小球藻对活性污泥在污水处理中的影响Word格式.docx
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在黑暗条件下，溶解氧浓度较高时，异养生长普通小球藻与好氧活性污泥的混合体系对废水中各营养物质的去除以好氧活性污泥为主导，藻的加强效果不明显.
关键词：
小球藻；
好氧活性污泥；
环境条件；
溶解氧浓度；
去除率
ABSTRACT
Simulationtheresultsof9controlgroupsbyprocessingwastewateroflife，Analysisofremovingofwastewatertreatmentondifferentenvironmentalconditionsandaerobicactivatedsludge,andaerobicactivatedsludgeprocessinginChlorellavulgariseffectwastewatertreatmentproduced.Theresultsshowthatunderthesameenvironmentalcondition,aerobicactivatedsludgecapacityofeachnutrient，thereisanadditivedeffectonChlorellavulgariswastewatertreatment，COD,totalnitrogenrelativiedmoresignificant,littleeffectontotalphosphorustreatment;
Onlowdissolvedoxygenconcentrationcondition,thelightconcentrationisbetterthannolightcondition,ChlorellavulgarismixedwithaerobicactivatedsludgesysteminwastewaterprocessingbytheremovalofnutrientsledtoChlorellavulgaris;
Ondarkcondition,dissolvedoxygenconcentrationishigh,heterotrophicgrowedChlorellavulgarismixedwithaerobicactivatedsludgesystemonwastewaternutrientremoviedintheaerobicactivatedsludge-ledandeffectalittle.
Keywords:
Chlorellavulgaris;
aerobicactivatedsludge;
environmentalconditions;
dissolvedoxygenconcentration;
removal
1.1.2小球藻的培养方式1
1.1.3小球藻的应用2
1.2生活废水的处理现状3
1.2.1MBR处理工艺4
1.2.2A2O法5
1.2.3SBR法5
1.2.4氧化沟6
2.1实验材料9
2.2主要试剂与仪器9
2.2.1主要试剂9
2.2.2主要仪器与设备10
2.3指标和方法10
2.3.1藻密度的测定10
2.3.2MLSS的测定10
2.3.3COD的测定10
2.3.4总氮的测定11
2.3.5总磷的测定11
2.4实验方法12
2.4.1小球藻的驯化12
2.4.2活性污泥的驯化12
2.4.3实验组别12
2.4.4实验方案13
3.1实验过程中各指标变化趋势15
3.2实验讨论与分析16
3.2.2单一条件讨论16
3.2.3加入藻泥量相同，不同条件对比20
3.2.4高去除率组别对比讨论21
4.1结论23
4.2展望23
第1章绪论
1.1小球藻
1.1.1小球藻的介绍
小球藻（Chlorella）为绿藻门,属普生性单细胞绿藻，是一种球形或广椭圆形单细胞淡水藻类，直径3~8微米，是地球上最早的生命之一,出现在20多亿年前，基因始终没有变化，是一种高效的光合植物，大都生息在淡水中，它借助阳光、水和二氧化碳，以每隔20小时分裂出4个细胞的旺盛繁殖能力，不停地将太阳能量转化生成蕴涵多种营养成分的藻体，并在增值中释放出大量的氧气；
它的光合能力高于其他植物10倍以上，分布极广.其含有丰富的蛋白质、维生素、矿物质、食物纤维、核酸及叶绿素等，是维持和促进人体健康所不可缺少的营养素[1～3].基于小球藻这种生命活力及产生的高能营养物质，人们赞美它是“罐装的太阳”.
这种生物直到一百多年前人类发明了显微镜以后，生物学家拜尔尼克（M.W.Beyernick）博士才发现了它（图1-1显微镜下小球藻）；
把希腊文Chlor（绿色）和拉丁文表示细小物质Ella组合，将其命名为Chlorella.因为它的直径只有3~8微米，必须用600倍以上的显微镜才能看见，且形状呈圆球形，所以被称为小球藻（绿藻）.
