和 CO2浓度进行了单因素优化,并在自主改良设计的板式光生物反应器中对突变株进行了培养。最后,采用自沉淀、离心分离和化学絮凝的方法对栅藻突变株进行了回收。得出如下结论:  (1)采用UV法成功筛选出了三株耐高浓度纤维乙醇废水的突变株MU1、MU2和 MU15。进一步分析比较后发现,三株突变株在废水中的产量及其对废水的净化效果均有显著提高。其中,MU1突变株的生物质产量(1074.8 mg·L-1)显著高于其他藻株(P<0.05);对废水氨氮去除率(71.6%)、总磷去除率(47.1%)和色度去除率(17.8%)也高于出发株、MU2和MU15。通过遗传稳定性试验发现,三株突变株在纤维乙醇废水中均具有良好的生长稳定性和产油脂蛋白能力。综合分析后发现MU1在净化纤维乙醇废水和作为生物质产品生产原料方面具有更大的应用潜力。  (2)在接种密度0.3 g·L-1、温度25℃、pH6、光照强度5000 Lx、通气速率0.3 vvm、通气周期为通气5 min:闭气115 min以及CO2浓度为3%的条件下,将MU1接种到纤维乙醇废水中,突变株产量、COD去除率(CODrr)、总氮去除率(TANrr)、总磷去除率(TPrr)和色度去除率(CHRrr)相比微藻诱变筛选时分别提高了35.7%、60.6%、9.1%、36.5%和178.7%,说明优化条件后微藻产量及其对废水的净化效果显著提高。  (3)分别采用自沉淀、离心分离和加入0.1 g·L-1的硫酸铝絮凝处理的方法对栅藻突变株MU1进行回收,微藻回收率分别达到74%、87.3%和95.5%。因此,从经济节约的角度考虑,纤维乙醇废水中回收栅藻突变株时,可采用自沉淀、离心分离和硫酸铝絮凝相结合的收集方法。
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