固定化藻菌共生系统的脱氮除磷效果
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关 键 词 !聚 乙 烯 醇 $! 海 藻 酸 钠 $! 固 定 化 载 体 $! 脱 氮 除 磷 中 图 分 类 号 !,2&-! ! 文 献 标 识 码 !W! ! 文 章 编 号 !$&&-/0)&%"’&&)#&$/&&*’/&-
!!固定化藻菌微生 物 用 于 污 水 处 理"为 污 水 的 脱 氮 除磷开辟了一种行之有效的方法%目前该项技术已经 发展到了实用化阶段%该项技术中的关键步骤之一是 固定化载体小球材 料 的 选 择"具 体 要 求 是 制 备 的 小 球 成本低&易于制成各 种 形 状&在 常 温 常 压 下 很 快 固 化& 抗 冲 击 能 力 强 "还 要 求 小 球 的 基 质 具 有 通 透 性 &物 理 及 化学稳定性好"而且 固 定 化 过 程 中 及 固 定 化 后 对 微 生 物无毒等 % ’$(
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表+!EAD 与海藻酸钠去除磷的效果
海藻酸钠
聚乙烯醇
光照时间
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+! 讨 论
表’!EAD 与海藻酸钠去除氮的效果
光照时间 #7$
海藻酸钠脱氮效果
含氮量 #;6%B$
去除率 #I $
JXW 脱氮效果
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第 ’* 卷 ! 第 $ 期 !’&&) 年 $ 月
用寿命明显长于海藻酸钠的使用寿命!
-(-!JXW 与海藻酸钠去除磷的效果比较
将表-中实验结果绘制成图-如下"
破 坏 #其 内 的 藻 细 胞 泄 漏 #从 而 使 水 样 中 的 磷 浓 度 进 一 步 增 加 #很 大 程 度 上 抵 消 了 磷 去 除 率 的 上 升 !
以 上 两 点 说 明"虽 然 海 藻 酸 钠 的 传 质 效 果 强 于 JXW!但海 藻 酸 钠 和 JXW 的 传 质 性 能 均 符 合 要 求& 究竟选择那种固定化载体材料还需要对它们做综合性 的考虑&
-(’!JXW 与海藻酸钠去除氮的效果比较
图’所示为表’给出的实验结果&
从图’中看 出!就 脱 氮 效 果 而 言!JXW 固 定 化 藻 菌明显好于海藻酸钠的固定化 藻菌&这 种现 象 在 %*7 之 后 表 现 的 更 为 明 显 !在2’7 时 !海 藻 酸 钠 作 为 固 定 化 载体的氮的去除率达到了%*(+’I!而 JXW 作 为载体 的氮的去除率增加到)’(-2I&其 原 因 主 要 是 海 藻 酸 钠 载 体 小 球 出 现 了 溶 解 现 象 !小 球 内 的 藻 细 胞 漏 失 !藻 细胞中的氮释放到 水 中!由 于 氮 浓 度 增 加 而 导 致 氮 的 去除率降低&为扣除藻细胞漏失对氮去除率的干扰! 在有关实验过程中!增 加 了 离 心 除 藻 的 步 骤& 上 述 事 实反映出 JXW 在-8内能够保持良好的强度!它的使
-($! 不 同 载 体 的 传 质 效 果 比 较
为了便于比 较 不 同 材 质 的 传 质 效 果!我 们 将 表 $
万方数据
中的数据绘制成如图$所示" 从图$中可以看 出!对 于 四 环 素 这 种 低 分 子 量 物
质!其在不同凝胶小 球 中 的 吸 附 传 质 达 到 动 态 平 衡 的 时间不 同!JXW 是 在 )&;C5 内 达 到 平 衡!而 海 藻 酸 钠 却是在2&;C5内达到 平 衡& 再 者!单 位 重 凝 胶 吸 附 四 环 素 的 量 也 不 同 !在 同 一 时 间 间 隔 中 !海 藻 酸 钠 明 显 高 于 JXW 的吸 附 量& 这 主 要 是 由 于 JXW 和 海 藻 酸 钠 的微细结构不同引起的&
固定化材质一般 采 用 琼 脂&明 胶&海 藻 酸 钠&JXW 和 聚 丙 烯 酰 胺 凝 胶 等 % 研 究 表 明 "琼 脂 强 度 较 差 "聚 丙 烯 酰 胺 凝 胶 对 生 物 有 毒 性 "明 胶 内 部 结 构 密 实 "传 质 性 能差 % ’’( 相比之 下"海 藻 酸 钙 和 JXW 凝 胶 机 械 强 度 和传质性能 均 较 好"对 生 物 无 毒"且 耐 生 物 分 解 性 良 好"是较为合适的固定化细胞载体 % ’-(
不 同 载 体 固 定 化 藻 菌 共 生 系 统 的 脱 氮 除 磷 效 果 ! 熊 振 湖 !等
下固定化小球的重量为 &C!则单位中凝胶吸 附 四 环 素 的量为"