图1-1显微镜下小球藻
Fig.1-1Chlorellaunderthemicroscope
1.1.2小球藻的培养方式
（1）自养培养
小球藻自养培养主要指利用光能将无机碳转化为碳水化合物的过程，光照可以采用太阳光或人工光源，无机碳源主要包括碳酸盐或CO2.小球藻最适培养温度25℃~35℃，最适pH6.5~7.5，最适光照强度2000~50001ux[4]，除此之外，还需要在培养基中提供氮源、磷源、镁和铁及微量元素等.目前，小球藻自养培养的技术已经成熟，但存在的主要问题是在小球藻细胞增加到一定浓度后阻挡光线进入培养物，因此限制了小球藻的光合作用，导致培养的小球藻生物量低.针对这一问题国内外学者进行了一系列研究，发现小球藻对高浓度CO2具有很强的适应性和较高的固定能力，通过不断研究，将会寻求出一条新的绿色环保型的温室气体减排之路.
（2）异养培养
小球藻除了可以利用光能和CO2进行正常的光合自养生长外，还可以在无光条件下利用有机碳源和O2，进行异养生长繁殖，生长速率比自养条件下快得多，类似于细菌的发酵.由于小球藻这一特性和其较高的应用价值，所以有关培养方式、转化的机制、细胞结构的变化、生化成分和代谢调控方面的研究尤为引人注目[5～8].
与自养小球藻相比，异养小球藻细胞显著增大，而且异养小球藻细胞在生长过程中还会出现肥大细胞，这种细胞中含有很多似亲孢子.由于高浓度葡萄糖对分解细胞壁多糖酶活力的抑制，细胞不断生成的似亲孢子却不能及时释放，导致细胞体积不断变大.
异养小球藻细胞可利用有机碳源快速异养生长，而且异养小球藻细胞中还含有大量的脂肪，这对于有机废物合理利用，治理环境污染都具有十分重要的意义.
1.1.3小球藻的应用
微藻的开发应用越来越受到人们的重视，不但在食品保健、医药制品等方面得到开发利用，而且在化妆品、饲料等方面也受到人们的青睐，甚至作为生物技术或基因工程的受体在科研上有了一席之地.
（1）营养与保健食品
许多研究表明，小球藻、螺旋藻等单细胞微藻类含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素、生物多糖、不饱和脂肪酸、叶绿素、类胡萝卜素及人体所需的各种矿物质等[9]，有优异的营养保健功能，既能促进细胞和肌体的生长发育，延缓衰老，又能提高肌体免疫机能，对感冒、痛风、肿瘤及消化系统疾病有良好的预防及辅助治疗作用.目前的微藻食品除了片状及胶囊状的主导产品外，还陆续出现了把藻粉和其他抽提物添加到普通食品中，制成具有微藻营养及风味的饮料、营养液、雪糕、巧克力、面包、饼干及健美减肥食品等.
（2）食品添加剂
微藻除了大量用于生产健康食品外，日本、澳大利亚等还以微藻作原料生产维生素、食用色素、多不饱和脂肪酸等食品添加剂，其中螺旋藻和小球藻可直接用作食品着色剂，或从中提取藻蓝素、叶绿素、类胡萝卜素、虾青素等食用色素.最初将小球藻的提取物添加到发酵的牛奶中，以促进乳杆菌属的生长，如今把小球藻干粉或提取物添加到发酵的大豆或酒中，或添加到饮料、醋、糖果、面包、面条中，可起到改良味道或调味作用；
将螺旋藻产生的藻胆蛋白作为天然的食用色素添加到冰激凌、糖果、果冻、口香糖、酸乳酪中，不仅增加了口感，而且外形非常美观.尤其值得注意的是，由于二十二碳六烯酸（DHA）是组成脑和视网膜的主要结构脂类，人类不能有效地合成，大部分婴儿食品中缺乏DHA，因此可用微藻中的DHA作为婴幼儿营养的添加剂.
（3）饵料和饲料
微藻或以微藻为食的浮游动物（如轮虫）是经济水生动物的天然饵料，这些饵料的有无或优劣已成为决定鱼、虾、贝类人工育苗成败的关键因素之一.由于每种微藻的营养成分不同，而每种水产动物所需的营养成分也不同，因此培养不同的水产动物要选用不同的饵料，水产动物的不同发育阶段，也要选用不同的饵料.如许多鲱形目、鲻型目鱼类以及众多的虾蟹类幼体都是以摄食硅藻为生的，海滩上爬行的泥螺及岩礁上匍匐的各种螺类舔食的也是底栖的硅藻类.小球藻、角毛藻、盐藻等，是扇贝、鲍鱼等幼体的开口饵料.微绿球藻和金藻富含EPA和DHA，是鱼、虾育苗的重要饵料.微藻作为对虾、扇贝、鲍鱼等水产动物幼体的开口饵料对提高幼体的成活率和增强体质有重要作用.
