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        藻-菌耦合系統(tǒng)對豬場沼液的凈化效果及其影響條件研究

        2019-01-23 01:52:28羅龍皂曾凡健田光明
        關(guān)鍵詞:微藻沼液氮磷

        羅龍皂,曾凡健,田光明*

        (1.上饒師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,江西 上饒 334001;2.浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,杭州 310058)

        近年來,我國養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展迅猛,由此產(chǎn)生的大量養(yǎng)豬廢水給豬場周邊生態(tài)環(huán)境和居民健康帶來嚴重威脅。目前,國內(nèi)外大型養(yǎng)豬場基本利用厭氧發(fā)酵處理系統(tǒng)對養(yǎng)豬廢水進行初步處理。養(yǎng)豬廢水經(jīng)厭氧發(fā)酵系統(tǒng)處理后得到的沼液中有機物含量明顯降低[1],但是氮磷等營養(yǎng)鹽的含量仍然較高[2],且碳氮比嚴重失調(diào),不利于生化處理,是一種難處理的污水[3]。目前,豬場沼液的凈化方式主要包括還田利用[4]、自然生態(tài)凈化技術(shù)(如人工濕地、氧化塘等)[5-6]和工業(yè)化處理方法(包括生物法和物理化學(xué)法)[7-8]等。傳統(tǒng)的還田利用及生態(tài)凈化技術(shù)雖然具有投資小、運行成本低、管理方便等優(yōu)點,但也存在處理效率低、占地面積大、啟動時間長、受季節(jié)影響較大且操作不當易引起二次污染等缺點。工業(yè)化處理方法雖然處理效率高,但運行成本較高,這對收益回報不算高的養(yǎng)豬業(yè)來說難以接受。因此,尋找一種經(jīng)濟有效的豬場沼液凈化技術(shù)顯得尤為必要。

        微藻作為一類光合效率很高的初級生產(chǎn)者,能夠吸收大量的氮、磷維持其生長與增殖過程,成為生物質(zhì)能源生產(chǎn)關(guān)注的焦點。豬場沼液中含有豐富的碳氮磷營養(yǎng)元素,可作為微藻生長良好的養(yǎng)分來源。將微藻培養(yǎng)與豬場沼液凈化結(jié)合起來,可在培養(yǎng)微藻的同時實現(xiàn)沼液的凈化。與其他處理技術(shù)相比,基于微藻培養(yǎng)的豬場沼液凈化技術(shù)具有獨特的優(yōu)勢:如無需添加化學(xué)物質(zhì)、具有自產(chǎn)氧及二氧化碳減排能力、生產(chǎn)高附加值生物質(zhì)產(chǎn)品等[9]。最近,很多學(xué)者發(fā)現(xiàn)將微藻和好氧細菌共同培養(yǎng)用于廢水處理較微藻單獨培養(yǎng)更有優(yōu)勢。因為好氧細菌的存在會消耗微藻光合作用產(chǎn)生的氧氣,消除因溶解氧過高對微藻生長的抑制,同時將廢水中有機物分解成二氧化碳,為微藻光合作用提供碳源[10]。細菌和微藻的協(xié)同作用不僅可以提高微藻生物量產(chǎn)量,還能省去曝氣操作。對于一般的生物處理來說,曝氣所需的成本能夠占到整個處理的50%[11]。故利用藻菌系統(tǒng)來處理廢水能極大降低運行成本。因此,藻-菌共生體在去除廢水中營養(yǎng)鹽方面具有很大的優(yōu)勢。目前許多學(xué)者已經(jīng)開展有關(guān)藻菌互作方面的研究,這些研究主要集中在探明基于微藻的廢水處理系統(tǒng)中存在的優(yōu)勢微生物,以及廢水中主要成分被吸收或分解的基本機理方面[12-14],但對影響藻菌系統(tǒng)協(xié)同脫氮除磷的相關(guān)條件研究較少,它們?nèi)绾斡绊懳⑸锏姆纸膺^程和微藻的光合作用,對廢水中氮磷的遷移轉(zhuǎn)化產(chǎn)生怎樣的影響?目前影響機制尚不明朗。

