利用小球藻凈化村鎮生活污水的預處理研究

王昱, 郭亞敏, 劉蔚, 劉娟娟, 李寶龍, 左一鋒

利用小球藻凈化村鎮生活污水的預處理研究

王昱1,2,3,*, 郭亞敏1,4, 劉蔚3, 劉娟娟1, 李寶龍1, 左一鋒1

1. 蘭州理工大學能源與動力工程學院,蘭州 730050 2.蘭州理工大學西部能源與環境研究中心,蘭州 730050 3. 中國科學院西北生態環境資源研究院內陸河流域生態水文重點實驗室, 蘭州 730000 4.鄭州自來水投資控股有限公司柿園水廠, 鄭州 450013

為提高小球藻()凈化村鎮生活污水的效率, 基于原水、沉淀、活性炭過濾、秸稈粉過濾等8種方法對村鎮生活污水進行預處理, 根據小球藻在不同預處理條件下的生長情況以及對污水中的TN、TP、COD和NH4+-N去除情況, 篩選出最佳預處理方法。結果表明: 經秸稈粉過濾之后, 小球藻比生長速率在第8天達到最大值, 為0.360 d-1, 并獲得最高生物質干重, 為0.826 g·L-1, 同時對污水中TP的去除效果達到最好, 去除率為92.22%; 污水經滅菌預處理之后, 小球藻對COD和NH4+-N的去除率最高, 分別為93.41%和86.21%; 利用活性炭過濾之后, 小球藻對TN的去除效果最好, 去除率為93.94%。從去除效果和經濟成本方面考慮, 最終選擇秸稈粉過濾作為小球藻凈化村鎮生活污水的最佳預處理方法。

小球藻; 村鎮生活污水; 預處理

0 前言

近年來, 隨著國家對環境污染治理力度的不斷加大, 工業廢水和城市污水處理率已分別超過90%和60%[1-3], 然而受地理條件、生活方式、經濟發展水平和技術適應性等因素的制約, 我國約有96%的農村地區沒有污水收集和處理系統[4], 大量未經處理的生活污水肆意排放致使農村地表水和地下水嚴重污染, 直接威脅著人們的生活環境和飲水安全[5]。在我國西北農村地區, 經濟發展水平不高, 進入秋冬季后氣溫降低, 使污水處理的難度進一步加大。因此, 根據西北地區的環境特點, 研發適合我國西北農村地區的污水處理技術是當前亟待解決的問題。我國西北農村生活污水分布較分散、日變化系數大, 不能照搬城市污水集中處理模式[6]。微藻可以快速吸收污水中的氮磷等污染物, 與傳統的生態化處理方式對比, 利用微藻進行污水處理既不占用土地資源, 又能實現分散化處理且不會造成二次污染, 并獲得生物質能源, 是解決西北村鎮生活污水的有效方法之一[7-9]。小球藻作為常見藻種不僅生長周期短、繁殖快, 而且耐受能力強, 被廣泛用于污水處理[10]。然而利用小球藻處理生活污水仍存在一定的局限性: 未經處理的生活污水中含有大量的懸浮物和固體顆粒, 使水體透光性變差, 導致小球藻的光合作用效率降低, 此外, 生活污水中的氮磷含量過高也會抑制小球藻的生長[11-13], 為使小球藻能夠應用于較高氨氮負荷的生活污水處理中, 需采用更為有力的強化預處理手段。

目前, 國內外學者對微藻凈化污水的預處理做了大量研究, Hu[14]等通過對污水進行一系列稀釋分析表明, 稀釋5倍后的污水最適合小球藻生長, 同時對水質凈化效果也最好; Chen[15]等采用高溫滅菌對雞糞沼液進行預處理, 培養的小球藻最高生長速率可達0.3458 g·(L·d)-1; 余宗苡[16]等對小球藻凈化豬場廢水的研究表明, 單一的小球藻對廢水中NH4+-N的去除率為59.27%, 而經三級過濾和小球藻聯合凈化污水后, NH4+-N的去除率提高24.21%?？梢? 預處理技術是微藻凈化污水能夠得以廣泛應用的關鍵因素, 同時這些預處理方法也可為后期微藻分離應用。目前這些研究停留在污水經過單一的預處理后對微藻生長的影響方面, 缺乏多種預處理方法對微藻生長及其凈化污水效果的對比研究。本文通過采用沉淀、活性炭吸附、秸稈粉過濾等8種預處理方法對比分析小球藻在污水處理及凈化過程中的生長趨勢及其對污染物的去除效果, 闡明不同預處理方法對小球藻的生長和凈化污水的影響, 最終篩選出利用小球藻凈化村鎮生活污水的最佳預處理方法, 以期為我國西北地區村鎮生活污水的處理提供數據支撐和參考。

