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污水处理成套设备猪场污水净化工艺
时间:2020-11-12 点击次数:268


  1 引言(Introduction)
  随着城市畜禽养殖业从个体散养走向粗放化养殖, 畜禽养殖产生的废料已经成为我国城市环境沾染的重要来源之一.粗放化猪场每百头猪每天产生的废水可高达2~3 m3.据国度环保局统计, 2002年我国畜禽粪便产生量达27.5亿t, 畜禽粪便每年消散至水体的总氮跟总磷分辨为87万t跟34.5万t.范围化畜禽养殖场产生的污水通常采取沼气池厌氧发酵处理, 以求资源化利用发酵产生的沼气.但与此同时产生的大量沼液中仍然含有高浓度的氮、磷等养分盐.经过沼气池发酵处理的猪场沼液存在两大特点:一是氨氮浓度高且是污水中的重要氮源;二是污水中氮、磷浓度差别大.经对猪场沼液的周年监测, 发明原始沼液中总氮浓度可高达800 mg·L-1, 氨氮浓度超过700 mg·L-1, 总磷超过3 mg·L-1.将其直接排放到水体中会导致重大的水体富养分化, 破坏水域生态体系均衡.在2014年最新的《中华公民共跟国环境维护法》颁发及人们对生态环境品质请求晋升的大背景下, 高效的畜禽粪污无害化处理技巧对实现畜禽养殖业的可连续发展跟生态文化存在重要的意思, 寻找高效的沼液综合利用技巧跟沼液无害化处理技巧显得尤为急切.
  微藻细胞能以光为能源, 从水体中接收硝态氮、氨态氮及磷酸盐等养分物质用于合成细胞, 从而降落水体中的氮磷养分盐.同时, 生成的微藻细胞又可用于饲料、新能源生产等多种用处.因此, 微藻作为畜禽养殖污水的生物处理及资源化利用的载体近来备受关注.已有研究表明, 利用污水中的氮磷等养分盐培养微藻, 能有效去除污水中的氮磷养分盐, 实现环境维护及资源的轮回利用.Wang等(2010)将小球藻(Chlorella sp.)接种到厌氧分解后的牛粪污水中, 经21 d可去除76%~83%的总氮跟63%~75%的总磷.Zhang等(2008)发明, 固定化栅藻(Scenedesmus sp.)对污水中氮磷的去除率更高达.刘林林等(2014)发明, 狭形小桩藻(Characium angustum)SHOU-F87在猪场养殖污水中可能去除64%的总氮跟96%的总磷.不同微藻对水体中的氮磷等养分盐的耐受、接收跟利用才干不同(刘林林等, 2014).当养分盐水平足以满意浮游动物成长时, 浮游动物对氮磷的接收基本依照Redfield比例(N:P=
  16:1) 进行(Redfield, 1958).而猪场养殖污水经厌氧发酵后形成的沼液中, 氮磷浓度极度不均衡, 尤其是氨态氮浓度高, 而总磷浓度低.极高的氮磷比远远偏离藻类成长的畸形须要, 不合乎微藻的最适成长前提.只管利用微藻沾染污水的研究已有大量报道, 但在污水中弥补限度性磷盐以进步微藻成长及养分盐的接收效力的研究尚少.本实验所用绿球藻(Chlorococcum sp.)是一株从猪场养殖污水中分别出的藻株, 对污水环境适应性强.穆亮亮等(2016)研究发明, 此株绿球藻存在耐高温的特点, 在培养温度为35 ℃时, 藻细胞密度跟油脂含量更高, 且可能耐受40 ℃高温.
  因此, 本文通过研究该株绿球藻在增加不同浓度磷的污水中成长及沾染污水的特点, 以期寻找到绿球藻在污水中成长较好且去除氮、磷效力较高的最适氮磷比.