        本文以對養(yǎng)豬廢水具有較好凈化效果的近具刺鏈帶藻為研究對象,向其中加入商業(yè)化有機物降解菌劑,人為構(gòu)建藻-菌共培養(yǎng)系統(tǒng),分析其對豬場沼液的凈化效果,同時探討溫度和光照強度對該系統(tǒng)中碳氮磷去除效果的影響,為實現(xiàn)藻-菌系統(tǒng)資源化利用豬場沼液提供依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 藻種及菌種

        本文所用的微藻為對養(yǎng)豬廢水凈化能力強的近具刺鏈帶藻(Desmodesmus sp.CHXl),由課題組從養(yǎng)豬廢水中分離獲得[15]。將微藻在BG11培養(yǎng)基中培養(yǎng)至對數(shù)期,經(jīng)1 μm濾膜過濾后,用超純水洗凈再次過濾備用。微藻接種量為0.1 g·L-1(干質(zhì)量)。

        所用的菌劑為對廢水中有機物具有較好降解效果的商業(yè)化菌劑(購自上海普羅生物技術(shù)有限公司)。菌劑中優(yōu)勢菌屬為藍細菌(Cyanobacteria)、節(jié)桿菌(Arthrobacter)、芽孢桿菌(Bacillus)和根瘤菌(Rhizobi?ales)等。菌劑接種量為1 g·L-1。

        1.2 廢水

        所用廢水為模擬沼液,在BG11培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上改進配制而成。其中有機物、氨氮和總磷主要由無水乙酸鈉、硫酸銨、磷酸二氫鉀配制而成。廢水基本理化性質(zhì)見表1。

        1.3 試驗設(shè)計

        1.3.1 藻-菌系統(tǒng)對豬場沼液的凈化效果

        本試驗設(shè)3個處理:(1)未添加有機物降解菌微藻培養(yǎng)系統(tǒng)(MMS)、(2)有機物降解菌單獨培養(yǎng)系統(tǒng)(MBS)、(3)添加有機物降解菌微藻培養(yǎng)系統(tǒng)(ABS)。其中MMS和MBS為對照處理,每個處理設(shè)3個重復(fù)。將微藻和菌劑接種至裝有800 mL廢水的1 L錐形瓶中,其中MMS和MBS處理分別只接種微藻或菌劑。將錐形瓶置于光照培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng),瓶口用棉花塞住以防止蟲子等雜物進入,每個錐形瓶底部配有磁力攪拌器,用于混勻廢水。培養(yǎng)條件為溫度30±1℃、光暗周期 24 h/0 h、光照強度為 100 μmol photons·m-2·s-1,攪拌速率為1000 r·min-1、菌藻接種比例為1∶1。

        表1 模擬廢水基本理化性質(zhì)(mg·L-1,pH除外)Table1 Theingredientsofsyntheticwastewater(mg·L-1,exceptpH)

        1.3.2 溫度對藻-菌系統(tǒng)污染物凈化能力的影響

        根據(jù)文獻及預(yù)試驗結(jié)果,設(shè)置20、30、40℃3個不同溫度梯度,每個處理設(shè)3個重復(fù)。將微藻和菌劑接種至裝有800 mL廢水的1 L錐形瓶中,置于光照培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)。錐形瓶口呈敞開狀態(tài),每個錐形瓶底部有磁力攪拌器,用于混勻藻液。培養(yǎng)條件為光照強度 100 μmol photons·m-2·s-1、光暗周期 24 h/0 h、攪拌速率為1000 r·min-1。

