钝顶螺旋藻Spirulina platensis应用于海水冲厕污水中营养盐类污染物处理的研究

摘要

随城市化进程的加快以及污染的加剧，淡水资源短缺已成为世界发展的首要问题。而在大多数城市居民仍使用清洁淡水资源冲厕，占普通家庭用水总量的20-35％，这使得本身就日渐匮乏的淡水资源更加宝贵，海水经简单处理后便可做为一种经济的替代水源应用于冲厕，香港自上世纪五十年代起就已将海水冲厕投入规模应用，已覆盖全香港80％的人口。目前，在香港海水冲厕后污水即黑水直接排放至市政污水处理厂与其他污水混合后经活性污泥统一处理后深海排放，海水会将整个混合污水系统的盐度提高至0.9％，严重抑制生物处理过程，对生物除磷过程的影响尤为严重，对于排海总磷浓度现仍缺失相关标准。此外，海水冲厕污水的集中处理影响了城市的灰水循环。钝顶螺旋藻Spirulina platensis作为一种具有经济价值的微藻可以耐受高达70g/L NaCl的盐度，在处理含盐污水方面具有很大的潜能，国内外已有大量将钝顶螺旋藻应用于污水处理的研究报道。
　　本研究参照香港国际机场海水冲厕后污水（黑水）与灰水分类收集汇总的方法，将两股水分别按1∶0、7∶3、5∶5、3∶7的比例混合，并将钝顶螺旋藻投加于混合污水中，以实现污水中营养盐类污染物的去除，同时兼顾生物质的收获利用。提出了使用钝顶螺旋藻处理海水冲厕污水的方案。实验结果表明钝顶螺旋藻在四组混合污水中均可以生长，同时可实现污水中CODCr、NH4+-N、TN、TP的去除。混合比为3∶7的污水水质与香港污水处理厂进水水质相近，此混合污水经钝顶螺旋藻处理后出水CODCr、NH4+-N、TN、TP浓度依次为193.80mgO2/L、2.76mg/L、2.77mg/L、0.26mg/L，出水的NH4+-N、TN浓度远低于香港地区污水处理厂的排放要求，CODCr出水浓度未达到香港地区排放要求，TP出水浓度已达到内陆排放要求。各实验组中钝顶螺旋藻生物量以及对NH4+-N、TN、TP的去除率均随混合污水中黑水比例的上升而减小，对CODCr的去除率却与之相反。SPSS聚类分析将各组中上述五个参数分为两类（生物量以及NH4+-N、TN、TP去除率、CODCr去除率），利用综合指标进行评价，发现当混合比为7∶3时钝顶螺旋藻对营养盐的处理效果最好，其对CODCr、NH4+-N、TN、TP的去除率分别可达90.02％、82.61％、79.96％和93.35％，但出水总氮浓度未达到香港地区的排放标准，可通过后期投加高效除氮菌提高除氮效果。相关性分析的结果表明盐度为影响钝顶螺旋藻生长、细胞组成以及吸收利用营养盐类污染物的主要因素。利用Martínez Sancho动力学模型对各盐度污水中的NH4+-N浓度与钝顶螺旋藻生物量进行拟合，从动力学的角度上阐明了外界盐度升高对钝顶螺旋藻生长和吸收利用污水中氨氮的影响。外界环境的盐度升高首先影响钝顶螺旋藻光反应系统，导致电子传递链的中断，继而影响钝顶螺旋藻生长、细胞成分组成、PS合成以及对污水中营养盐类污染物的吸收利用。

目录

声明

摘要

1．1．淡水资源的短缺

1．2．替代水源的比较分析

1．2．1．淡化水

1．2．2．跨流域调水

1．2．3．污水回用

1．2．4．海水冲厕

1．2．5．替代水源应用于冲厕的成本分析

1．3．海水冲厕后污水的处理现状

1．4．微藻在水处理中应用的现状与前景

1．5．钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)的特性

1．6．本研究内容和意义

1．7．研究技术路线图

第二章 利用钝顶螺旋藻处理模拟海水冲厕污水研究

2．1．实验材料与方法

2．1．1．实验试剂和仪器

2．1．2．钝顶螺旋藻种子液培养

2．1．3．模拟污水

2．1．4．实验方法

2．1．5．评价指标

2．1．6．统计分析方法

2．2．结果与讨论

2．2．1．钝顶螺旋藻在模拟海水冲厕污水中的生长情况

2．2．2．处理效能

2．2．3．综合评价分析

2．3．本章小结

第三章 盐度对钝顶螺旋藻代谢污水中营养盐的影响分析

3．1．实验材料与方法

3．1．1．含盐污水

3．1．2．叶绿素a的提取与测定

3．1．3．藻胆蛋白的提取与测定

3．1．4．动力学模型拟合

3．2．1．钝顶螺旋藻在不同盐度污水中的生长情况

3．3．2．各盐度污水中营养盐的利用情况

3．3．3．盐度胁迫下钝顶螺旋藻利用营养盐的机理

3．3．本章小结

第四章 盐度对钝顶螺旋藻EPS及细胞形态的影响

4．1．实验材料与方法

4．1．1．钝顶螺旋藻EPS的提取与测定

4．1．3．钝顶螺旋藻细胞扫描电镜(SEM)分析

4．2．结果与讨论

4．2．1．盐度对钝顶螺旋藻EPS的影响

4．2．2．盐度对钝顶螺旋藻细胞形态的影响

4．3．本章小结

5．1．结论

5．2．展望

参考文献

致谢

硕士期间主要学术成果