（4）废水处理
微藻对污水具有很强的清洁能力，特别是丝状微藻，由于比较容易与培养液进行分离，所以是进行污水生物处理的有效生物.用微藻净化污水，不仅能减少环境污染，还可以将得到的藻类细胞用作饲料和肥料，甚至可用于生产有用的化学物质.与传统的废水处理方法相比，用微藻处理废水，具有成本低、耗能少、效益大的特点，是一项非常有开发潜力的环保工程，特别是近几年生物膜反应器技术的成功应用和金属硫蛋白基因向蓝藻中转移的成功，进一步推动了微藻在污水处理方面的应用.
（5）生物柴油
研究发现，某些单细胞藻类（如Chlorellaprotothecoides原始小球藻）不但在无机培养基中按常规的营养叶途径通过光合作用进行自养生长，还能在高浓度有机源、低浓度有机氨的有机培养基中按异养代谢途径生长，表现为细胞黄化，叶绿素消失，而细胞的生长和繁殖速率更快.在研究中发现，有些小球藻异养转化后细胞油脂化合物的含量可高达细胞干重的55%[10]，是自养细胞的4倍，也大大高于大豆种子的油脂含量（30~35%）.因此小球藻是非常理想的生物柴油研究对象[11].
作为最好的太阳能转换器之一，小球藻是当今人类最感兴趣的能源生物转换系统.通过各种研究大幅度提高小球藻固定和转化CO2的能力，提高其有效成分的含量，使小球藻这一人类最早分离培养的藻种焕发青春，为人们的健康、环境的保护和人类的可持续发展做出新的更大贡献[12].
1.2生活废水处理现状
由于生活废水处理的核心是生化部分，因此我们称废水处理工艺是特指这部分，如接触氧化法、SBR法、A/O法等.用生化法（包括厌氧和好氧）处理生活废水在目前是最经济、最适用的废水处理工艺，根据生活废水的水量、水质及现场的条件而选择不同的废水处理工艺对投资及运行成本具有决定性的影响.
长期以来，城市生活废水的二级生物处理多采用活性污泥法，它是当前世界各国应用最广的一种二级生物处理流程，具有处理能力高，出水水质好等优点.但却普遍存在着基建费、运行费高，能耗大，管理较复杂，易出现污泥膨胀、污泥上浮等问题，且不能去除氮、磷等无机营养物质.
由于废水处理是一项侧重于环境效益和社会效益的工程，因此在建设和实际运行过程中常受到资金的限制，使得治理技术与资金问题成为我国水污染治理的“瓶颈”.目前在城市生活废水处理研究和应用领域，普遍存在的问题有：
（1）采用传统的活性污泥法，往往基建费、运行费高，能耗大，管理较复杂，易出现污泥膨胀现象；
工艺设备不能满足高效低耗的要求.
（2）随着废水排放标准的不断严格，对废水中氮、磷等营养物质的排放要求较高，传统的具有脱氮除磷功能的废水处理工艺多以活性污泥法为主，往往需要将多个厌氧和好氧反应池串联，形成多级反应池，通过增加内循环来达到脱氮除磷的目的，这势必要增加基建投资的费用及能耗，并且使运行管理较为复杂.
（3）目前城市废水的处理多以集中处理为主，庞大的废水收集系统的投资远远超过废水处理厂本身的投资，因此建设大型的废水处理厂，集中处理生活废水，从废水再生回用的角度来说不一定是唯一可取的方案.较为常用的生活废水处理工艺有：
1.2.1MBR处理工艺
MBR又称膜生物反应器（MembraneBio-Reactor）,是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术.
膜生物反应器主要由膜分离组件及生物反应器两部分组成.通常提到的膜生物反应器实际上是三类反应器的总称：
①曝气膜生物反应器（AerationMembraneBioreactor,AMBR）：
②萃取膜生物反应器（ExtractiveMembraneBioreactor,EMBR）；
③固液分离型膜生物反应器（Solid/LiquidSLSMBR,简称MBR）.