  2 资料跟方法(Materials and methods)2.1 实验资料2.1.1 藻种来源
  实验藻株分别自浙江嘉兴余新镇敦好农牧有限公司露天沼液存贮池, 在实验室进行纯化并逐级扩大培养后用于本实验, 该藻种经显微镜鉴定为绿球藻属(Chlorococcum sp.).
  2.1.2 实验污水
  实验用沼液取自上海市光亮集团明锦畜牧有限公司的养猪场, 沼液经积淀处理后, 再经500目筛网过滤, 并用自来水稀释至氨氮浓度约为300 mg·L-1后用于本实验.
  2.2 实验方法
  在氨氮浓度约为300 mg·L-1的污水中, 增加不同量的NaH2PO4以调节污水N:P配制成可溶性氮、磷物质的量浓度比分辨为
  8:1、
  16:1、3
  2:1跟6
  4:1的系列污水, 以不增加NaH2PO4的原污水作为对比组(N:P比约为53
  2:1).各组水质指标如表 1所示.将预先扩大培养的绿球藻离心收集藻细胞, 而后将收集的藻细胞分辨接种到装有1000 mL不同氮磷比污水的锥形瓶中, 初始接种密度为400×104 cells·mL-1, 每组设置3个平行.将绿球藻置于光照培养箱中进行培养, 温度35 ℃, 光照3000 lx, 光照周期为24 L:0 D(24 h光照, 0 h黑暗).每天定时摇瓶3次, 隔天用血球计数板计数藻细胞密度, 每隔2 d测定培养水体中氮、磷变更情况.实验进行12 d, 实验结束时收集藻细胞丈量生物量干重.
  表 1 实验用污水的水质指标状况
  2.3 指标检测
  采取血球计数板测定藻细胞密度, 并采取式
  (1) 盘算成长率K(成永旭, 2005).

  (1)
  式中, N0为培养初始藻细胞密度(cells·mL-1), Nt为培养t天后的藻细胞密度(cells·mL-1), t为培养时光(d).
  培养水体经0.45 μm微孔滤膜抽滤落伍行检测, 参照《水跟废水监测剖析方法(第4版)》(国度环境维护总局, 2002)测定水样中氮、磷水平.其中, 氨态氮测定采取纳氏试剂分光光度法;硝态氮测定采取紫外分光光度法;总氮测定采取碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法;总磷测定采取钼酸铵分光光度法.
  氮、磷去除率r的盘算见式
  (2)(刘林林等, 2014).

  (2)
  式中, C0跟Ct分辨为初始氮、磷的浓度跟培养t天后的浓度(mg·L-1).
  培养结束后, 每组取80 mL藻液经预先恒重过的0.45 μm微孔滤膜抽滤, 将滤膜置于鼓风干燥箱中105 ℃烘至恒重, 盘算生物量干重B (穆亮亮, 2016):

  (3)
  式中, W0为预恒重过的0.45 μm微孔滤膜的品质(g), W1为恒重过后0.45 μm微孔滤膜+藻泥的总品质(g), V为抽滤的藻液体积(L).
  2.4 数据处理与剖析
  结果以均匀值±标准差表示, 采取PASW Statistics 18.0软件进行单因素方差剖析跟Duncan多重比较, 以 p<0.05表示差别明显.
  3 结果(Results)3.1 绿球藻在不同氮磷比污水中的成长状况
  不同氮磷比污水中绿球藻成长曲线如图 1所示.由图可知, 前6 d为指数成长期, 之后各组藻细胞密度趋于平缓后开端降落.在培养8 d后, N:P为
  8:1、
  16:1、3
  2:1、6
  4:1处理组跟对比组藻的成长率分辨为0.248、0.256、0.261、0.279跟0.244.N:P为6
  4:1组的绿球藻成长更好, 在第8 d时藻细胞密度更高为3646×104 cells·mL-1, 第12 d时细胞密度为3393×104 cells·mL-1, 均明显高于其余组(p < 0.05);其次为3
  2:1跟
  16:1组, 对比组的细胞密度更低.
