利用SBR工艺中的微藻细菌絮凝物处理工业废水外文翻译资料

 2022-10-26 09:53:48

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生物资源技术

利用SBR工艺中的微藻细菌絮凝物处理工业废水

亮点

·在MaB-floc SBRs工艺处理中，工业废水被筛滤

·MaB-floc SBRs的沉淀通过微藻生物絮凝得到发展

·废水依赖于营养物去除率和出水水质

· MaB-flocs通过压滤机脱水，回收率为79-99%，泥饼中的干物质含量占12-21%。

文章信息

关键词：

SBR反应中的微藻细菌絮凝物 微藻 生物絮凝 废水 产量

摘要

SBR反应中的微藻细菌絮凝物是废水处理的一种新颖的方法。在这种方法中，机械曝气被光合作用的曝气所取代，微藻细菌絮凝将处理的废水从生成物中分离。然而，他在工业废水中的技术潜能还需要进一步解释。因此，水产养殖中的废水，肥料处理，食品加工和化学工业都利用有微藻细菌絮凝物的SBR工艺来处理。这种处理导致了不同废水的营养物去除率和出水水质的很大的不同。一个高产量的微藻细菌絮凝物是从所有的废水中获得，每天每升反应堆中总悬浮物的含量为0.14-0.26g。MaB-flocs的主要优点是从孔径为200mu;m的压滤机中通过获得，导致它的回收率为79-99%，泥饼含有12-21%的干物质。

1.介绍

在过去的十年中，在微藻的两用性技术方面有一个真正的文艺复兴的兴趣，污水处理通过光合作用进行曝气，利用微藻生物质的产生去除营养物质。生成的微藻生物质能够成为一种生物资源，生产有价值的产品，例如沼气、肥料和精细的化学药品。尽管有这种潜质的利益，两用微藻污水处理系统仍然很少用在工业规模上。一个主要的挑战是从处理的废水中分离微藻生物质。的确，微藻的收割约占总微藻产品投资的20-60%。微藻生物絮凝和细菌生物絮凝结合而成的微藻细菌絮凝体是解决这种收割挑战的一个新颖的方面。SBR反应中的微藻细菌絮凝物在不添加絮凝剂的情况下解决了重力，并且使生物质污水得到排放。此外，在MaB-floc系统中微藻停留时间和水力停留时间不同，或者是在藻类培养术语中，微藻生长速率和培养稀释速率是分开的。在这种情况下，低强度废水也可以用高密度的微藻生物质处理。相比于利用悬浮的微藻的污水处理系统，这种方法具有很大的优点。

到目前为止，利用微藻生物絮凝在半连续反应器中处理污水这一方面已发表的调查研究几乎没有。的确，已经发表的研究只限于几种废水的处理，特别是城市污水和带有沉淀池的连续搅拌反应器中的造纸厂废水，以及在SBR反应器中的的综合废水、生活污水和造纸废水。各种工业废水在各自的化学组成、浊度和色度上有很大差别。此外，C:N:P比例不平衡的废水、废水中颜色化合物以及悬浮固体的存在都已被证明对用微藻处理废水有所限制。对于废水来说这种微藻细菌絮凝物的概念有很大潜力这一问题依然存在，那就是沉淀的微藻细菌絮凝物能够被发展和保存，废水能够被有效地处理以达标排放，以及产生的生物质能够被容易的收集。因此，越来越多的工业废水需要被隔离到MaB-floc反应器中进行处理。

作为在工业实现重要的第一步，这项研究进一步探究了MaB-floc SBRs 在处理水产养殖、肥料处理、食品加工和化学工业方面的废水以及同时生产生物质中的技术潜能。批处理实验着手于培养微藻细菌培养液和筛选不同种类的工业废水以从每种工业中挑选出一种废水用于采用MaB-floc SBRs方式进行处理。为了评估MaB-floc SBRs处理废水的潜能，我们相对测量废水的营养物质（C,N,P）的去除效果和出水水质（pH，C，N，P）。此外，我们还有检微藻细菌絮凝物的性能和生物质产量。为了降低收集产生的生物质的成本，我们要检测利用带有大孔（孔径200mu;m）的压滤机给微藻细菌絮凝物脱水的潜能。

