响应面法优化藻菌共生体系深度处理畜禽养殖废水工艺研究

为优化微藻-细菌共生体系对畜禽养殖废水中碳氮磷去除的参数条件,利用响应面分析法(Response surface methodology,RSM)中的Box-Behnken中心组合设计(BBC),以接种比例、曝气量以及初始氨氮浓度为试验变量,以污染物去除率为响应值开展试验。响应面分析结果表明,对于COD去除的最佳条件为:活性污泥与微藻接种比例为6.0(m/m)、曝气量2.0 L·min^-1、初始氨氮浓度750 mg·L^-1,此时COD去除率达92%以上。对于总氮(Total nitrogen,TN)的去除,当接种比例5.0(m/m)、曝气量1.5 L·min^-1、初始氨氮浓度750 mg·L^-1时,其去除率可达最大值(53%)。而对于磷酸盐的去除,当接种比例6.0(m/m)、曝气量1.5 L·min^-1、初始氨氮浓度600 mg·L^-1时,试验前96 h内便可达到100%的去除率。进一步对生物量检测发现,初始条件分别为曝气量1.5 L·min^-1、初始氨氮浓度900 mg·L^-1、接种比例4.0(m/m)或曝气量1.0 L·min^-1、初始氨氮浓度750 mg·L^-1、接种比例4.0(m/m)时,微藻生物量产量最高,可达到1.63~1.64 g·L^-1。研究表明,通过响应面法可以优化藻菌共生体系对畜禽养殖废水的处理工艺。对于不同的目标污染物,具有不同的最优参数组合。综合考虑各因素对各目标污染物去除效果的影响,可以选择废水处理工艺最优参数组合。通过回收在废水处理过程中生长的藻菌共生体用于后续生物质利用,可实现良好的经济价值,提高该工艺在污水深度处理中的应用前景。

固定化藻菌共生体处理畜禽养殖废水效果优化

针对固定化藻菌共生体处理畜禽养殖废水中废水处理效果及微生物生长量等问题。在实际废水中,拟通过正交试验和多指标全概率分析法,研究固定化参数对固定化小球强度、微生物生长情况、碳氮磷去除效果的影响,优化固定化参数;并通过实验对比,探究固定化对藻菌共生体的影响。结果表明:海藻酸钠浓度为4%、氯化钙浓度为1%、固定化时间为12 h时是最适合畜禽养殖废水的固定化参数;固定化藻菌体系明显拥有更高的生物量,固定化藻菌体系的COD、TN、TP去除率分别为92.63%,53.04%,91.58%,除COD去除率略低于悬浮性体系外,其他项目较悬浮性藻菌体系均有明显优势。该结果可为固定化藻菌共生体在畜禽养殖废水处理中的应用提供一定参考。

不同填料吸附固定化藻菌共生体在畜禽养殖废水处理中的效果对比

为提升藻菌共生体系对畜禽养殖废水的脱氮除磷效果,搭建曝气管式光生物反应器,与藻菌吸附固定化技术相结合,通过投加3种不同填料和无填料的悬浮藻菌体系对比,选取在曝气条件下适合处理高氮磷浓度废水的固定化填料。实验表明,聚氨酯海绵(PF)填料吸附固定化藻菌生物量干重0.3354 g·g^(-1),辫式纤维填料0.3732 g·g^(-1),高密度聚乙烯K1填料0.0135 g·g^(-1)。填料能促进藻菌共生,增大絮体粒径。在初始COD浓度1836 mg·L^(-1),NH_(4)^(+)-N初始浓度524 mg·L^(-1),TP浓度30 mg·L^(-1)的模拟畜禽养殖废水中,采用聚氨酯海绵填料的藻菌吸附固定化系统对NH_(4)^(+)-N去除率达到99.81%、TN去除率58.37%,TP去除率71.7%;辫式纤维填料NH_(4)^(+)-N去除率85.87%、TN去除率59.10%,TP去除率70.74%;高密度聚乙烯K1填料NH_(4)^(+)-N去除率94.68%、TN去除率38.06%,TP去除率59.21%。综合污染物去除效果,在处理高氮磷浓度的养殖废水中,采用PF填料是最佳的选择。

活性炭与混凝剂预处理不同废水的效果对比

膜污染是制约纳滤技术在废水处理和回用应用的主要问题。吸附法和混凝法是废水预处理的常用方法,可以有效降低污水的浊度和色度物质,保障后续膜工艺的稳定运行。但由于不同类型废水中污染物含量和组成特点各不相同,对活性炭吸附或混凝处理的性能和效率有显著的影响,需要针对性的筛选和优化来选取合适的预处理工艺参数条件。本研究采用4种活性炭(A-D型)和4种混凝剂(FeCl3,Al2(SO4)3,PACla和PAClb)对城市污水、制药废水和纺织废水的预处理效率进行优化。结果表明,B型投加量为30 g·L-1对城市污水处理效率最高,对制药废水D型投加量为20 g·L-1是更可取的,针对纺织废水D型投加量为30 g·L-1时是最合适的选择。混凝预处理方法下,城市污水和纺织废水使用0.5 mmol·L-1的PACla效果最佳,而制药废水则是投加0.5 mmol·L-1的FeCl3效果更好。通过对优化后的吸附剂和混凝剂预处理效果的比较,表明采用吸附剂和混凝剂相结合的方法可以获得最佳的预处理效果,且成本更经济合理。

基于平行因子分析的藻菌共生膜污染机制研究

基于不同藻菌共生体系(微藻真菌、微藻细菌)处理畜禽养殖废水,采用死端过滤的超滤杯实验测试不同体系(A.纯微藻体系;B.微藻真菌体系;C.微藻细菌体系)混合液在超滤过滤中的污染状况,研究膜污染形成机制.实验结果表明,B、C组的通量衰减速度明显低于A组,A组膜污染模型以标准堵塞和滤饼层为主,而B、C组膜污染与标准堵塞、中间堵塞和滤饼层模型均有很高的拟合度.A组混合液粒径在1~30μm范围内比B和C组占比更多,在30~1000μm范围分布较少,导致膜孔堵塞更快,形成的滤饼层更为紧密,膜污染更严重.膜清洗液EEMs PARAFAC结果表明,膜面有机污染物主要为色氨酸和酪氨酸类蛋白质.B和C组藻菌共生作用大大减少了EPS类物质的产量,尤其是色氨酸类蛋白质,从而减轻了膜污染状况.