  图 1绿球藻在不同氮磷比污水中的成长曲线
  培养12 d后, 不同氮磷比污水中绿球藻的生物量干重如图 2所示, N:P=6
  4:1组藻生物量(以干重计)更高(0.49 g·L-1), 其次为3
  2:1跟
  16:1组, 均明显高于对比组(p < 0.05).
  图 2绿球藻在不同氮磷比污水中的生物量(不同小写字母表示不同实验组之间存在明显差别(p<0.05))
  3.2 不同氮磷比对绿球藻去除污水氨态氮的影响
  培养12 d后, 各处理组的绿球藻对猪场污水的氨态氮去除率均较高, 达70%以上(图 3).N:P为6
  4:1组对氨态氮的去除率达到更高, 为74.94%, 氨态氮浓度从291.31 mg·L-1降落至73.01 mg·L-1;其次是3
  2:1、
  16:1跟
  8:1组, 去除率分辨为73.71%、73.40%跟71.44%, 均明显高于对比组(p < 0.05).对比组对氨态氮的去除率更低(68.79%), 氨态氮浓度从291.31 mg·L-1降落至90.91 mg·L-1.
  图 3不同氮磷比污水对绿球藻去除氨态氮的影响
  3.3 不同氮磷比对污水中硝态氮浓度的影响
  培养进程中, 各处理组水体中的硝态氮浓度呈升高趋势(图 4).培养12 d后, N:P为6
  4:1组的硝态氮浓度更高, 从13.31 mg·L-1增加至48.66 mg·L-1, 其次是3
  2:1跟
  16:1组, 均明显高于对比组(p < 0.05).对比组硝态氮增加量更低, 从13.31 mg·L-1增加至38.21 mg·L-1.
  图 4不同氮磷比对污水中硝态氮浓度的影响
  3.4 不同氮磷比污水对绿球藻去除总氮的影响
  由图 5可知, 初始水体中总氮浓度为290.84 mg·L-1, 实验结束时, N:P为6
  4:1组的总氮去除率更高, 水体中总氮浓度降落至148.96 mg·L-1, 总氮去除率为48.8%.其次为3
  2:1跟
  16:1组, 且三者之间无明显差别(p>0.05), 但均明显高于对比组(p < 0.05).对比组的总氮去除率更低, 为42.71%, 培养结束时水体中总氮浓度为166.61 mg·L-1.
  图 5不同氮磷比污水对绿球藻去除总氮的影响
  3.5 不同氮磷比污水对绿球藻去除总磷的影响
  不同处理组水体中总磷浓度的变更如图 6所示, 各处理组的总磷去除率随N:P增大而增大.总磷去除率更高的为对比组, 达到82.74%, 其次为6
  4:1组, 去除率为71.86%.实验结束时, N:P为6
  4:1跟对比组污水中总磷浓度分辨为3.07跟0.22 mg·L-1.N:P为
  8:1组的总磷去除率更低, 仅为33.62%.
  图 6不同氮磷比污水对绿球藻去除总磷的影响
  4 探讨(Discussion)
  氮是微藻成长进程中一种重要的养分素, 重要用于合成细胞内蛋白质及其孑遗在生理活性的含氮化合物.微藻可能利用多种情势的氮源, 但微藻成长状况与氮源的情势跟数量有密切接洽.通常情况下绿藻类会优先利用氨态氮, 直到耗尽后才开端利用硝态氮.因此, 抉择绿藻门的微藻可能较好地适应畜禽养殖污水的特点, 利用氨态氮作为其成长的氮源, 从而达到沾染污水的目标.然而, 高浓度的氨氮对微藻成长存在克制造用, 微藻可能耐受的氨态氮浓度随着藻种的不同存在差别.本实验采取的绿球藻, 恰是一株从猪场污水中筛选出的绿藻藻株, 比较天然水体中分别的微藻, 其对高氨氮污水的适应性更强.
