藻菌共生体处理猪场沼液的参数优化研究

猪场沼液高色高浊、氮磷浓度高,采用藻菌共生体可同步高效去除碳氮磷、节能降耗、资源回收,符合新时代对污水处理的需求。从污染物去除、微生物生长等角度对光照强度、曝气量和藻菌接种比例这3个参数进行优选发现,曝气量对氮去除的影响最大,而3个参数对碳、磷去除的影响较小。经加权评价得出三因素排序:曝气量>光照强度>藻菌接种比例,最优参数组合:光照强度为550μmol/(m^(2)·s),曝气量为0.2 L/min,藻菌接种比例为1∶1。最优组的TP、COD、TN、NH_(4)^(+)-N分别为0.48、219.2、125.2、64 mg/L,TP、COD、TN、NH_(4)^(+)-N去除率分别为95.46%、88.58%、61.58%、80.21%。各组中藻菌絮体粒径均呈增大趋势,且随藻菌接种比例的增大而减小。

电场预处理对藻菌共生体处理养猪废水的影响机制分析

随着畜禽养殖业规模化集约化的发展,畜禽养殖废水已经成为了农业面源污染的主要来源,但其自身包含大量碳氮磷等营养元素又是重要的农业资源。针对养猪废水高色度浊度、高碳氮磷的特点,引入电场预处理来降低废水的色度、浊度,在促进藻菌共生体生长的同时提高废水中污染物的去除效率。结果表明:电场预处理能使养猪废水中的色度、浊度得到有效降低,铁、铝做阳极时色度、浊度的去除率均能达到90%以上。经电场预处理的废水在藻菌共生体的培养上也有更优的表现,铁、铝做阳极组中藻菌共生体对COD、TN、TP的7 d去除率分别为59.09%、61.78%、68.96%和62.26%、62.26%、83.92%,优于未经电场预处理组的47.82%、59.3%、60.48%。此外,铁、铝做阳极组和未经电场预处理组叶绿素含量分别从7.63、7.32、7.37 mg·L^(-1),增长到24.39、26.08、12.98 mg·L^(-1),是接种时的3.20、3.54、1.70倍,电场预处理明显提高了藻菌共生体中叶绿素的含量。说明电场预处理能有效提升藻菌共生体对污染物的去除效果,并获得更大的生物质资源,同步实现对废水的深度处理和资源利用。

多价态金属离子与藻菌共生体胞外聚合物作用对膜污染的影响

采用藻菌共生体-膜组合工艺处理养殖废水,针对不同价态金属离子与藻菌共生体分泌的胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)相互作用对超滤过程中膜污染的影响展开研究。通过分别向EPS溶液中添加不同浓度(20、30 mg·L^(-1))Ca^(2+)、Mg^(2+)、Fe^(3+)、Al^(3+)离子,与未添加金属离子的对照组比较,探究不同浓度金属离子添加对膜通量衰减的影响和作用机制。实验结果表明,在超滤过程中加入Mg^(2+)会使膜通量减小,加剧了膜污染状况;Ca^(2+)对超滤过程影响较小,但也在一定程度上加剧了膜污染;而Fe^(3+)和Al^(3+)的加入则对膜污染有一定缓解作用,使得添加组膜通量较对照组反而有所提高。采用Hermia模型对实验数据进行拟合分析发现加入多价态金属离子的EPS溶液均呈现出与标准堵塞模型拟合程度最高的特征。

三价铁对藻菌共生体在养殖废水处理中膜污染的影响

将电场预处理与藻菌共生-膜耦合技术用于畜禽养殖废水处理可实现对碳、氮、磷的高效去除,但膜污染是制约其应用的主要因素之一。基于电场预处理残留铁离子对藻菌共生体膜污染的影响展开研究,通过在藻菌共生体及其分泌的胞外聚合物(EPS)拆分的各组分中加入铁离子使其浓度分别达到15、40、60、150 mg/L,分析铁离子与EPS各组分相互作用对膜污染的贡献和作用机制。结果表明,铁离子对膜污染的影响存在临界点,当铁离子浓度低于临界点时膜污染减轻,反之则膜污染加剧,推测铁离子浓度临界值在40~60 mg/L之间。造成膜污染的是EPS的主要成分酪氨酸类蛋白质,且对膜污染贡献组分最大的是溶解性微生物产物(SMP),SMP与铁离子的结合能力强于其他组分,是EPS膜污染的主要贡献者。铁离子的加入对SMP、微生物絮体(MFR)的完全堵塞模型拟合度影响最大,其拟合R2值变化高达0.3241和0.3711。而在松散附着型胞外聚合物(LBEPS)、紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS)中则是对完全堵塞和标准堵塞影响最大,同时也对膜面污染物的分布产生了影响。