藻菌共生对养猪沼液废水的处理及其资源化的利用

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随着大量规模化养猪场的快速推广,我国畜禽养殖业也在持续推进中,带来的环境问题在所难免。因此养殖过程中产生的大量固废和养殖废水污染成为制约现代化养殖业可持续发展的主要阻碍。目前,该类废水由于高有机负荷、高氨氮含量、低C/N和冲击负荷大等问题,使水质难达排放标准。所以,本文将养猪沼液废水作为藻菌共生的培养基,既可解决废水中主要污染物的净化问题,实现废水的无害化处理,同时为微藻生产高附加值副产品节省了投入成本,实现了废水的资源化利用。本研究首先确定优势藻株,探究藻株对模拟沼液废水的环境优化。其次,向微藻中添加活性污泥来促进藻菌共生体系对废水中污染物的去除和微生物的生长,并进一步探究最佳有机碳源的类型和浓度。在此基础上利用两阶段连续处理模式(即一阶段藻菌共生处理,二阶段纯微藻再处理)对实际沼液废水的净化特征研究,为实际规模化处理提供理论和技术支持。主要结果如下:(1)优势藻种的确定及其处理模拟沼液废水的环境条件研究分别考察了索罗金小球藻和普通小球藻在不同废水稀释倍数和初始接种量下,对废水中污染物的去除效果以及微藻的生长情况。实验结果表明,索罗金小球藻在原浓度模拟沼液废水下有最佳的适应性,并在0.4 g/L的初始接种量下获得最高的生物积累量(0.41 g/L),而且促进了对污染物的吸收利用,培养结束时氨氮、TN、TP以及COD的去除量最高,分别为174.89 mg/L、171.36 mg/L、32.39 mg/L、516.50 mg/L,去除率分别为39.28%、39.17%、70.51%和52.37%。与普通小球藻相比,索罗金小球藻的生物量积累量几乎是普通小球藻的2倍。所以,选择索罗金小球藻进行下阶段的实验。(2)藻菌共生体系处理模拟沼液废水的环境条件研究选用索罗金小球藻和活性污泥构建藻菌共生体系,对模拟沼液废水进行处理,重点探究藻菌接种比例和有机碳源对沼液污染物处理效果的影响。结果显示添加活性污泥更利于微生物的生长和废水中污染物的去除,并在藻菌比为1:3时,生物量和生物量产率分别达到0.54 g/L和0.11 g/L/d,污染物的降解效果也增强,但是不能达到废水排放标准。因此通过调节有机碳源类型(葡萄糖、淀粉、乙酸钠和柠檬酸)和C/N,当有机碳源为乙酸钠且C/N=30:1时,微生物的生长以及废水中污染物的去除有明显的提升,氨氮、TN、TP和COD的去除率分别达到99.12%、98.72%、94.11%和97.18%,达到了畜禽养殖业污染物排放标准。另外,就沼液的资源化利用而言,油脂、蛋白质和多糖含量分别为33.60%、48.09%和17.31%,产生了高价值副产品使废水得到资源化利用。(3)藻菌共生体系对实际沼液废水处理的研究构建藻菌共生+微藻体系对实际养猪沼液废水进行两阶段连续处理。藻菌共生+微藻体系在一阶段下于实际废水中积累的生物量为0.96 g/L,二阶段下纯微藻体系最终生物量达到1.67 g/L。可见系统中微生物生长良好,废水中污染物均有一定程度的净化作用。而最佳C/N下藻菌共生+微藻体系通过调节乙酸钠浓度后一阶段积累了3.01g/L的生物量,二阶段纯微藻积累了3.64 g/L的生物量。最佳C/N下藻菌共生+微藻体系对废水中污染物的去除效果较藻菌共生+微藻体系更好,并且氨氮、TN、TP和COD这4种污染物最终的浓度分别为16.98 mg/L、18.72 mg/L、0.48 mg/L和263.49 mg/L,均达到了《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)。另外,通过微生物群落分析得出,在藻菌共生体系中的优势菌种为不动杆菌属(属水平),而最佳C/N下藻菌共生体系的优势菌种为棒状杆菌(属水平)。调节C/N后积累的油脂、多糖和蛋白质含量更高,说明藻菌共生处理实际沼液废水具有很好的资源化能力。
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