  磷是微藻合成磷脂、核酸、核苷酸等物质的重要元素, 是微藻成长必须的基本养分素.微藻对磷的接收有2种用处, 一是合成细胞内物质, 如磷脂等;另一种被称为“花费”(luxury uptake), 即微藻接收适量的磷并以无机多磷酸盐情势贮存,当外界磷浓度受限度时, 藻细胞内贮存的磷酸盐则可被利用.因此, 当微藻进入在一个缺磷的培养体系中, 微藻仍然可能利用先前贮存的磷源实现一定的成长.
  本研究中, 在初始氨氮浓度为291.31 mg·L-1的前提下, 无论是否增加磷源, 各组污水中的绿球藻都表示出良好的成长机能, 其中, N:P为6
  4:1组在第8 d时存在更大的细胞密度, 从最初的400×104 cells·mL-1回升到3646×104 cells·mL-1, 成长率达0.279, 12 d时生物量达0.49 g·L-1.刘林林等(2014)研究了狭形小桩藻在猪场污水中的成长机能, 其更高成长率为0.120.严佳琪等(2012)研究了5种淡水微藻在f/2培养基前提下的成长机能, 其中, 绿球藻SHOU-F3的更高成长率K为0.21.对比上述研究与本实验结果发明, 本研究所用绿球藻在猪场沼液中的成长率较高, 表明此株绿球藻在高氨氮浓度污水中成长较好, 且污水的N:P比值对耐污绿球藻的成长产生了明显影响.培养液中N:P影响微藻成长已在多种微藻中得到证明.刘皓等(2010)用不同氮磷比培养液培养中肋骨条藻(Skeletonema costatum)跟威氏海链藻(Thalassiosira weissflogii), 结果发明, N:P为6
  4:1组的成长率跟细胞数量更高.Rhee(1978)发明, 栅藻(Scenedesmus sp.)在不受任何养分物质限度的情况下, 所需N:P为30:1.Li等(2010)报道了栅藻(Scenedesmus sp.)的最适氮磷比是
  5:1~
  8:1.Kim等(2013)认为微藻成长最适的氮磷比取决于氮源品种.只管Stumn提出藻类的“教训分子式”为C106H181O45N16P, 但藻细胞组成会受藻种不同及培养前提等因素影响, 不同藻种代谢途径有差别, 因此,
  16:1并不是所有藻株最适的氮磷比(Arbib et al., 2013).本研究中, 绿球藻在污水中成长的最适氮磷比为6
  4:1, 也远弘远于Redfield比值(N:P=
  16:1).这可能与该藻株分别自猪场污水有关.猪场污水中氮磷明显偏高, 琢磨该株绿球藻已经适应了在高氨氮浓度及高氮磷比前提并成长存活.这也进一步暗示通过恰当的引诱驯化, 可能晋升微藻适应高氨氮浓度及高氮磷比的才干.
  培养液氮磷比值岂但影响绿球藻的成长, 还影响绿球藻对污水中氮、磷的接收沾染后果.本研究发明, N:P约为53
  2:1的原污水中绿球藻成长跟去除氮后果最差, 增加NaH2PO4调剂N:P后, 各组绿球藻的成长跟去除氮后果均有改良.绿球藻在N:P为6
  4:1的污水中成长更好, 且对氨态氮、总氮去除率高达74.94%跟48.78%, 氨氮的浓度降至73.01 mg·L-1, 基本达到粗放化畜禽养殖业水沾染物更高容许日均排放浓度限定的70 mg·L-1 (浙江省环境维护局等, 2005).说明在猪场养殖污水中磷不足前提下, 绿球藻对氮的接收受到限度, 弥补磷源后, 绿球藻的细胞密度跟对氮的去除后果明显进步.Martineza等(2014)也发当初培养微藻的无磷培养液中增加磷源后, 藻细胞内磷浓度跟培养液中氨态氮的去除率明显增加.Wang跟Lan(2011)发明, 富油新绿藻(Neochloris oleoabundans)对污水中氮的去除受N:P影响明显, 而磷的去除对N:P不敏感.Beuckels等(2015)的研究结果表明, 氮浓度对磷的去除率有踊跃影响, 磷的高效去除须要高浓度的氮.这为当前进步猪场养殖污水中氮的去除效力供给了有力依据.