        1.3.3 光照強度對藻-菌系統(tǒng)污染物凈化能力的影響

        根據(jù)文獻及預(yù)試驗結(jié)果,設(shè)置光照強度為100、400、600 μmol photons·m-2·s-13個梯度,每個處理設(shè)3個重復(fù)。將微藻和菌劑接種至裝有800 mL廢水的1 L錐形瓶中,置于光照培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)。錐形瓶口呈敞開狀態(tài),每個錐形瓶底部有磁力攪拌器,用于混勻藻液。培養(yǎng)條件為溫度20℃、光暗周期24 h/0 h、攪拌速率為1000 r·min-1。

        1.4 分析方法

        水質(zhì)指標測定:溶解氧(DO)采用HQ30D溶解氧儀(美國哈希公司)測定;pH采用PHS-3B酸度計(美國哈希公司);總有機碳(TOC)采用TOC-VCHP分析儀(日本島津公司);氨氮(NH4-N)采用納氏試劑分光光度法測定、硝氮(NO3-N)采用紫外分光光度法測定、亞硝氮(NO2-N)采用分子吸收分光光度法測定、總氮(TN)采用堿性過硫酸鉀紫外分光光度法測定、總磷(TP)采用鉬酸銨分光光度法測定,具體參照《水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)》。

        微藻生物量測定:通過測定近具刺鏈帶藻細胞個數(shù)來確定其生物量,藻細胞個數(shù)采用血球計數(shù)板和顯微鏡測定[16]。在微藻純培養(yǎng)條件下獲得微藻生物量(干質(zhì)量,g·L-1)和微藻細胞個數(shù)之間的擬合關(guān)系為:

        生物量=1.19×10-7×細胞數(shù),R2=0.992 3

        1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

        利用Excel 2013對數(shù)據(jù)進行處理,各組實驗數(shù)據(jù)的顯著性差異分析利用SPSS 20.0軟件進行,顯著水平為0.05。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 藻-菌共培養(yǎng)系統(tǒng)對豬場沼液中碳氮磷的去除效果研究

        添加有機物降解菌條件下微藻生長情況見圖1。結(jié)果表明,MMS和ABS處理中微藻自接種后迅速進入對數(shù)生長期,并從第4 d開始逐漸進入穩(wěn)定期。其中ABS處理中微藻生長情況明顯優(yōu)于MMS(P<0.05)。ABS中微藻生物量最大值為1.47 g·L-1,較MMS(1.19 g·L-1)提高了23.53%。微藻和細菌之間的相互作用可分為共處、互生、共生、拮抗、競爭、捕食和寄生等方面,且與微藻和細菌種類有關(guān)[17]。本文結(jié)果表明添加有機物降解菌可以明顯促進近具刺鏈帶藻的生長(P<0.05)。培養(yǎng)7 d后,細菌強化處理中微藻生物量是未強化處理的1.23倍(圖1)。前人研究也表明,好氧細菌可以促進微藻的生長[16,18]。細菌不僅可以通過分解水中有機物產(chǎn)生二氧化碳為微藻的光合作用提供充足的碳源,還能降低培養(yǎng)液中溶解氧濃度,從而避免因溶解氧濃度過高而抑制微藻光合作用[19]。微藻在充足的碳源供給和無溶解氧抑制的條件下生長情況明顯得到改善,因而具有更高的生物量[20]。此外,細菌也會分泌一些生長促進因子來促進微藻生長,如維生素(如生物素、硫胺素和維生素B12)和鐵載體(微藻在鐵缺乏條件下生長所需的一種重要的螯合劑)[21]。

        圖1 有機物降解菌共培養(yǎng)對微藻生長的影響Figure 1 Effect of organic pollutant degradation bacteria on growth of Desmodesmus sp.CHXl