1 材料與方法

1.1 實驗水樣和水質

本研究所用村鎮生活污水水樣取自蘭州市七里河區西果園鎮周家山村(103°45′14″E, 36°01′07″N)污水溝的三個不同位置, 每個采樣點采集5L污水, 按照《水和廢水監測分析方法》[17]低溫保存運回實驗室。各采樣點污水水質指標略有浮動, 各指標浮動范圍分別為: COD: 176.25—332.42mg·L-1; TP: 5.17—10.34 mg·L-1; TN: 60.32—81.48 mg·L-1; NH4+-N: 52.49—73.91 mg·L-1。具體水質見表1。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗藻種與培養基

本研究選用的實驗藻種為小球藻(), 購買于甘肅省科學院生物研究所。藻種采用BG11培養基[18]進行傳代培養, 保藏于4℃冰箱。

1.2.2 微藻的培養

因購買的小球藻體積不足以完成實驗, 需先在無菌條件下用BG11培養基進行擴大培養, 將處于對數生長期的小球藻作為種子液, 以相同初始濃度接種于300 mL村鎮生活污水中, 并放于課題組前期設計制作的恒溫控光水浴培養箱(長: 85 cm; 寬: 45 cm;高: 40 cm)中培養, 以未經過任何處理的村鎮生活污水作為空白對照, 設定培養溫度為(25±2) ℃, 光照強度為8000 lx, 光暗比為(L:D)16 h:8 h條件下, 培養13天, 每天搖晃兩次, 避免微藻產生絮凝或沉淀。

1.2.3 污水預處理方法

實驗選用以下8種預處理方法: 原水、沉淀、石英砂過濾、秸稈粉過濾、活性炭過濾、滅菌、濾膜(CA-CN水系混合纖維)＋砂芯過濾和稀釋50%, 稀釋50%是在前7種方法的基礎上進行的, 具體預處理條件編組見表2, 每組設三次重復。

表1 實驗用水(污水)水質 (mg·L-1)

1.3 分析方法

1.3.1 微藻比生長速率和干重的測定

比生長速率和干重是用來評價小球藻在一定時期內生長情況的重要指標, 同時也間接反映小球藻凈化污水的效果。比生長速率的測定: 利用UV765紫外可見分光光度計測出吸光度OD680值, 再利用公式計算比生長速率。計算公式為:

式中—比生長速率(d-1);0—接種時藻液的OD680值;t—培養天后藻液的OD680值;—小球藻培養時間。

小球藻干重的測定: 取20 mL小球藻藻液經預稱重(1)的微孔濾膜過濾、洗滌, 于105 ℃下烘干至恒重(2), 不加小球藻的空白對照組干重為0, 小球藻干重(g·L-1)的計算公式為:

1.3.2 水質測定與數據分析

污水水質采用《水和廢水監測分析方法》[17]中的國標法測定, 總磷的測定采用鉬酸銨分光光度法GB 11893—89; 氨氮的測定采用納氏試劑光度法GB 7479—87; COD采用水質化學需氧量的測定重鉻酸鹽法GB 11914—89; 總氮測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法GB 11894—89。采用統計軟件SPSS 22.0對數據進行單因素方差分析(one-way AVOVA)和顯著性分析, 顯著差異水平為<0.05。

2 結果與分析

2.1 不同預處理條件下小球藻的生長情況分析

2.1.1 不同預處理條件對小球藻比生長速率的影響

通過采用不同預處理條件下的村鎮生活污水作為培養基來培養小球藻, 考察小球藻的生長情況, 其比生長速率如圖1所示。小球藻比生長速率的時間序列表明, 在第1—8天之內小球藻的比生長速率不斷增大, 第8天達到最大值, 在第8—13天期間其比生長速率呈下降趨勢。預處理條件顯示, 在D1和D2(秸稈粉)預處理條件下小球藻生長最快, 第8天其比生長速率達最大值, 分別為0.360 d-1和0.347 d-1; 在E1和E2(活性炭)預處理后, 小球藻生長較快, 第8天其比生長速率分別達0.353 d-1和0.337 d-1, 僅次于小球藻在D1和D2(秸稈粉)預處理條件下的比生長速率; 而在A1和A2(原污水)中, 小球藻的生長速率最慢, 顯著(<0.05)低于其在預處理之后污水中的比生長速率, 第8天的比生長速率僅為0.291 d-1和0.321 d-1。