与许多传统的生物水处理工艺相比，MBR具有以下主要特点：
出水水质优质稳定.由于膜的高效分离作用，分离效果远好于传统沉淀池，处理出水极其清澈，悬浮物和浊度接近于零，细菌和病毒被大幅去除，出水水质优于建设部颁发的生活杂用水水质标准（CJ251-89），可以直接作为非饮用市政杂用水进行回用.同时，膜分离也使微生物被完全截流在生物反应器内，使得系统内能够维持较高的微生物浓度，不但提高了反应装置对污染物的整体去除效率，保证了良好的出水水质，同时反应器对进水负荷（水质及水量）的各种变化具有很好的适应性，耐冲击负荷，能够稳定获得优质的出水水质.剩余污泥产量少.该工艺可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低（理论上可以实现零污泥排放），降低了污泥处理费用.占地面积小，不受设置场合限制.生物反应器内能维持高浓度的微生物量，处理装置容积负荷高，占地面积大大节省；
该工艺流程简单、结构紧凑、占地面积省，不受设置场所限制，适合于任何场合，可做成地面式、半地下式和地下式.
可去除氨氮及难降解有机物.由于微生物被完全截流在生物反应器内，从而有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留生长，系统硝化效率得以提高.同时，可增长一些难降解的有机物在系统中的水力停留时间，有利于难降解有机物降解效率的提高.
操作管理方便，易于实现自动控制.该工艺实现了水力停留时间（HRT）与污泥停留时间（SRT）的完全分离，运行控制更加灵活稳定，是污水处理中容易实现装备化的新技术，可实现微机自动控制，从而使操作管理更为方便.
易于从传统工艺进行改造.该工艺可以作为传统污水处理工艺的深度处理单元，在城市二级污水处理厂出水深度处理（从而实现城市污水的大量回用）等领域有着广阔的应用前景.
膜生物反应器也存在一些不足.主要表现在以下几个方面：
膜造价高，使膜生物反应器的基建投资高于传统污水处理工艺；
膜污染容易出现，给操作管理带来不便；
能耗高：
首先MBR泥水分离过程必须保持一定的膜驱动压力，其次是MBR池中MLSS浓度非常高，要保持足够的传氧速率，必须加大曝气强度，还有为了加大膜通量、减轻膜污染，必须增大流速，冲刷膜表面，造成MBR的能耗要比传统的生物处理工艺高.
1.2.2A2/O法
A2O法又称AAO法，是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic第一个字母的简称（厌氧-缺氧-好氧法），是一种常用的污水处理工艺，可用于二级污水处理或三级污水处理，以及中水回用，具有良好的脱氮除磷效果.该法是20世纪70年代，由美国的一些专家在AO法脱氮工艺基础上开发的.
各反应器单元功能：
厌氧反应器，原污水与从沉淀池排出的含磷回流污泥同步进入，本反应器主要功能是释放磷，同时部分有机物进行氨化；
缺氧反应器，首要功能是脱氮，硝态氮是通过内循环由好氧反应器送来的，循环的混合液量较大，一般为2Q（Q为原污水流量）：
好氧反应器——曝气池，这一反应单元是多功能的，去除BOD，硝化和吸收磷等均在此处进行.流量为2Q的混合液从这里回流到缺氧反应器.
沉淀池，功能是泥水分离，污泥一部分回流至厌氧反应器，上清液作为处理水排放.
工艺特点：
本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总水力停留时间少于其他类工艺；
在厌氧（缺氧）、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，不易发生污泥丝状膨胀，SVI值一般小于100；
污泥含磷高，具有较高肥效；
运行中勿需投药，只用轻轻搅拌，以不增加溶解氧为度，运行费用低；
存在的待解决问题：
除磷效果难再提高，污泥增长有一定限度，不易提高，特别是P/BOD值高时更甚；
脱氮效果也难再进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高；
进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现，但溶解氧浓度也不宜过高，以防循环混合液对缺氧反应器的干扰.
1.2.3SBR法
SBR是序列间歇式活性污泥法（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法.
理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好.运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好.耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击.
工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活.
处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理.
反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀.
SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造.
脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果.
工艺流程简单、造价低.主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省.
缺点：
自动化控制要求高；
排水时间短（间歇排水时），并且排水时要求不搅动沉淀污泥层，因而需要专门的排水设备（滗水器），且对滗水器的要求很高；
后处理设备要求大：
如消毒设备很大，接触池容积也很大，排水设施如排水管道也很大；
滗水深度一般为1~2m，这部分水头损失被白白浪费，增加了总扬程
由于不设初沉池，易产生浮渣，浮渣问题尚未妥善解决
1.2.4氧化沟
氧化沟工艺是五十年代初期发展起来的一种污水处理工艺形式，因其构造简单，易于维护管理，很快得到广泛应用.到目前为止已发展成为多种形式，主要有：
Passveer单沟型、Orbal同心圆型、Carrousel循环折流型、D型双沟式、T型三沟式及一体氧化沟等.