        ABS處理中TOC去除率和去除速率分別為66.85%和62.08 mg·L-1·d-1,均顯著高于MMS和MBS處理(表2,P<0.01),3個處理中TOC去除率由大到小依次為ABS(66.85%)>MBS(60.29%)>MMS(53.45%),表明微藻和有機物降解菌共培養(yǎng)可以提高廢水中有機物的去除效果。向微藻培養(yǎng)系統(tǒng)中加入有機物降解菌后,廢水中有機物被其分解產(chǎn)生二氧化碳供微藻進行光合作用,這促進了微藻的生長(圖1)[16],從而產(chǎn)生更多的氧氣供有機物降解菌進行呼吸作用,因而提高了TOC的去除率。本文廢水中氮素主要以氨氮形式存在,其占總氮的比例為92.32%。因此主要探討氨氮的去除過程。ABS處理中氨氮去除率顯著高于MMS和MBS處理(表2,P<0.05),3個處理氨氮去除率由大到小排序為ABS(42.33%)>MMS(38.94%)>MBS(26.66%)。廢水中氨氮的主要去除途徑包括微藻吸收、氨揮發(fā)和硝化作用等[22-24],向微藻培養(yǎng)系統(tǒng)中加入有機物降解菌可以促進微藻的生長,因而增加微藻對氨氮的吸收量,使氨氮去除率升高。ABS處理中總磷的去除率(25.90%)及去除速率(2.48 mg·L-1·d-1)顯著高于MMS和MBS處理(表2,P<0.05)。磷素的去除途徑主要包括微藻吸收[25]和化學(xué)沉淀[26]兩種形式,其中化學(xué)沉淀主要出現(xiàn)在高pH(9~11)和鈣鎂離子含量的廢水中,本文廢水pH(低于9)和鈣鎂離子濃度均較低(表1),不利于磷沉淀的發(fā)生,因而磷素的主要去除途徑為微藻吸收。ABS處理中微藻生物量最高(圖1),故其對磷的去除效果最好。

        2.2 溫度對藻-菌共培養(yǎng)系統(tǒng)碳氮磷凈化能力的影響

        根據(jù)前期試驗結(jié)果,近具刺鏈帶藻在35℃時對養(yǎng)豬廢水中氮磷的去除效果優(yōu)于15℃和25℃[27],但不能確定當溫度高于35℃時微藻對氮磷的去除效果是否會隨溫度升高而增強,故本文設(shè)置了20、30、40℃ 3個溫度梯度來探討溫度對藻-菌共培養(yǎng)系統(tǒng)廢水凈化能力的影響。結(jié)果表明,溫度為20℃和30℃的藻菌系統(tǒng)中TOC濃度在前3 d下降較快,隨后基本保持穩(wěn)定,這是因為微藻和細菌在前幾日處于生長對數(shù)期,因而對TOC的去除效率較高。而40℃處理中TOC濃度在前5 d一直呈緩慢下降趨勢,從第5 d到第6 d下降較快,隨后略微上升(圖2a)。從去除率來看,30℃時廢水中有機物的去除效果最好,將TOC從614 mg·L-1降至168 mg·L-1,去除率為72.64%,其次是20℃處理(去除率為61.73%),而40℃處理TOC去除率最低僅為42.83%,顯著低于前二者(P<0.01,表3)。

        3種溫度條件下,系統(tǒng)中氨氮去除效果由高到低依次為40℃>30℃>20℃。氨氮濃度前3 d下降較快,從第4 d開始呈緩慢下降趨勢(圖2b)。試驗結(jié)束時40℃系統(tǒng)中氨氮濃度從363.31 mg·L-1降至172.55 mg·L-1,去除率為52.51%;溫度為30℃系統(tǒng)中氨氮濃度從 363.31 mg·L-1降至 198.33 mg·L-1,去除率為45.41%;溫度為20℃系統(tǒng)中氨氮濃度從363.31 mg·L-1降至234.57 mg·L-1,去除率為35.43%(表3)。各處理中總氮的變化趨勢與氨氮一致,即前3 d下降較快,從第4 d開始基本保持穩(wěn)定(圖2c),最終40℃條件下總氮去除率最高,為53.27%,其次為30℃(45.97%)和20℃(37.22%)兩個處理(表3)。