表2 村鎮生活污水預處理方法編組

圖1 小球藻在不同預處理方法下的比生長速率

Figure 1 Specific growth rate ofunder different pretreatment methods

2.1.2 不同預處理條件下小球藻的干重情況

依據小球藻在不同預處理條件下的比生長速率分析表明(圖1), 小球藻在第8 d(穩定期)的比生長速率達最高, 而最佳污水處理是利用小球藻將村鎮生活污水中的有機養分消耗枯竭, 故選取第8 d(穩定期)和培養結束后的藻液作為基準液測其干重, 具體結果見圖2。結果顯示, 小球藻在不稀釋污水中的產量高于稀釋50%污水中的產量; 基于預處理條件分析表明, 在D1和D2(秸稈粉過濾)條件下小球藻的干重最高, 分別為0.735 g·L-1和0.826 g·L-1, 顯著高于其他預處理條件下小球藻的干重(<0.05); 在A1和A2條件下的小球藻干重最低, 僅為0.485 g·L-1和0.527 g·L-1; 在E1和E2(活性炭過濾)預處理條件下, 小球藻的干重分別為0.614 g·L-1和0.747 g·L-1; 在C1和C2(滅菌)、F1和F2(石英砂過濾)及G1和G2(濾膜＋砂芯過濾)條件下, 小球藻的干重無顯著性差異(>0.05)。

2.2 不同預處理方法下村鎮生活污水中各指標的去除效果分析

2.2.1 不同預處理條件下小球藻去除污水中各指標的情況

村鎮生活污水中各指標含量在不同預處理條件下的變化情況見表3。整體而言, 各預處理方法均能降低污水中污染物的含量。其中, 原污水經沉淀預處理后, 各指標下降幅度較小, 具體為: COD下降2.38 mg·L-1, TP下降0.21 mg·L-1, TN下降1.20 mg·L-1, NH4+-N下降1.78 mg·L-1; 而C1(滅菌)、D1(秸稈粉過濾)、E1(活性炭過濾)、F1(石英砂過濾)和G1(濾膜＋砂芯過濾)對污水的凈化效果較好, 尤其是經E1(活性炭過濾)后, 污水中各污染物的去除效果達到最佳, 具體表現為: COD從225.63mg·L-1降至185.08mg·L-1, TN從66.26 mg·L-1降至58.42 mg·L-1, NH4+-N從63.79mg·L-1降至51.49 mg·L-1。

圖2 小球藻在不同預處理方法下的細胞干重

Figure 2 The dry weight ofin different pretreatment methods

表3 村鎮污水預處理后水質 (mg·L-1)

2.2.2 不同預處理條件下小球藻去除村鎮生活污水中TN的效果對比

在不同預處理條件下小球藻對村鎮生活污水中TN的去除效果見圖3。結果表明, 小球藻在未經稀釋污水中的去除效果比稀釋50%的污水去除效果好。小球藻在A1(原污水)中TN的去除效果最差, 去除率僅為75.70%; 而在E1(活性炭過濾)條件下, 小球藻對污水中TN的去除效果最好, 去除率為93.94%, 比原水中的去除率提高18.23%, TN含量從初始值66.74 mg·L-1降至4.04 mg·L-1, 達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)的一級A標準。另外在G1(濾膜＋砂芯過濾)條件下, 小球藻對污水中TN的去除率為93.63%, 僅次于在E1(活性炭過濾)條件下的去除率。其余預處理條件下小球藻對污水中TN的去除率無顯著性差異(>0.05), 約為92%。