腐植酸和巯基改性生物炭对水中Cd^(2+)的吸附性能和机制研究

本研究以水稻秸秆为原料制备生物炭(BC300),通过使用腐植酸和3-巯丙基三甲氧基硅烷(3-MPTS)丰富其表面官能团,得到腐植酸改性生物炭(HBC300)和巯基改性生物炭(SBC300)两种改性生物炭,分析改性生物炭对Cd^(2+)的吸附能力,借助FT-IR、XPS和Boehm滴定等表征手段和密度泛函理论(DFT)计算探究改性生物炭的理化性质及官能团对吸附Cd^(2+)的作用。结果表明:改性过程改变了生物炭的理化性质,HBC300表面增加了—COOH和—OH官能团,而SBC300表面—COC、—CO和—SH官能团增多。通过丰富其生物炭表面官能团提升了生物炭对Cd^(2+)吸附反应速率和吸附性能,表现出改性生物炭在水中去除Cd^(2+)的潜力。其中,SBC300对Cd^(2+)吸附效果最佳,其最大平衡吸附容量为49.5 mg·g^(-1),但吸附反应速率小于HBC300,符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型,此吸附过程为单分子层吸附并受化学吸附控制。表征数据及DFT计算拟合数据结果表明,生物炭表面修饰官能团加快了对Cd^(2+)吸附反应速率,但—COC和—CO官能团限制了SBC300对Cd^(2+)的吸附反应速率。

EPS组分对藻菌共生体在畜禽养殖废水处理中膜污染的影响

微生物分泌的胞外聚合物(EPS)组分对膜污染的影响十分复杂,为进一步探究EPS组分对藻菌共生体在畜禽养殖废水处理中膜污染的影响机制,对藻菌共生体在畜禽养殖废水中产生的EPS进行拆分,主要分成4种组分:溶解性微生物产物(SMP)、松散附着性胞外有机物(LB-EPS)、紧密附着性胞外有机物(TB-EPS)和提取EPS后的微生物絮体残渣(MFR).研究不同的EPS组分对膜污染的影响。实验结果表明,SMP造成的膜污染最严重,其次是MFR.线性拟合结果表明,SMP和LB-EPS主要以标准堵塞为主,MFR以滤饼层堵塞和中间堵塞为主,而TB-EPS则是由4种堵塞模型共同作用,更为复杂.污染物成分分析结果显示,造成膜污染的主要有机物是多糖和蛋白质类物质.

电场预处理强化微藻处理猪场废水的效果优化研究

近年来,基于微藻的废水处理技术受到越来越多的关注,但猪场废水所具有的高色、高浊、高盐等水质特点限制了微藻的处理效果和生长情况.为解决该问题,本研究考虑采用电场处理技术与微藻废水处理相结合的思路,对猪场废水厌氧消化出水进行深度处理.先比较4种不同阳极材料(石墨、铝、不锈钢、钛)的废水预处理效果,再进一步考察各组电场预处理对后续微藻废水处理效果和生长情况的影响.结果表明:不锈钢组和铝组对色度和浊度均表现出了较好的去除效果(92.44%和83.72%;99.83%和99.74%).此外,经电场预处理后的微藻废水处理效果和生长情况均有明显的提升,其中不锈钢组和铝组最终生物量分别达到2.22、1.89 g·L^(-1),远高于对照的原水组.而不锈钢组和铝组中的叶绿素a含量浓度分别增至接种时的11.48倍和9.89倍.这说明将电场预处理与微藻废水处理相结合,可以有效提高污染物去除效果,同时获得更大的有价生物质资源的产量,实现更好的技术经济性和可行性,为该工艺的推广应用提供理论基础和技术支撑.

电场作用对不同藻菌体系处理猪场废水的强化机制研究

为解决猪场废水高色、高浊、高盐的水质特征对藻菌微生物体系处理效果的限制作用,采用电场处理与多种不同微藻/细菌(活性污泥)微生物体系处理相结合,考察了电场对微生物处理猪场废水的效果和生长状况的影响和作用机制.同时,通过对比微藻、微藻-活性污泥、活性污泥3种微生物体系对经电场处理养猪沼液中污染物去除效果及微生物生长情况,考察了电场处理对微生物处理效果的影响和作用.结果表明:电场对养猪沼液色度和浊度均有较好的去除效果,去除率分别为90.43%、99.69%;电场处理后的沼液再进行微生物处理可取得更优的处理效果,微生物对总氮和总磷的去除率最高分别为70.65%、67.30%.此外,微藻-活性污泥共生体系在污染物去除效果和生长状况方面均优于单一微生物体系.微藻-活性污泥体系最终叶绿素a含量为接种时的7.65倍,活性污泥生物量为接种时的1.51倍,远高于单一微生物体系.说明电场处理与微藻-活性污泥生物处理相结合,可以有效提高污染物去除效果,同时获得更多有价的生物质资源,实现更为可观的经济价值,具有广阔的应用潜力和发展前景.