2.方法

2.1废水

收集四种工业废水。水产养殖废水（A_quar，A_small和A_outgrow）来自于pikeperch文化（比利时Roeselare，Inagro的农业实践中心）的转鼓真空压滤机废水，A_quar源自quarantine pikeperch cultures，小于500g的A_small来自pikeperches的文化，A_outgrow源于pikeperches轨迹的结果，它大于500g。粪便处理废水（M_pond1和M_pond2）从缓冲池（比利时的英诺华肥料）收集而来。食品加工废水（F_UASB和F_CAS）是UASB反应器的出水，传统的活性污泥(CAS)出水来自大豆加工公司（Alpro，Wevelgem，Belgium）。化工生产废水是CAS反应器（BASF,Antwerp，Belgium）进水和出水的混合。在序批式反应器中进水与出水的混合比的百分比分别是100:0,25:75和10:90，在SBR反应器中混合比是50:50（分别是C_100I:0E，C_25I:75E，C10I:75E和C_50I:50E）。在培养之前，所有的废水都要通过直径为1-3mm的筛网筛滤以防止管道堵塞，并且储存在4℃的条件下。

2.2序批式反应器中微藻细菌絮凝物的预培养

序批式反应器中微藻细菌絮凝物的预培养分两步进行。对于每种类型的废水，800ml的废水、在工业场所收集的300ml的微藻/蓝藻细菌联合体（VSS的含量小于0.400L-1）和80ml来自于先前培养液的微藻细菌絮凝体（VSS的含量是0.09g/L）混合。对于每一种类型的废水，用两个500ml的锥形瓶盛满海藻和废水的混合物分批地光照17h，期间周期地进行非搅拌0.5h和搅拌0.5h（210rpm，Heidolph，UK），接下来是7h的避光处理，没有搅拌。2.5d之后，反应器中的液体被转移到5L的锥形瓶中并添加废水以达到工作体积4L。6-7天之后，采取14h光照，连续搅拌，10h避光，无搅拌。荧光灯（36/840,Philips,Belgium）为锥形瓶的水表面提供的100pmol photons m-2s-1的PPFD。在每个光照循环的开始和结束都测量DO、pH的值和温度。每天微藻细菌絮凝物的A664b和A665a比例是确定的，稀释污泥体积指数在每批结束时确定。

2.3测序批反应堆

在SBR反应器中处理的废水A_small、M_pond1、F_UASB和C_50I:50E分别指的是SBRaquaculture，SBRmanure，SBRfood和SBRchemical。SBR反应器中接种了4L间歇式反应器中的液体。SBR反应器是5L的光生物反应器，工作容积为4L，就像之前提到的。每30s记录一次DO值、pH值和温（只在SBRaquaculture和SBRmanure中）。每个SBR反应器中采用一个卤素灯泡（500W，Silon CE-82-Y,香港）进行照明，内部反应器器壁上的平均PPFD（mu;mol photons m-2s-1），SBRaquaculture和SBRmanure的值是152，SBRfood是171， SBRchemical是174。SBR反应中每个反应器的温度是31.2plusmn;4.0℃。每个SBR配备一个隔膜泵（Blackstone，USA）用来输送进水，一个蠕动泵（Watson Marlow,USA）排走出水,和一个顶置式电子搅拌器（210rpm；Heidolph RZR2020，德国）。进水储存在4℃条件下，进行磁力搅拌（150-200rpm；Heidolph，UK）并由泵送到每个SBR反应器中。

两种SBR反应器的操作模式被应用。第一种模式为光照下搅拌7.75h，避光下沉淀0.5h，当反应器进行搅拌时，避光排水0.5h，光照进水0.5h。排水和进水前的3h光照是为了给进水营造一个有氧的环境。然而，这样导致生成了含有漂浮的微藻细菌絮凝物的气泡，尤其是在SBRaquaculture废水中。因此，对于SBRaquaculture和SBRmanure废水，在14日之后，以及对于SBRfood和SBRchemical，在10日之后，开始采用第二种模式，那就是光照下搅拌11.5h，避光8.75h，期间每格1-1.25h搅拌0.25h，避光下沉淀3h，排水0.25h，光照下进水0.5h并搅拌。对于SBRfood废水最初的七天，为了适应高含量的TCOD，水力停留时间为4天，之后改为2天。对于其他的三种SBRs，水力停留时间仍保持在2天。所有的SBRs都处理35-36天。反应中不进行额外曝气。一周三次取样微藻细菌絮凝物，并对TSS、VSS、A664b/A665a、自养指数（AI）和叶绿素含量进行测量。通常我们得到的微藻细菌絮凝体可保持1g Tss L-1，然后用来进行dSVI测量和压滤机脱水。一周三次取样进水和出水，测量pH、浊度,总有机碳(TOC)、总无机碳(TIC),总碳(TC),总氮(TN)、总磷(TP)、总化学氧气需求(TCOD)、可溶性COD(sCOD)和生物需氧量(BOD5)。