2.2.3 不同預處理條件下小球藻對村鎮生活污水中TP的去除情況

在不同預處理條件下小球藻對村鎮生活污水中TP的去除效果見圖4。結果表明, 小球藻對不稀釋污水中TP的去除率均大于稀釋50%污水組中的去除率, 在A1(原污水)條件下, 小球藻對污水中TP的去除率最低, 僅為79.37%; 而在D1(秸稈粉過濾)條件下, 小球藻對污水中TP的去除率高達92.22%。另外在C1(滅菌)和G1(濾膜＋砂芯過濾)預處理條件下, 小球藻對污水中TP的去除率差異不顯著性(>0.05), 去除率均達90%。

圖3 小球藻在不同預處理方法下對TN的去除率

Figure 3 Removal rate of TN bywith different pretreatments

圖4 小球藻在不同預處理方法下對TP的去除率

Figure 4 Removal rate of TP bywith different pretreatments

2.2.4 不同預處理條件下小球藻去除村鎮生活污水中NH4+-N的效果對比

在不同預處理條件下小球藻對村鎮生活污水中NH4+-N的去除效果見圖5。在A1(原污水)條件下, 小球藻對污水中NH4+-N的去除率僅為73.58%; 在E1和E2(活性炭過濾)條件下, 小球藻對污水中NH4+-N的去除率分別為89.75%和88.83%, 相較于對TN、TP、COD的去除效果而言, 小球藻對污水中NH4+-N的去除效果較差; 而在C1和C2(滅菌)預處理條件下, 小球藻對污水中NH4+-N的去除效果最好, 去除率達93.41%, 比原水中的去除率提高約20%。

2.2.5 不同預處理條件下小球藻對村鎮生活污水中COD的去除結果

小球藻在不同預處理條件下去除村鎮生活污水中COD的結果顯示(圖6): 不稀釋組污水中COD的去除率均高于稀釋50%的污水組。在A1(原污水)和B1(沉淀預處理)條件下, 小球藻對污水中COD的去除率分別為73.31%和79.14%, 其中污水經沉淀之后, 對小球藻去除污水中COD具有較小的促進作用; 經C1(滅菌)和G1(濾膜＋砂芯過濾)后, 小球藻對污水中COD的去除率達85%。在C1(滅菌)條件下, 小球藻對污水中COD的去除效果最好, 去除率達86.74%, 與原污水對比, 去除率提高了13.43%。

圖5 小球藻在不同預處理方法下對NH4+-N的去除率

Figure 5 Removal rate of NH4+-N bywith different pretreatments

圖6 小球藻在不同預處理方法下對COD的去除率

Figure 6 Removal rate of COD byin different pretreatment methods

3 討論

3.1 不同預處理條件對小球藻的生長影響

在相同預處理條件下, 對比分析不稀釋組和稀釋50%組小球藻的比生長速率表明, 不稀釋組小球藻的比生長速率大于稀釋組的, 由于稀釋是在沉淀、滅菌、石英砂、秸稈粉、活性炭方法的基礎上進行的, 原村鎮生活污水經這些方法預處理后就能達到小球藻的最適生長環境, 不需要再進行稀釋, 這與Chen[19]等的研究結果基本一致。

本研究表明, 在D1和D2(秸稈粉過濾)條件下小球藻的比生長速率和干重均達到最大, 相較原水組其比生長速率提高了約24%, 干重增加了50%, 主要是污水經秸稈粉過濾后, 污水濁度降低, 有利于小球藻的光合作用。同時秸稈粉能提供少量的碳源, 使污水中的營養物質更加豐富, 促進了小球藻的生長繁殖[20]; 在A1和A2條件下小球藻的比生長速率和干重均最低, 未經預處理的村鎮生活污水中雖含有豐富的氮磷等營養物質, 但懸浮物顆粒較多, 不利于小球藻進行光合作用, 從而抑制其生長繁殖[21]。

3.2 不同預處理條件對村鎮生活污水的凈化效果分析

基于不同預處理條件下村鎮生活污水中各指標的去除效果對比分析表明, 活性炭過濾對污水中各有機物的去除效果最好, 主要歸因于活性炭對水中苯、酚類有機物有較好的去除能力, 摻雜有洗滌劑等合成類日化用品的生活污水可生化性低并且很難通過微生物降解, 而活性炭對此類有機物有很強的吸附能力[22]。

