藍(lán)藻生長(zhǎng)條件優(yōu)化及厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣預(yù)處理研究.pdf

1、目前，市政污泥的主流處理工藝為厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣中的CH4經(jīng)分離后可以作為能源進(jìn)行利用，而副產(chǎn)物CO2則往往排入大氣，成為溫室氣體污染的一部分。針對(duì)副產(chǎn)物CO2未得到有效利用、同時(shí)厭氧發(fā)酵沼液中富含氮、磷的現(xiàn)狀，本文提出一種將藍(lán)藻作為生物催化劑，利用CO2和沼液中N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)將無(wú)機(jī)碳再次轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)，然后將增殖的藍(lán)藻生物質(zhì)進(jìn)行厭氧發(fā)酵，從而將市政污泥厭氧發(fā)酵副產(chǎn)物CO2有效的轉(zhuǎn)化為CH4的工藝思路。本論文主要對(duì)該整體工藝中的藍(lán)藻相關(guān)

2、部分進(jìn)行研究，分別以太湖藍(lán)藻水華中優(yōu)勢(shì)藻種銅綠微囊藻和取自太湖的藍(lán)藻為研究對(duì)象，通過(guò)優(yōu)化藍(lán)藻生長(zhǎng)條件和厭氧發(fā)酵預(yù)處理?xiàng)l件，實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)藻增殖效果、氮磷吸收效果和發(fā)酵效果的提升。研究?jī)?nèi)容包括：
　　1.分別考察了光照時(shí)間、氮磷比和CO2曝氣濃度對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)情況的影響。結(jié)果表明，銅綠微囊藻分別在光照強(qiáng)度為5000 Lux、氮磷比區(qū)間為10:1~20:1、CO2曝氣濃度小于等于5%時(shí)獲得最大藻生物量。在營(yíng)養(yǎng)元素充分的情況下，銅綠微囊藻的

3、生長(zhǎng)受光照強(qiáng)度變化的影響顯著，且在氮磷比過(guò)高或過(guò)低時(shí)會(huì)受到抑制，CO2曝氣濃度過(guò)高也會(huì)抑制藻細(xì)胞的增殖。
　　2.分別考察了光照強(qiáng)度、氮磷比和CO2曝氣濃度對(duì)銅綠微囊藻氮磷吸收效果的影響。結(jié)果表明，銅綠微囊藻對(duì)NO3--N的吸收率隨光照強(qiáng)度增大而升高，在7000 Lux時(shí)獲得最大值，且在CO2曝氣濃度小于等于5%時(shí)獲得最大值。銅綠微囊藻對(duì)NO3--N的吸收率隨氮磷比增大而降低，在氮磷比區(qū)間為10:1~15:1之間獲得最大去除量。銅

4、綠微囊藻對(duì)TP吸收率在光照強(qiáng)度為5000 Lux時(shí)達(dá)到最大值，但隨光強(qiáng)變化的趨勢(shì)不明顯；當(dāng)?shù)妆葏^(qū)間為10:1~20:1、CO2曝氣濃度小于等于5%時(shí)，TP吸收率能分別達(dá)到最大值。
　　3.使用響應(yīng)面法考察了氮磷比、CO2曝氣濃度和pH值對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)情況和P吸收效果的影響。結(jié)果表明，通過(guò)優(yōu)化得到的最優(yōu)組合條件為：氮磷比為14.14:1，CO2曝氣濃度為3.59%，pH值為9.27。在此條件下，藻生物量的預(yù)測(cè)值為3.57 g/L

5、，TP吸收率的預(yù)測(cè)值為76.75%，實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值無(wú)顯著差異，驗(yàn)證了模型的正確性。
　　4.分別考察NO2--N濃度和預(yù)處理時(shí)間對(duì)藍(lán)藻厭氧發(fā)酵效果的影響。將預(yù)處理9h的四個(gè)對(duì)照組樣品清洗干燥后進(jìn)行掃描電鏡觀察，結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)預(yù)處理的藍(lán)藻聚合物結(jié)構(gòu)被破壞，使藍(lán)藻與接種物的接觸面積增大，加快水解速率，進(jìn)而對(duì)厭氧發(fā)酵起到一定的促進(jìn)作用。分析發(fā)酵預(yù)處理后藍(lán)藻樣品中SCOD、蛋白質(zhì)、多糖和氨氮等指標(biāo)濃度變化。預(yù)處理過(guò)后的對(duì)照組顯示，除氨

6、氮外各指標(biāo)濃度均有不同程度的提升且變化趨勢(shì)明顯。在大部分對(duì)照組中，SCOD、蛋白質(zhì)和多糖的濃度都隨NO2--N濃度的增大和預(yù)處理時(shí)間的延長(zhǎng)而升高。
　　5.向經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的藍(lán)藻樣品中加入?yún)捬跷⑸镞M(jìn)行厭氧發(fā)酵研究，考察不同對(duì)照組的產(chǎn)氣情況。結(jié)果顯示，相同預(yù)處理時(shí)間下的不同NO2--N濃度對(duì)照組的產(chǎn)氣量和VS降解率基本隨NO2--N濃度的升高而增大，而最大產(chǎn)氣量在預(yù)處理時(shí)間為9 h，NO2--N濃度為200 mg/L，合FNA濃度為