2.4分析方法

接下来分析微藻细菌絮凝体的TSS, VSS, Chla, A664b/A665a, AI and dSVI含量，以及废水的TIC, TOC, TC, TN, and pH值。采用浊度计（汉娜仪器HI93703,德国）（APHAet al .,2005）测量浊度。用分光光度计（哈希兰格DR2800，比利时）（由Vito调整而来,2002）测量TCOD。测量滤后废水的sCOD（注射器过滤器，孔径0.20lm，Chromafil RC-20125, 德国）。接下来测量BOD5，DO用便携式DO计来测量(VWR DO 200, 比利时)。PPFD用一个LI-250A光探测器(LI-Cor,美国)测量。为了获得微藻细菌絮凝体，反应溶液（250mL）放置在一个孔径约200mu;m的网上（Euroshop，比利时），并施加40.2kPa的外部压力5分钟。收集来的絮凝物的DM含量在100℃下整夜干燥后测量。每周三次测量出水指标的去除效率和利率并和平均进水指标相比。

2.5统计

统计分析采用PASW数据17.0软件（SPSS Incorporated，芝加哥，美国），分别采用夏皮罗-威尔克试验和列文测试将正态分布的数据和方差的齐性筛选出来。在数据分布正常和方差齐性的情况下，差异性采用统计学上的分析，在方法上，使用单因素方差分析和图基（tukey）事后检验法（p＜0.01）。否则，在曼-惠特尼秩和检验后进行Kruskal–Wallis检验，其中包括邦费罗尼更正（p＜0.01）。所以的方法都给出了均方差。

3.结果与讨论

3.1废水的选择和微藻细菌絮凝物的培养

为了从工业区挑选出一种废水与此同时产生微藻细菌絮凝体，我们设置了间歇反应器并接种微藻和蓝藻（为了便于阅读，以下简称微藻）。与之前的微藻研究对比(Su et al., 2012a; Weinbergeret al., 2012; Van Den Hende et al., 2011a, 2011b; Gutzeit, 2006)，从所有筛选出的废水中获得的微藻和细菌的生物絮凝体没有添加活性污泥。在所有的间歇反应器中，第四天到第七天的平均A664b/A665a比率（微藻的一个生理状况指标（Van Den Hende

et al., 2011a））达到了1.62以上。当比率达到1.7时意味着叶绿素纯正，微藻生理状况良好；比例达到1.0时意味着脱镁叶绿素纯正(例如，叶绿素中缺乏一个中央的Mg2 离子)并且没有微藻存活。这表明测试废水中这些微藻没有表现出严重的毒性。

废水的类型影响pH值、DO值以及在间歇反应池中的微藻细菌絮凝体的沉淀。在水产养殖废水A_outgrow中可以观察到pH值显著提高和溶解氧过饱和现象，这表明进行了光合作用和曝气。由于丝状蓝藻在微藻细菌絮凝体中占有主要地位，沉淀的絮凝物很少并且dSVI值很高。在A_quar废水中，我们可得到足够多的微藻细菌絮凝体沉淀，这证明了dSVI值很低。然而，这些絮凝体含有更少的微藻（微观观察）和含量低于50%的叶绿体（第七天时，相比于A_outgrow中叶绿素的含量为7.8mg/gVSS，在A_quar中为4.9mg/gVSS）。这也同样反映在DO和pH值的小程度正在上。A_small废水中的dVSI、pH和DO值在A_outgrow和A_quar之间，并且丝状微藻和非丝状微藻（叶绿素含量为7.9mg/gVSS）保持平衡。因此，我们选择A_small作

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