        總磷去除效果方面,溫度為30℃處理顯著強于溫度為20℃和40℃處理(P<0.05),40℃處理和20℃處理間不存在顯著性差異(P>0.05)(圖2d,表3)。各系統(tǒng)中總磷濃度在前3 d迅速下降,第4 d后下降速度減緩,到第6 d時不再下降,其中30℃處理穩(wěn)定在42 mg·L-1左右(去除率約26%),40℃處理穩(wěn)定在45 mg·L-1左右(去除率約20%),20℃處理穩(wěn)定在46 mg·L-1左右(去除率約18%)(表3)。

        溫度會影響藻菌系統(tǒng)中微藻的生長和細菌的活性,從而影響污染物的去除效果。不同藻種的最適溫度范圍也有所不同。一般低溫藻株的最適溫度范圍

        表2 藻-菌系統(tǒng)對廢水中碳氮磷的去除效果Table 2 Nutrient removal from wastewater by microalgae-bacteria system

        表3 藻-菌系統(tǒng)在不同溫度和光照條件下對廢水中碳氮磷的去除率(%)Table 3 Nutrient removal efficiency by microalgae-bacteria system under different temperature and light conditions(%)

        圖2 不同溫度條件下藻-菌系統(tǒng)對廢水中碳氮磷去除效果Figure 2 Purification of piggery digestate by microalgae-bacteria system under different temperature conditions

        為25~30℃[28-29];而高溫藻株的最適溫度范圍為35~40℃。當溫度高于或低于其最適溫度時,微藻的生長就會受到影響。廢水中的有機物既能被細菌分解,也能被微藻直接吸收利用。本研究中微藻在30℃時生長情況最好(圖3a),故其光合產(chǎn)氧能力最強(圖3c),提供給細菌的氧氣充足,因而有機物降解效果最好(圖2a)。氮素去除方面,溫度為40℃系統(tǒng)中微藻生長情況雖不是3個處理中最好的,但此溫度條件下系統(tǒng)中氮素(包括氨氮和總氮)去除效果最好。這與該處理中溫度高,氨氮易以游離氨的形式揮發(fā)有關(guān)。因為水中游離氨濃度主要取決于氨氮濃度、溫度及pH[30-31],在pH(圖3b)和初始氨氮濃度一致的情況下,溫度升高對游離氨的揮發(fā)起決定作用。對不同溫度條件下廢水中游離氨揮發(fā)所占比例采用如下公式[32]進行計算:

        圖3 不同溫度條件下微藻生長生物量、廢水中溶解氧和pH變化情況Figure 3 Variation of microalgae biomass,DO and pH in the wastewater at different temperatures

        發(fā)現(xiàn)溫度為30℃處理中氨揮發(fā)所占比例為50.26%,而溫度為40℃處理中氨揮發(fā)所占比例為71.51%,明顯高于30℃處理。并且將溫度控制在30℃時,更有利于硝化作用的進行,故一部分氨氮轉(zhuǎn)化為硝氮或亞硝氮。因此不論從氨氮還是總氮去除效果來看,40℃處理均優(yōu)于30℃處理。溫度為20℃處理中不論生物量、碳氧供給能力還是溫度,均是最低,故該系統(tǒng)中氮素去除效果最差。磷素去除方面,由于其去除方式主要有藻體吸收[25]、吸附[33]和沉降[26]3種方式,故影響總磷去除效果的因素主要有微藻生長情況、廢水pH及金屬離子含量等。各個處理中廢水初始pH和金屬離子含量基本一致,故微藻生物量是影響磷素去除的主要因素。本研究中當溫度控制在30℃時微藻生物量最大,故其磷素去除效果最好。綜合考慮氮磷的去除效果、二次污染、微藻生長情況等因素,40℃雖然氮素去除效果最好,氮素更多的是以氨揮發(fā)的形式去除,易造成二次污染,且微藻生長情況并不是最好。而將溫度控制在30℃時,微藻生長、磷素去除效果均是最好的,故可將30℃作為藻-菌系統(tǒng)運行的較優(yōu)溫度。

