不同pH条件下菌-藻系统处理废水污染物研究

吴丹丹

(安徽水利水电职业技术学院,安徽 合肥 231603)

近年来随着我国城镇化进程加快,污水排放量与日俱增,污水得到有效处理对改善水体环境至关重要。目前我国城镇污水处理主要以生物处理法为主,处理工艺以活性污泥法为主。针对不同的污染物需要结合较为复杂的处理构筑物(如:SBR,A2/O等),存在占地面积大、处理成本较高和后期产生剩余污泥处置难度较大等问题[1、2]。虽然微藻能高效去除水体中氮、磷物质,但微藻通常悬浮存在水体中,使得微藻后续分离成本高,经济上缺乏可行性以及高效分离技术的缺乏是阻碍微藻应用于污水处理的主要挑战[3],在很大程度上阻碍了对微藻下游高附加产品的利用[4]。研究表明,将微藻同活性污泥相结合,形成的菌-藻共生系统可提高污染物的去除率和废水污染物的资源转化率,加快微藻的生长速度,增加微藻的碳水化合物和脂质等生物质含量,这些生物质可作为资源化产品的原料(如:生物柴油,生物燃料以及藻蛋白和色素等)。菌的存在更可以促进微藻类絮凝过程利于进行水体分离[5],因此细菌和微藻的结合为污水资源化处理提供了新的方向。

运用活性污泥处理废水,进水最适pH范围在6.5～8.5左右。当pH值过低时,大幅丝状真菌易增殖,引起污泥膨胀;pH过高,菌胶团会解体,导致各微生物代谢速率下降[6]。对于微藻而言,外界pH变化会导致细胞内多种酶的活性及水体营养物质的离子化,进而影响微藻的代谢活动以及对营养物质的吸收[7]。本研究在生物量相同的情况下,探究不同pH条件对菌-藻系统去除污染物及菌藻结构和小球藻生长情况的影响。

1 材料与方法

1.1 小球藻的富集和活性污泥驯化

实验材料选用上海光宇生物科技有限公司的小球藻,采用BG-11培养基进行富集培养,放置在人工培养箱内,培养条件如下:温度25 ℃,光照强度2 000 Lux,光暗比14∶10,磁力搅拌器转速为210 rpm～230 rpm。活性污泥取自污水处理厂二沉池,取回后闷爆处理去除有机质,用人工配置的废水驯化处理。

1.2 菌-藻系统构建及实验组设置

实验前将富集的小球藻藻液及驯化的活性污泥,通过真空抽滤机过0.45 μm生物滤膜在烘箱105 ℃烘4 h,用重量差法计算小球藻和活性污泥生物量,再根据实验组所需的生物量计算得到配比的小球藻和活性污泥的体积,在离心机8 000 rpm下离心10 min,弃去上清液,用配置的人工废水冲洗离心管后转移至人工配置的废水内。

本实验设置6组,每组实验设置2个平行样,初始配置的人工废水pH值分别为5.5,6.0,6.5,7.0,7.5,8.0。活性污泥与小球藻混合比例为1∶1,总生物量为1 000 mg。实验光源采用自然光照,温度:18 ℃～35 ℃,磁力搅拌器转速:380 rpm～400 rpm。实验周期8 d,每2 d取一次样,每次取样20 mL,用于测定氮磷、COD浓度、OD值和叶绿素含量,并用相机记录实验不同阶段反应器外观变化。

1.3 人工废水配置

1.4 分析方法

2 结果与讨论

2.1 污染物去除

图1 去除情况

图2 去除情况

2.1.3 pH组COD 的去除

如图3所示,实验前期不同pH条件下各菌-藻组,对COD的去除情况差别不大。pH=7.0菌-藻组,COD含量由初始428.6 mg/L下降至46.2 mg/L,去除率达到89%,处理效果最好。随着实验时间的延长,偏酸性和偏碱性条件下菌-藻组第6天后出现COD值上升,主要原因是酸性和碱性环境对菌-藻结构产生一定的影响,实验后期小球藻出现死亡现象,死亡的小球藻成为一种有机碳源,导致水体COD值上升。

2.2 pH组菌藻生物量的变化

不同pH菌-藻组小球藻叶绿素a含量和OD值变化如图4所示。实验前2天,各组叶绿素a含量均呈快速上升状态,与前面氮磷、COD物质消耗情况相对应;实验第2-6天,偏碱性条件下(pH=7.5、pH=8.0)的菌-藻组叶绿素a含量最先出现下降情况,表明碱性环境对菌-藻组小球藻生长影响较大;实验第6-8天时,偏碱性(pH=8.0)和偏酸性条件下的(pH=5.5,pH=6.0)菌-藻组叶绿素a含量下降明显;第8天时,pH=7.0菌-藻组的叶绿素a含量,由初始5.58 mg/L增至9.93 mg/L,增幅最大,达到78%。由OD值变化图可知,实验前4天,各实验组OD值处于上升状态;第4天后,除pH=7.0菌-藻组OD值未出现下降,其余各组OD值均出现下降。两图对比,均可表明在中性条件下菌-藻组小球藻生长最好,偏碱性和酸性条件对后期菌-藻系统中的小球藻生长影响较大。

图4 叶绿素a和OD值变化情况

3 结 论