摘 要:利用海藻酸鈉-聚乙烯醇凝膠固定化水華束絲藻和硅藻土,研究其在不同包埋比例下,包埋粒對(duì)模擬高濃度畜禽廢水中TN、TP的凈化效果,以確定其對(duì)N、P凈化所需的最佳包埋條件,當(dāng)包埋比為1:4時(shí),凈化效果最好,對(duì)TN、TP去除率分別為91.18%和96.72%。
關(guān)鍵詞:水華束絲藻;硅藻土;包埋比;畜禽廢水
引言
未經(jīng)處理的畜禽廢水含有大量的N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),是引起水體污染和富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因之一。早在1957年,研究人員[1]提出利用藻類(lèi)去除污水中氮、磷的方法,而將固定化藻類(lèi)用于水處理是由Chevalier[2]首先提出來(lái)的。硅藻土具有多孔結(jié)構(gòu)、比表面積大、吸附性好等特性,作為一種新型吸附材料已被廣泛應(yīng)用于許多部門(mén)[3]。基于此,文章研究了固定化水華束絲藻和硅藻土對(duì)畜禽廢水中氮、磷的凈化效果,進(jìn)而為畜禽廢水處理提供新的方法。
1 實(shí)驗(yàn)材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)材料
(1)實(shí)驗(yàn)藻種。實(shí)驗(yàn)前兩周將藻種在無(wú)菌條件下接種在含300mL BG11培養(yǎng)基的錐形瓶中,置于光照培養(yǎng)室培養(yǎng)。培養(yǎng)條件:溫度25±1℃,光照強(qiáng)度2000~2500lux,光暗比12h:12h,培養(yǎng)基pH值為8.0。在665nm下測(cè)其生長(zhǎng)曲線,得結(jié)果如圖1。(2)實(shí)驗(yàn)廢水。試驗(yàn)污水采用人工模擬,含氮磷的畜禽廢水配方為:NH4Cl 0.4g/L;葡萄糖0.7g/L;Na2CO3 2.5g/L;KH2PO4 0.1g/L;NaCl 0.5g/L;FeCl3·6H2O 0.02g/L。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
藻種的包埋固定化:將進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的水華束絲藻離心濃縮,無(wú)菌水洗滌,離心棄去上清液后,稱(chēng)濕重,實(shí)驗(yàn)按不同包埋比例進(jìn)行固定化處理。包埋組:包埋劑10%PVA,包埋比m(濕藻0.2g):m(硅藻土)分別為1:0,1:1,1:2,1:3,1:4,1:5。對(duì)照組:包埋劑2%SA,質(zhì)量比分別為0:0,0:1,0:2,0:3,0:4,0:5。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同包埋比對(duì)總氮的去除效果
圖2a和b是人工污水在不同實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下經(jīng)過(guò)10天凈化后水中總氮去除率的變化情況。通過(guò)對(duì)水華束絲藻和硅藻土進(jìn)行包埋固定后水中總氮的去除率均達(dá)到80%以上,相比其他藻土比為1:1、1:2、1:3、1:5的實(shí)驗(yàn)組,m藻:m土=1:4時(shí)去除率最高,為91.18%,比未經(jīng)包埋的純?cè)迦コ矢叱?3.25%。同時(shí)可以看出只包埋了藻(1:0)的實(shí)驗(yàn)組,對(duì)總氮去除率為80.57%,比加了硅藻土的實(shí)驗(yàn)組低了約10%,說(shuō)明硅藻土的加入對(duì)總氮的去除有很大提升。
圖2b是沒(méi)有包埋藻而只包埋不同含量的硅藻土,對(duì)照組對(duì)污水中總氮去除率的變化。去除率先上升再下降,在實(shí)驗(yàn)5天左右去除率最大,可能是由于在實(shí)驗(yàn)5天中,包埋粒對(duì)總氮的吸收已達(dá)飽和,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),包埋粒反而會(huì)將吸附的氮緩慢釋放。藻土比0:1、0:2、0:3、0:4、0:5的實(shí)驗(yàn)組對(duì)總氮的去除率相對(duì)于同時(shí)包埋水華束絲藻和硅藻土的實(shí)驗(yàn)組降低了69.81%、73.17%、73.34%、73.34%、68.92%、60.97%,再次說(shuō)明在包埋水華束絲藻的同時(shí)加入一定的吸附劑硅藻土可以提高對(duì)污水中總氮的去除能力。
2.2 不同包埋比對(duì)總磷的去除效果
圖3a和b為包埋組和空白組實(shí)驗(yàn)在與總氮去除相同的實(shí)驗(yàn)條件下,去除人工合成污水中總磷的情況。如圖3a,實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的前5天,實(shí)驗(yàn)組對(duì)總磷的去除成直線上升趨勢(shì);通過(guò)10天的降解吸附,去除率達(dá)90%左右,比總氮的去除率高出約10%。當(dāng)藻土比為1:1、1:2、1:3、1:4、1:5對(duì)總磷的去除率分別為87.68%、90.85%、93.55%、96.72%、91.75%,懸浮組和未加吸附劑硅藻土的實(shí)驗(yàn)組對(duì)總磷去除率分別為78.20%和81.36%,說(shuō)明在同樣包埋比為1:4的條件下,實(shí)驗(yàn)組對(duì)總磷有最佳去除能力。在最佳包埋比下,總磷去除率比1:1和1:0實(shí)驗(yàn)組分別高出9.03%和15.35%,比懸浮組高出18.52%,再次說(shuō)明包埋固定水華束絲藻能極大提升對(duì)污水中氮磷的去除能力,同時(shí)加入吸附劑對(duì)其有協(xié)同去除作用。圖3b,不加入藻,單獨(dú)包埋硅藻土,包埋粒對(duì)污水中總磷的去除效果。從10天的去除試驗(yàn)中可以看出,實(shí)驗(yàn)組0:3、0:4、0:5對(duì)磷的去除率為28%左右,高于0:1和0:2實(shí)驗(yàn)組5%到15%,說(shuō)明硅藻土對(duì)磷有很好的吸附效果。
3 結(jié)束語(yǔ)
固定化水華束絲藻和硅藻土能提升對(duì)人工模擬廢水中TN、TP的去除,在最佳包埋條件下,以10%PVA和2%SA為包埋劑,藻土比1:4(藻、硅藻土含量為0.2%、0.8%),包埋粒對(duì)TN、TP去除效果最好,分別高達(dá)91.18%和96.72%,具有良好的效果和應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[1]Yakup Nurdogan, William J. Oswald. Enhanced nutrient removal in high-rate ponds[J]. Water Sci. Tech.,1995,12(31):33-43.
[2]Chevalier P., De la Noüe J. Wasterwater nutrient removal with microalgae immobilized in carrageenan[J]. Enzyme Microb. Technol.,1985,7:621-624.
[3]劉潔,趙東風(fēng).硅藻土的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2009,34(5):104-106.