        2.3 光照強度對藻-菌共培養(yǎng)系統(tǒng)碳氮磷凈化能力的影響

        對不同光照強度下廢水中有機物降解情況進行探討,結(jié)果表明,光照強度為400 μmol photons·m-2·s-1和 600 μmol photons·m-2·s-1兩個處理中 TOC 變化趨勢基本一致(圖4a),即前3 d下降較快,在第3 d時降至最低值(去除率約為57%,表3),從第4 d開始,TOC含量開始上升。而光強為100 μmol photons·m-2·s-1處理中TOC在前5 d一直呈下降趨勢,從第5 d開始基本保持穩(wěn)定,去除率穩(wěn)定在40%左右。到試驗結(jié)束時(第7 d),TOC去除效果最好的處理變成光強100 μmol photons·m-2·s-1處理(41.44%),而光照強度400 μmol photons·m-2·s-1和 600 μmol photons·m-2·s-1兩個處理中TOC去除率分別為27.77%和24.24%。400 μmol photons·m-2·s-1和 600 μmol photons·m-2·s-1兩處理中TOC含量出現(xiàn)增加的情況可能是由于藻體向水體中分泌有機物造成的[34],因為光照是影響EPS產(chǎn)生的關(guān)鍵因子,較高的光照強度條件下會使藻體分泌的EPS含量顯著增加[35],因而造成TOC含量上升。

        圖4 不同光照強度下藻-菌系統(tǒng)對廢水中碳氮磷去除效果Figure 4 Purification of piggery digestate by microalgae-bacteria system under different light conditions

        對不同光照強度下藻-菌系統(tǒng)中氮磷去除效果進行研究,結(jié)果表明低光照強度處理(100 μmol pho?tons·m-2·s-1)中氮磷去除效果明顯不如高光照強度處理(400 μmol photons·m-2·s-1和 600 μmol photons·m-2·s-1)(圖 4,P<0.01),而光照強度為 600 μmol photons·m-2·s-1和400 μmol photons·m-2·s-1處理間氮磷去除效果不存在顯著性差異(P>0.05)。各處理中氨氮濃度在前3 d迅速下降,隨后基本保持穩(wěn)定,其中100 μmol photons·m-2·s-1處理穩(wěn)定在220 mg·L-1左右(去除率約為35%,表3),400 μmol photons·m-2·s-1和600 μmol photons·m-2·s-1處理穩(wěn)定在 130 mg·L-1左右(去除率約65%左右,表3)。各處理中總氮與氨氮有著相同的變化趨勢即前3 d迅速下降,隨后開始基本保持穩(wěn)定,光強為 100、400 μmol photons·m-2·s-1和 600 μmol photons·m-2·s-13個處理中總氮分別穩(wěn)定在230、128 mg·L-1和 140 mg·L-1,去除率維持在 37%、65%和63%左右(表3)。各處理總磷濃度在前2 d迅速下降,從第3 d開始光強為100 μmol photons·m-2·s-1處理中總磷呈緩慢下降,到第6 d基本穩(wěn)定在42 mg·L-1左右(去除率約為 26%)。而 400 μmol photons·m-2·s-1和600 μmol photons·m-2·s-1兩處理中總磷從第3 d開始基本保持穩(wěn)定,其值為24 mg·L-1和26 mg·L-1左右,去除率約為56%和52%(表2)。