传统的Passveer单沟型和Carrousel型氧化沟脱氮除磷功能差，但是在Carrousel氧化沟前增设厌氧池，在沟体内增设缺氧区，形成改良型氧化沟，便具备生物脱氮除磷功能.
氧化沟的技术特点：
氧化沟结合推流和完全混合的特点，有力于克服短流和提高缓冲能力，通常在氧化沟曝气区上游安排入流，在入流点的再上游点安排出流.入流通过曝气区在循环中很好的被混合和分散，混合液再次围绕CLR继续循环.这样，氧化沟在短期内（如一个循环）呈推流状态，而在长期内（如多次循环）又呈混合状态.这两者的结合，即使入流至少经历一个循环而基本杜绝短流，又可以提供很大的稀释倍数而提高了缓冲能力.同时为了防止污泥沉积，必须保证沟内足够的流速（一般平均流速大于0.3m/s），而污水在沟内的停留时间又较长，这就要求沟内由较大的循环流量（一般是污水进水流量的数倍乃至数十倍），进入沟内污水立即被大量的循环液所混合稀释，因此氧化沟系统具有很强的耐冲击负荷能力，对不易降解的有机物也有较好的处理能力.氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度，特别适用于硝化－反硝化生物处理工艺.氧化沟从整体上说又是完全混合的，而液体流动却保持着推流前进，其曝气装置是定位的，因此，混合液在曝气区内溶解氧浓度是上游高，然后沿沟长逐步下降，出现明显的浓度梯度，到下游区溶解氧浓度就很低，基本上处于缺氧状态.氧化沟设计可按要求安排好氧区和缺氧区实现硝化－反硝化工艺，不仅可以利用硝酸盐中的氧满足一定的需氧量，而且可以通过反硝化补充硝化过程中消耗的碱度.这些有利于节省能耗和减少甚至免去硝化过程中需要投加的化学药品数量.
氧化沟沟内功率密度的不均匀配备，有利于氧的传质，液体混合和污泥絮凝.传统曝气的功率密度一般仅为20－30瓦/立方米，平均速度梯度G大于100/秒.这不仅有利于氧的传递和液体混合，而且有利于充分切割絮凝的污泥颗粒.当混合液经平稳的输送区到达好氧区后期，平均速度梯度G小于30/秒，污泥仍有再絮凝的机会，因而也能改善污泥的絮凝性能.
氧化沟的整体功率密度较低，可节约能源.氧化沟的混合液一旦被加速到沟中的平均流速，对于维持循环仅需克服沿程和弯道的水头损失，因而氧化沟可比其他系统以低得多的整体功率密度来维持混合液流动和活性污泥悬浮状态.据国外的一些报道，氧化沟比常规的活性污泥法能耗降低20％~30％.
另外，据国内外统计资料显示，与其他污水生物处理方法相比，氧化沟具有处理流程简单，超作管理方便；
出水水质好，工艺可靠性强；
基建投资省，运行费用低等特点.
1.3小球藻处理废水的研究进展
目前去除废水中有机物仍多采用传统生化污水处理技术，此法虽能去除废水中部分有机物，但出水中仍含有较多的营养物质，易引起水体富营养化.去除废水中的重金属大多采用物理法或物理化学法，但此法药剂耗量大、处理成本高.而藻类作为营养级中的初级生产者，在其生长与增殖过程中对氮、磷有较大的需求，因而对溶于水中的氮、磷有固定与去除作用.早在1957年藻类的这一特性就被利用作为稳定塘去除氮、磷的手段.有专家分析比较，认为小球藻为去除氮磷比较高效的藻类之一，因而在此基础上，试图找出最佳藻类处理方式和培养方法，以提高其处理污水能力，可为高效处理污水提供更为有效的途径.
目前，探索小球藻处理废水的研究进展[13]：
孙红文等利用普通小球藻、蛋白核小球藻和斜生栅藻处理偶氮染料废水.实验中，在这3种藻培养液中分别加入10种不同结构的单偶氮染料，在温度为25℃左右，12h光照，12h黑暗，以及光照时每3h振荡充气一次的条件下培养.结果表明，蛋白核小球藻生长最好，脱色率最高；
在10种单偶氮染料中对酸性红B的脱色率最高可达89.8%.
蒋培森等选用蛋白核小球藻处理啤酒厂废
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