  对比污水中绿球藻的成长曲线跟污水中氨态氮、总氮跟硝态氮的去除曲线, 可能发明, 在绿球藻疾速成长的前6 d, 污水中的氨态氮也呈疾速降落的趋势, 且各组间的氨态氮去除率随微藻的成长率增大而增大, 表明微藻的疾速成长是引起污水中氮、磷浓度降落的重要起因.然而, 在此期间, 硝态氮不被利用, 反而浓度略升高.一方面, 可能是猪场养殖污水中存在硝化细菌, 硝化细菌将局部氨态氮转化成硝态氮所致.另一方面, 也可能是微藻疾速成长进程中光配合用产生的氧, 加速了局部氨态氮氧化成硝态氮所致.培养期间, 藻细胞成长的同时, 氨态氮、总氮跟总磷浓度降落而硝态氮浓度回升的景象也证明了该株绿球藻优先利用氨态氮的特点.
  然而, 对比污水中绿球藻的成长曲线跟污水中总磷的接收曲线, 只管在绿球藻疾速成长的前6 d, 污水中的总磷也呈疾速降落的趋势, 但各组总磷的去除率并不与各组绿球藻的成长率存在正相干, 初始总磷水平越低, 总磷的去除率越高.N:P为
  8:1组的初始磷浓度更高(87.62 mg·L-1), 前6 d对磷的去除率为30.08%, 而对比组初始磷浓度更低(1.27 mg·L-1), 前6 d的磷去除率高达82.74%, 但高磷水平组总磷的去除量更高, 此结果也证明了微藻对磷的“花费”景象.N:P为6
  4:1组在绿球藻培养12 d时的总磷去除率达71.86%, 总磷浓度降落为3.07 mg·L-1, 低于粗放化畜禽养殖业水总磷更高容许日均排放浓度限定的7 mg·L-1 (浙江省环境维护局等, 2005).然而, 通过增加磷源以进步微藻对猪场废水的沾染效力会增加处理本钱, 从事实利用的角度, 还需考虑其经济机能.具体参见污水宝商城资料或http://www.dowater.com更多相干技巧文档。污水处理成套设备除了对污水处理工艺进行改进、强化脱氮除磷功能外,污水处理厂的设备改造、过程控制、水力条件优化也不容忽视。业内人士提出,可以采用高效、无堵塞的水泵和变频设备,提高设备的效率,降低能耗和运行费用,减少设备检修率。印染污水处理设备不是多净化几遍的问题,而是整个净化工艺都要发生变化,这需要大量的资金。有位从事多年污水处理行业的人士给出了一个计算模型,一个污水处理厂从一级B排放标准到一级A排放标准的追加投资,等于该处理厂原始投资成本的50%-70%。工业污水处理设备主要目的是将生活污水和与之相类似的工业有机废水处理后达到回用水质要求,使废水处理后资源化利用。在总结国内外先进经验的基础上,不断改进污水处理工艺,促进了污水处理设备的大发展。
  5 论断(Conclusions)
  污水中氮磷比值影响绿球藻成长及其对污水中氮、磷的沾染后果, 在初始氨氮浓度为291.31 mg·L-1的猪场养殖污水中, 通过增加NaH2PO4以调节污水N:P为6
  4:1, 接种绿球藻(Chlorococcum sp.)培养12 d后, 可使污水中的氨态氮跟总磷分辨降落到73.01 mg·L-1跟3.07 mg·L-1, 基本达到相干排放标准.

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