        光照是藻細胞進行光合作用的前提條件,光照強度能夠影響藻細胞的光合作用效率,進而對光合產(chǎn)氧能力產(chǎn)生影響。在低光強時,隨光照強度的增強,微藻生物量和產(chǎn)氧量增多,超過飽和光照強度時,微藻生長受到抑制,光合產(chǎn)氧量也趨向穩(wěn)定[36]。本研究中光強為 400 μmol photons·m-2·s-1時微藻生物量(圖5a)和光合產(chǎn)氧量最高(圖5c),可認為近具刺鏈帶藻Desmodesmus sp.CHXl的光飽和點可能在400 μmol photons·m-2·s-1附近。通過分析不同光照強度下微藻生物量(圖5a)、產(chǎn)氧特征(圖5c)和有機物降解特征(圖4a)可知,當光照強度接近光飽和點附近時(400 μmol photons·m-2·s-1),微藻的生物量和光合產(chǎn)氧能力達到最大值,此時廢水中有機物被細菌分解或微藻吸收的量最大,去除效果最好;繼續(xù)增加光照強度(如600 μmol photons·m-2·s-1)并不能增加微藻生物量和提供光合產(chǎn)氧量,因而有機物去除效果并沒有提升;然而降低光照強度(如100 μmol photons·m-2·s-1)時,系統(tǒng)中微藻生物量和光合產(chǎn)氧能力明顯下降,有機物去除效果也隨之下降。

        豬場沼液中的氮素主要以氨氮的形式存在,其在藻-菌共培養(yǎng)系統(tǒng)中的去除途徑主要包括微藻吸收、氨揮發(fā)、硝化作用等。由于光照強度為400 μmol pho?tons·m-2·s-1和600 μmol photons·m-2·s-1時,藻-系統(tǒng)中微藻生物量(圖5a)、光合產(chǎn)氧能力(圖5c)和pH(圖5b)明顯高于光強為100 μmol photons·m-2·s-1條件下,造成氨氮的3個去除過程(微藻吸收、氨揮發(fā)和硝化作用)在高光強下的表現(xiàn)更好,因此藻-菌系統(tǒng)在光照強度為400 μmol photons·m-2·s-1和600 μmol photons·m-2·s-1時對氨氮的去除效果要明顯優(yōu)于光強為100 μmol photons·m-2·s-1條件下(P<0.01,圖4b)。光強為400 μmol photons·m-2·s-1和 600 μmol photons·m-2·s-1兩個系統(tǒng)中由于在微藻生物量、光合產(chǎn)氧能力和pH等方面均無顯著性差異(P>0.05),故其氨氮去除效果也基本一致(圖4b)??偭兹コ矫?,其去除途徑主要有藻體吸收[25]、吸附[33]和沉降[26]3種方式,故影響總磷去除效果的因素主要有微藻生長情況、廢水pH及金屬離子含量等。由上述分析可知,光照強度對微藻生長和pH影響較大,故其可通過影響藻-菌系統(tǒng)中微藻對磷的吸收及磷沉淀過程來影響總磷的去除效果。由于光強為400 μmol photons·m-2·s-1和600 μmol pho?tons·m-2·s-1兩個系統(tǒng)中微藻生物量和pH間均無顯著性差異(P>0.05),故其對總磷的去除效果相當。而光強為100 μmol photons·m-2·s-1處理中不論是微藻生物量還是pH條件均顯著低于前者,故其總磷去除效果也明顯更差(P<0.01)。

        圖5 不同光照強度條件下微藻生長生物量、廢水中溶解氧和pH變化情況Figure 5 Variation of microalgae biomass,DO and pH in the wastewater under different light conditions

        3 結(jié)論

        (1)添加有機物降解菌不僅有助于促進微藻的生長,還能促進廢水中碳氮磷的去除效果,其中總有機碳、氨氮和總磷的去除率分別提高了13.40%、3.39%和5.90%。

        (2)將藻-菌系統(tǒng)溫度控制在30℃時更利于近具刺鏈帶藻生長和沼液的凈化,其中微藻生物量、TOC、-N和TP去除率最高值分別為2.21 g·L-1、72.64%、45.41%和26.66%。

        (3)將藻-菌系統(tǒng)光照強度控制在400 μmol pho?tons·m-2·s-1時系統(tǒng)中微藻生長情況及氮磷去除效果最佳,其中微藻生物量、TOC、NH+4-N和TP去除率最高值分別為2.35 g·L-1、57.03%、68.01%和59.66%。

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