微藻對污水中TN的利用主要是通過轉氨基作用, 在自身酶的催化下合成氨基酸, 因此TN的濃度是影響微藻生長的主要因素之一[23-24]。本研究顯示小球藻對未經稀釋污水中TN的去除效果比在稀釋50%的污水去除效果好, 分析認為在培養過程中, 稀釋50%的村鎮生活污水中的TN含量逐漸降低, 不能滿足小球藻的生長繁殖, 致使其對污水中TN的吸收利用率降低, 這也印證了小球藻在未經稀釋的村鎮生活污水中的比生長速率大于稀釋組的。經E1(活性炭過濾)后小球藻對TN的去除效果達到最好, 主要是活性炭有巨大的比表面積, 憑借其微孔將污水中部分TN和溶解性有機物吸附去除, 使得污水中TN的含量滿足小球藻的生長需求[25-26], 且在微藻固定化技術中, 可利用活性炭對藻球進行強化加固, 防止藻球破裂[27]; 在G1(濾膜＋砂芯過濾)條件下小球藻對TN的去除效果較好, 僅次于在活性炭預處理條件下的去除效果, 0.45 μm的濾膜不僅能過濾大顆粒懸浮物, 還能過濾微小細菌等物質。同時針對培養結束后, 小球藻難分離的問題, 利用濾膜＋砂芯過濾能將小球藻從污水中分離出來。

村鎮生活污水中的磷酸鹽自身會沉淀降解, 再經藻細胞吸收并通過多種磷酸化途徑轉化為ATP、磷脂等有機物之后其濃度進一步降低[28-29]。結合圖2分析表明, 在D1(秸稈粉過濾)條件下小球藻的生物量最高, 對污水中TP的去除效果達到最好, 這也進一步表明了微藻除磷效果與生物量成正比[30]。另外微藻對污水中磷的去除也和污水中氮磷比相關, 其去除率隨氮磷比的減小而增大[31]。本研究顯示, 原污水中氮磷比為9.3:1.0, 經D1(秸稈粉)預處理后, 其氮磷比為8.9:1.0, 相較原污水氮磷比減小, 更利于小球藻去除污水中的TP。

在C1(滅菌)預處理條件下, 小球藻對污水中NH4+-N和COD的去除效果最好。其中NH4+-N的去除率達89.75%, 一方面小球藻通過細胞體同化作用對NH4+-N進行去除, 另一方面在高溫蒸汽滅菌過程中, 水中的NH4+-N以游離氨的形式揮發[32], 小球藻對未經預處理的原污水中NH4+-N的去除率僅為73.58%, 當污水中NH4+-N濃度過高時, 水中的溶解氧迅速下降, 導致厭氧菌大量繁殖, 從而抑制小球藻的生長[33]; 微藻通過光合作用能很好的利用污水中的有機化合物合成自身的復雜有機物[34]。本研究表明, 小球藻對C1(滅菌)污水中COD的去除效果最好, 與原污水相比, 去除率提高了13.43%, 主要是COD在C1(滅菌)過程中變性絮凝而沉淀, 同時也消滅了某些抑制小球藻生長的細菌等微生物[35]。其他預處理方法是將有機物截留, 而高溫滅菌過程是降解污水中的有機物, 對污水中有機物等物質去除更加徹底。

4 結論

本文利用小球藻在不同預處理條件下通過對村鎮生活污水中污染物的去除效果進行分析研究, 得出以下結論:

(1)不同預處理條件對小球藻的生長影響分析表明, 在秸稈粉預處理的條件下小球藻的生長情況最好, 比生長速率達0.360 d-1, 干重達0.826 g·L-1; 經活性炭過濾之后, 小球藻在污水中的生長情況較好, 比生長速率達0.353 d-1, 干重達0.747 g·L-1。

(2)不同預處理方法對小球藻凈化村鎮生活污水均有促進作用, 其中活性炭過濾、高溫滅菌和秸稈粉過濾對小球藻凈化污水的促進效果最好。經活性炭過濾后, TN的去除率達93.94%; 采用秸稈粉過濾后, TP的去除率達92.22%; 利用高溫滅菌后, NH4+-N的去除率達93.41%、COD的去除率達86.21%。高溫滅菌方法操作復雜, 一次能滅菌的污水量較少, 且耗費時間; 相較于秸稈粉過濾, 活性炭的成本較高, 且使用一段時間后會達到飽和, 需要更換, 而秸稈粉可重復使用, 在村鎮中取材方便, 故選秸稈粉過濾為小球藻凈化村鎮污水的預處理方法。

[1] 中華人民共和國環境保護部. 2010年國家城市環境管理和綜合整治年度報告[R]. 北京: 中華人民共和國環境保護部, 2011.

