漂浮式半渗透微藻光生物反应器去除模拟废水中氮的研究

摘要

当下，水产养殖所造成的环境污染问题愈发严重，水产养殖废水的处理也受到各行各业的关注。由于养殖水体的水量巨大，如何低成本去除废水中的氮是一个技术难题。微藻是一种单细胞光合自养生物，生长所需要的成分较为简单，且生长速度快、周期短。把微藻和水产养殖废水处理相结合是对废水资源化利用的有效途径，解决了微藻生产的用地、成本等问题。本文以模拟水产养殖废水为例进行研究，从漂浮式半渗透反应器的设计制备、微藻的培养条件以及在应用中的影响因子的关系等方面研究，并建立了数学模型揭示了N释放量、生物产率、蛋白含量等关键因子的影响，主要研究内容和结论如下：　　（1）营养盐（N*）能在漂浮式半渗透反应器内外传递，不同孔径半透膜（1、5、10、40μm）平均传质速率分别为14.7、17.3、20.8、181.8mg·L-1h-1m-2。保证微藻不漏出的情况下，传质速率越快越好。在藻液比、接触面积相同时，栅藻在深度为5cm反应器中的生物产率是深度为13cm反应器中的约1.87倍，分别为0.195、0.104g·L-1·d-1。　　（2）微藻的生长及对N的吸收受到诸多因素影响。栅藻在本装置中生长较小球藻更好，对硝氮去除能力强，1μm半渗透膜对它的拦截效果更佳。在白红蓝光质实验中，栅藻的生物产率分别为0.21、0.04、0.03g·L-1·d-1；在不同光照强度（50、100、220umol·m-2s-1）条件下，栅藻的生物产率分别为0.08、0.10、0.15g·L-1·d-1，平均每天对硝氮的去除分别为1.85、2.42、2.97mg·L-1·d-1，其去除率分别为50.8%、76.9%、98.4%；在不同初始浓度（0.05、0.20、0.27g·L-1）下，栅藻的生物产率分别为0.173、0.186、0.214g·L-1·d-1，对氮的去除效率为71.82%、91.26%、97.02%，在微藻的培养过程中，选择合适的生长条件有利于提高生物产率和脱氮能力。　　（3）在以氨氮唯一氮源、亚硝态氮唯一氮源及氨氮、亚硝氮和硝氮同时存在下，栅藻藻细胞的生物产率分别为0.135、0.151、0.179g·L-1·d-1，对氮的去除效率分别为98.25%、85.34%、93.11%，蛋白质含量分别为32.2%（±0.89%）、29.86%（±0.76%）、26.98%（±0.79%）。在三氮同时存在时，栅藻优先利用NH4+-N，当NH4+-N含量较低或者没有时，栅藻会利用NO3--N、NO2--N满足自身的生长需求，比较NH4+-N、NO3--N、NO2--N去除效率分别为98.53%、83.57%、86.44%。　　（4）栅藻处理水产养殖水体实验中效果良好，与模拟废水中的数据对比差别并不大，表明本装置具有一定的应用价值。模型分析表明，微藻生物产率a、蛋白质含量b及光照强度与R（藻液面积与池塘面积）呈负相关关系，与池塘每天释放的N含量呈正相关关系。当N释放速率、微藻生长速率、蛋白含量分别为0.001mg·L-1·d-1、0.15g·L-1·d-1、30%时，处理面积与水体面积比为0.208。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 水产养殖的基本情况

1.2 微藻处理养殖废水的研究进展

1.3 本研究的目的、内容和意义

第二章 漂浮式半渗透营养盐去除装置制备优化与藻种选择

2.1 半透膜的选择和营养盐去除装置的制备

2.2 半透膜材料的筛选

2.3 1微米和5微米半透膜的比较

2.4 反应器的优化与改进

2.5 小结

第三章 微藻培养条件对营养盐去除的影响研究

3.1 两种微藻在漂浮式半透膜装置中的比较

3.2 不同光质对栅藻生长的影响

3.3 不同光强对栅藻生长及脱氮能力的影响

3.4 不同初始浓度对栅藻生长及脱氮能力的影响

3.5 本章小结

第四章 利用漂浮式半渗透膜去除氨氮和亚硝酸盐

4.1 材料与方法

4.2 结果与分析

4.3 三种氮源同时存在时氮含量的变化

4.4 小结

第五章 漂浮式反应器去除养虾养殖水中的N营养盐及其主要影响因子的模型分析

5.1 利用漂浮式反应器处理养虾水

5.2 影响漂浮式反应器性能主要因子的模型与分析

5.3 小结

第六章 结语

6.1 主要研究结论

6.2 论文的不足之处

参考文献

致谢

在读期间公开发表论文（著）及科研情况