污水处理优势微藻群落筛选及氮磷去除性能研究

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微藻作为一种生物质能源,在污水处理领域具有巨大的潜力与广阔的发展前景。利用污水处理厂出水受纳水体中的优势藻种构建微藻群落系统,可以提高藻类技术在实际污水处理中的效率,具有重要的现实意义。为筛选污水处理厂出水受纳水体优势藻种并构建微藻群落系统,本文基于2018年10月至2019年9月期间污水处理厂出水受纳水体藻类定性定量数据与水质理化数据,分析了研究区域浮游植物群落结构特征;将野外采样数据与藻类特性相结合,筛选出室内实验藻种并进行扩大培养;在不同温度条件与不同营养条件下,对比分析藻株的生长速率与污染物去除率,进一步筛选出具有高生长活性与高氮磷去除能力的藻种;构建不同微藻群落系统对比其氮磷污染物去除能力与群落系统稳定性。基于以上研究,得出结果如下:(1)采样调查期间共记录到藻类7门49属。其中,硅藻门属数最多,为16属,其次为绿藻门14属和蓝藻门12属。2019年6月属数最多为25种,2019年9月属数最少为11种。全年时间范围内,硅藻与蓝藻占据主要优势。全年藻类细胞密度差异较大,范围为2.78×105cells/L~2.28×106cells/L。采样调查期间全年多样性指数H’值变化范围为4.61~2.72,均匀度指数J值变化范围为1.07~0.69,全年H’值和J值变化趋势一致,优势度指数D值变化范围为0.88~0.32,2月优势属密度较高,出现D值最大值,8月优势属密度较低,出现最低值。研究区域藻类细胞密度与DO值之间呈极显著正相关(P<0.01),表明随着DO值的增大水体中藻类的细胞密度也随之增大,与WT呈显著负相关(P<0.05),即当WT上升水体中藻类细胞密度反而下降,推测是因为夏季出水量较大,所以浮游植物密度会在一定程度上被稀释。(2)结合前期采样数据并以生长特性、生长活性与研究价值为条件,筛选出淡水小球藻、斜生栅藻、菱形藻、莱茵衣藻与小环藻作为室内实验藻种。通过室内实验研究发现,当温度为10℃时,仅有小环藻与菱形藻生长速率较为稳定,对TN与TP去除效果较好,实验运行结束时TN去除率达到89.50%与84.19%,TP去除率达到94.83%与95.86%;当温度为20℃较为适宜的情况下,各藻株细胞活性更强均保持了稳定的生长趋势,小环藻与菱形藻对TN与TP去除效果最好,实验运行结束时TN去除率分别达到91.20%与85.25%,TP去除率达到97.07%与94.42%;当温度为30℃时,大部分藻种藻细胞出现死亡现象,仅有小环藻与斜生栅藻细胞密度有所增长,藻种对污染物去除效果也不甚理想,只有小环藻对TN的去除率能达到80.65%;在低营养条件与普通营养条件下,大部分藻株生长活性较为稳定,斜生栅藻对TN与TP去除效果最佳,实验运行结束时,TN去除率高达93.79%与84.78%,TP去除率高达94.75%与83.89%;在高营养条件下,藻细胞均开始死亡,且藻株对污染物去除效果较差,斜生栅藻去除能力相对较好,TN去除率为67.27%,TP去除率仅为43.48%。综上,斜生栅藻、菱形藻与小环藻在不同温度条件与不同营养条件下均拥有较强的生长活性与更佳的污染物去除能力,故选择其作为下一步实验的优势藻种。(3)将斜生栅藻与菱形藻组合为群落A,斜生栅藻与小环藻组合为群落B,菱形藻与小环藻组合为群落C,斜生栅藻、菱形藻与小环藻组合为群落D。当进水TN浓度为23.92mg/L时,群落C实验组对于TN去除效果最好,全实验周期内出水TN浓度最低为1.48mg/L,去除率高达93.83%;当进水NH3-N浓度为3.55mg/L时,群落C实验组出水中NH3-N含量持续降低,出水最低浓度仅为0.30mg/L,去除率高达91.56%;当进水TP浓度为5.84mg/L时,群落C实验组出水中TP浓度最低为0.26mg/L,去除高达95.55%。综合分析,群落C具有更强的污染物去除能力,而群落D污水处理效果的稳定性更强。综合得出,微藻群落相对于单一藻种具有更好的污染物去除效果,利用微藻群落进行废水处理效率更高。群落多样性高低与污染物去除能力并无正相关关系,而系统稳定性可在一定程度上随着群落多样性增高而增强。建议在实际污水处理中,针对不同废水选择不同微藻进行污水处理,在共培养过程中增加物种种类提高群落多样性以保持微藻群落系统的稳定性。
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