[2] 中國人民共和國環境保護部. 2018年中國環境狀況公報[R]. 北京: 中華人民共和國環境保護部, 2019.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉建設部. 2007年城市、縣城和村鎮建設統計公報[R]. 北京: 中華人民共和國住房和城鄉建設部, 2008.

[4] 李娜, 于曉晶. 農村污水生態處理工藝分析[J]. 水科學與工程技術, 2008(1): 73–75.

[5] 夏玉立, 夏訓峰, 王麗君, 等. 國外農村生活污水治理經驗及對我國的啟示[J]. 小城鎮建設, 2016(10): 56–59.

[6] 平養, 沈哲. 農村生活污水處理的成本有效性研究: 問題及展望[J]. 復旦學報:自然科學版, 2015, 54(1): 91– 97.

[7] 蔡卓平, 段舜山, 朱紅惠. “污水-微藻-能源”串聯技術新進展[J]. 生態環境學報, 2012, 21(7): 1380–1386.

[8] 王翠, 李環, 韋萍. 沼液培養小球藻生產油脂的研究[J]. 環境工程學報, 2010, 4(8): 1753–1758.

[9] 張靜霞. 利用微藻處理污水的研究進展及發展趨勢[J]. 現代農業科技, 2008(4): 206–207.

[10] 鄒寧, 李艷, 孫東紅. 幾種有經濟價值的微藻及其應用[J]. 煙臺師范學院學報:自然科學版, 2005, 21(1): 59–63.

[11] PARK J, JIN Haifeng, LIM B R, et al. Ammonia removal from anaerobic digestion effluent of livestock waste using green algasp.[J]. Bioresource Technology, 2010, 101(22): 49–57.

[12] RAUL M, BENOIT G. Algal–bacterial processes for the treatment of hazardous contaminants: A review[J]. Water Research, 2006, 40(15): 2799–2815.

[13] CHEAH W Y, LING T C, SHOW P L, et al. Cultivation in wastewaters for energy: A microalgae platform[J]. Applied Energy, 2016, 179: 609–625.

[14] HU Bing, ZHOU Wenguang, MIN Min, et al. Development of an effective acidogenically digested swine manure-based algal system for improved wastewater treatment and biofuel and feed production[J]. Applied Energy, 2013, 107: 255–263.

[15] Chen Rui, Li Rong, LAUREN D, et al. Freshwater algal cultivation with animal waste for nutrient removal and biomass production[J]. Biomass and Bioenergy, 2012, 39: 128–138.

[16] 余宗苡, 魏東, 劉鷺, 等. 小球藻生長及其凈化豬場廢水條件的優化[J]. 環境工程學報, 2019, 13(1): 213–221.

[17] 國家環境保護局.水和廢水監測分析方法[M]. 北京: 中國環境科學出版社, 2002.

[18] JOHN B W. The cyanobacteria-isolation, purification and identification[J]. Prokaryotes, 2006(4): 1053–1073.

[19] CHEN Yubi, DONG Renjie, PENG Gaojun, et al. Cultivation ofsp. in anaerobic effluent for biomass production[J]. Environmental Engineering and Management Journal, 2011, 10(7): 909–912.

[20] 杜健. 利用水稻秸稈水解液培養微藻生長及油脂合成研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業大學, 2018.

[21] 韓松芳, 金文標, 涂仁杰, 等. 基于城市污水資源化的微藻篩選與污水預處理[J]. 環境科學, 2017, 38(8): 3347–3353.

[22] 張小璇, 任源, 韋朝海, 等. 焦化廢水生物處理尾水中殘余有機污染物的活性炭吸附及其機理[J]. 環境科學學報, 2007, 27(7): 1113–1120.

[23] Ana L G, José C M, Manuel S. A review on the use of microalgal consortia for wastewater treatment[J]. Algal Research, 2016, 24: 403–415.

[24] Ting Cai, STEPHEN Y P, LI Yebo. Nutrient recovery from wastewater streams by microalgae: Status and prospects[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013, 19(1): 360–369.

[25] 逯多, 卿人韋, 蘭利瓊, 等. 藻類在不同磷濃度下除磷能力的研究[J]. 四川大學學報:自然科學版, 2002(6): 1119–1123.

