不同pH條件下菌-藻系統處理廢水污染物研究

吳丹丹

(安徽水利水電職業技術學院,安徽 合肥 231603)

近年來隨著我國城鎮化進程加快,污水排放量與日俱增,污水得到有效處理對改善水體環境至關重要。目前我國城鎮污水處理主要以生物處理法為主,處理工藝以活性污泥法為主。針對不同的污染物需要結合較為復雜的處理構筑物(如:SBR,A2/O等),存在占地面積大、處理成本較高和后期產生剩余污泥處置難度較大等問題[1、2]。雖然微藻能高效去除水體中氮、磷物質,但微藻通常懸浮存在水體中,使得微藻后續分離成本高,經濟上缺乏可行性以及高效分離技術的缺乏是阻礙微藻應用于污水處理的主要挑戰[3],在很大程度上阻礙了對微藻下游高附加產品的利用[4]。研究表明,將微藻同活性污泥相結合,形成的菌-藻共生系統可提高污染物的去除率和廢水污染物的資源轉化率,加快微藻的生長速度,增加微藻的碳水化合物和脂質等生物質含量,這些生物質可作為資源化產品的原料(如:生物柴油,生物燃料以及藻蛋白和色素等)。菌的存在更可以促進微藻類絮凝過程利于進行水體分離[5],因此細菌和微藻的結合為污水資源化處理提供了新的方向。

運用活性污泥處理廢水,進水最適pH范圍在6.5～8.5左右。當pH值過低時,大幅絲狀真菌易增殖,引起污泥膨脹;pH過高,菌膠團會解體,導致各微生物代謝速率下降[6]。對于微藻而言,外界pH變化會導致細胞內多種酶的活性及水體營養物質的離子化,進而影響微藻的代謝活動以及對營養物質的吸收[7]。本研究在生物量相同的情況下,探究不同pH條件對菌-藻系統去除污染物及菌藻結構和小球藻生長情況的影響。

1 材料與方法

1.1 小球藻的富集和活性污泥馴化

實驗材料選用上海光宇生物科技有限公司的小球藻,采用BG-11培養基進行富集培養,放置在人工培養箱內,培養條件如下:溫度25 ℃,光照強度2 000 Lux,光暗比14∶10,磁力攪拌器轉速為210 rpm～230 rpm。活性污泥取自污水處理廠二沉池,取回后悶爆處理去除有機質,用人工配置的廢水馴化處理。

1.2 菌-藻系統構建及實驗組設置

實驗前將富集的小球藻藻液及馴化的活性污泥,通過真空抽濾機過0.45 μm生物濾膜在烘箱105 ℃烘4 h,用重量差法計算小球藻和活性污泥生物量,再根據實驗組所需的生物量計算得到配比的小球藻和活性污泥的體積,在離心機8 000 rpm下離心10 min,棄去上清液,用配置的人工廢水沖洗離心管后轉移至人工配置的廢水內。

本實驗設置6組,每組實驗設置2個平行樣,初始配置的人工廢水pH值分別為5.5,6.0,6.5,7.0,7.5,8.0。活性污泥與小球藻混合比例為1∶1,總生物量為1 000 mg。實驗光源采用自然光照,溫度:18 ℃～35 ℃,磁力攪拌器轉速:380 rpm～400 rpm。實驗周期8 d,每2 d取一次樣,每次取樣20 mL,用于測定氮磷、COD濃度、OD值和葉綠素含量,并用相機記錄實驗不同階段反應器外觀變化。

1.3 人工廢水配置

1.4 分析方法

2 結果與討論

2.1 污染物去除

圖1 去除情況

圖2 去除情況

2.1.3 pH組COD 的去除

如圖3所示,實驗前期不同pH條件下各菌-藻組,對COD的去除情況差別不大。pH=7.0菌-藻組,COD含量由初始428.6 mg/L下降至46.2 mg/L,去除率達到89%,處理效果最好。隨著實驗時間的延長,偏酸性和偏堿性條件下菌-藻組第6天后出現COD值上升,主要原因是酸性和堿性環境對菌-藻結構產生一定的影響,實驗后期小球藻出現死亡現象,死亡的小球藻成為一種有機碳源,導致水體COD值上升。

2.2 pH組菌藻生物量的變化

不同pH菌-藻組小球藻葉綠素a含量和OD值變化如圖4所示。實驗前2天,各組葉綠素a含量均呈快速上升狀態,與前面氮磷、COD物質消耗情況相對應;實驗第2-6天,偏堿性條件下(pH=7.5、pH=8.0)的菌-藻組葉綠素a含量最先出現下降情況,表明堿性環境對菌-藻組小球藻生長影響較大;實驗第6-8天時,偏堿性(pH=8.0)和偏酸性條件下的(pH=5.5,pH=6.0)菌-藻組葉綠素a含量下降明顯;第8天時,pH=7.0菌-藻組的葉綠素a含量,由初始5.58 mg/L增至9.93 mg/L,增幅最大,達到78%。由OD值變化圖可知,實驗前4天,各實驗組OD值處于上升狀態;第4天后,除pH=7.0菌-藻組OD值未出現下降,其余各組OD值均出現下降。兩圖對比,均可表明在中性條件下菌-藻組小球藻生長最好,偏堿性和酸性條件對后期菌-藻系統中的小球藻生長影響較大。

圖4 葉綠素a和OD值變化情況

3 結 論