[26] 王印, 陶夢妮, 左思敏, 等. 城鎮污水廠尾水處理技術應用研究[J]. 應用化工, 2018, 47(12): 181–185.

[27] 嚴清, 馮國忠. 固定化藻球的強化研究[J]. 湖北農業科學, 2011, 50(11): 2204–2206.

[28] 宮銘. 活性炭在污水凈化領域應用的研究進展[J]. 材料導報: 納米與新材料專輯, 2015(2): 433–436.

[29] Li Shanshan, Li Jianhong, Xia Mingsheng, et al. Adsorption of nitrogen and phosphorus by intact cells and cell wall polysaccharides of[J]. Journal of Applied Phycology, 2013, 25(5):1539–1544.

[30] 牟冠文, 李光浩. 污水深度處理方法及其應用[J]. 中國環保產業, 2006(3): 40–43.

[31] 周春影, 王起華, 王冰, 等. 固定化藻類污水深度處理中氮、磷含量和氮磷比例對氮、磷去除率的影響[J]. 大連輕工業學院學報, 2003(3): 180–183.

[32] TAM N F Y, WONG Y S. Effect of ammonia concentrations on growth ofand nitrogen removal from media[J]. Bioresource Technology, 1996, 57(1): 45–50.

[33] 裴宇, 楊昱, 馬志飛, 等. 多級強化地下水修復技術對NH4+-N的去除機制[J]. 環境科學研究, 2015, 28(10): 1624–1630.

[34] 李攀榮, 鄒長偉, 萬金保, 等. 微藻在廢水處理中的應用研究[J]. 工業水處理, 2016, 36(5): 5–9.

[35] 田光明. 人工土快濾濾床對耗氧有機污染物的去除機制[J]. 土壤學報, 2002, 39(1): 121–128.

Research the pretreatment of rural domestic sewage treated with

WANG Yu1,2,3,*, GUO Yamin1,4, LIU Wei2, LIU Juanjuan1, LI Baolong1, ZUO Yifeng1

1. College of Energy and Power Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China 2. Western China Energy＆Environment Research Center, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China 3. Key Laboratory of Ecohydrology of Inland River Basin, Northwest Institute Eco-environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China 4. Shiyuan Water Treatment Plant, Zhengzhou Water Supply Investment Holding Co. Ltd, Zhengzhou 450013, China

In order to improve the efficiency ofin rural domestic sewage, we used 8 methods, including raw water, precipitation, activated carbon filtration, straw powder filtration etc, and then the sewage was used as nutrients medium to cultivate thefor pollutants removal and algal biomass production. The best pretreatment method was selected by analyzing and comparing the growth of microalgae under different pretreatment conditions and the removal rates of TN, TP, COD and NH4+-N in the rural domestic sewage. The results indicated that after filtration with straw powder, the specific growth rate ofreached the maximum value of 0.360 d-1on the 8th day, and the maximum biomass dry weight was obtained, which was 0.826 g·L-1. At the same time, the removal rates of TP reached 92.22%. After sterilization pretreatment, the removal rates of COD and NH4+-N were the highest, which were 93.41% and 86.21%, respectively. After activated carbon filtration, the removal rates of TN reached 93.94%. From the perspective of removal efficiency and economic cost, the straw powder filtration was finally used as the best pretreatment method forpurification of rural domestic sewage.

; rural domestic sewage; pretreatment

王昱, 郭亞敏, 劉蔚,等. 利用小球藻凈化村鎮生活污水的預處理研究[J]. 生態科學, 2021, 40(3): 136–143.

WANG Yu, GUO Yamin, LIU Wei, et al. Researchthe pretreatment of rural domestic sewage treated with[J]. Ecological Science, 2021, 40(3): 136–143.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.03.017

X703.1

A

1008-8873(2021)03-136-08

2019-12-04;

2020-03-08

國家自然科學基金項目“內陸河流水電梯級開發的生境響應關系研究”(51669011); 甘肅省自然科學基金項目“太陽能恒溫培養微藻高效凈化村鎮生活污水技術研究”(1606RJZA196)

王昱(1979—), 男, 甘肅永昌人, 博士, 副教授, 主要從事污水資源的高效循環利用方面的研究, E-mail: wangyu-mike@163.com

王昱