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表 !! 不 同 载 体 的 传 质 效 果 比 较
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$($! 固 定 化 小 球 藻 的 培 养
藻 种 采 用 蛋 白 核 小 球 藻 !$’()*+((,-.*+/)012 )3,#"购自中国 科 学 院 武 汉 水 生 生 物 研 究 所% 将 两 组 藻种和-&&;B.:O8培养基分别加入到)&&;B 的锥形 瓶中"培 养 基 中 含 氮 !以 ‘4‘#- 形 式#%$;6)B&磷 !以 K’<J#%和 K<’J#% 形 式#)-;6)B"并 且 含 有 其 它 微 量元素"体系的 S< 值约为 0()#0(+% 将 锥 型 瓶 置 于 光强为%&&&B, 的光照恒温培养箱中进 行 2’7 全 光 照 培养"培养箱中温度保持 在’)j$e% 培 养 完 毕"得 到 的 藻 浓 度 为 0(&b$&0!血 球 计 数 板 计 数 #% $($($!JXW 固定化小球的制备
聚乙烯醇凝胶小 球 有 一 个 均 匀 的 球 壳!其 结 构 为 外密内疏!内部呈 蜂 窝 状& 凝 胶 小 球 内 部 还 有 许 多 空 洞&海藻酸钠凝胶小 球 的 表 面 有 层 极 薄 的 球 壳!小 球 内部呈多孔结构&虽 然 两 者 的 结 构 相 似!但 是 从 微 细 结构来看!聚乙烯 醇 的 球 壳 较 厚& 所 以 聚 乙 烯 醇 的 传 质性能不及海藻酸钠&
粒径 #;;$
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单 位 重 凝 胶 吸 附 四 环 素 的 量 #;6%6$
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’(’!JXW 和海藻酸钙的脱氮除磷效果
本课题分别采用 海 藻 酸 钠 和 JXW 作 为 固 定 化 藻 菌 微 生 物 的 载 体 "研 究 小 球 的 制 备 方 法 "对 比 两 种 不 同 材质的固定化小球对模拟城市污水的脱氮除磷效果%
!! 材 料 与 方 法
将-&&;B 培养后的藻液和活性污泥!取自天津纪庄 子 污水处理厂 曝 气 池 #!#藻)#泥 f$)$#在 -)&&L);C5 下 离心$);C5"弃去 上 清 液"用 去 离 子 水 冲 洗 两 次"除 去 细胞表面残留 的 无 机 盐"然 后 加 入 到 JXW&海 藻 酸 钠 的混合 液 中 搅 拌 均 匀"形 成 溶 有 *IJXW 及&(*I 海 藻酸钠的-&&;B 的含藻菌凝胶"用蠕动泵使这种 凝胶 经过 $’ 号 针 头 滴 入 到 饱 和 硼 酸 !用 ‘4’E#-调 节 S< 至0()#和’()I的 E4EO’的混合溶液中"搅拌27"然 后 用去离子水冲 洗"并 在 蒸 馏 水 中 脱 盐 $7"最 终 得 到 直 径为%;; 左右的固定化小球% $($(’! 海 藻 酸 钠 固 定 化 小 球 的 制 备
%! 结 语
综 上 所 述 #在 两 种 载 体 中 #虽 然 海 藻 酸 钠 的 传 质 性 能要比 JXW 的传质性能好#但 JXW 作为 载 体 固 定 化 藻菌系统去除氮$磷 的 效 果 要 优 于 海 藻 酸 钠 载 体 固 定 化藻菌系统#而 且 JXW 的 使 用 寿 命 明 显 比 海 藻 酸 钠 的使用寿命长!鉴于 此#聚 乙 烯 醇 更 适 合 作 为 污 水 脱 氮除磷的固定化载体!
基 金 项 目 !建 设 部 科 技 攻 关 项 目 !&’/’/’(+# 作者简介!熊振湖!$+)01#男"教授"博士"研 究 方 向 为 环 境 化 学 与 环 境 生 物 学 "发 表 论 文 -& 余 篇 %
+ *’ +万方数据
$(’! 模 拟 废 水
为防止使用实际污水中的某些化合物干扰测定结 果"本 实 验 采 用 了 模 拟 废 水% 主 要 成 分 为*’&&;6)B 的葡萄糖"%$;6)B 的硝酸盐氮")-;6)B 的 磷酸盐 磷" 及其它微量元素%
!参 考 文 献 "
从图-可以 发 现#对 于 磷 的 去 除 率 而 言#JXW 作 为载体的固定化藻菌共生系统明显好于海藻酸钠的固
定 化 藻 菌 共 生 系 统 #尤 其 是%*7 后 #海 藻 酸 钠 固 定 化 藻 菌共生系统的磷去 除 率 增 长 缓 慢! 在 2’7 时#海 藻 酸 钠作为载体磷的去除率仅为)*(+%I#而 JXW 作 为 载 体的磷去除率随着时间的 推 移 升 高 到 了 +’(’$I! 这 是由于海藻酸 钙 中 E4’^ 很 容 易 与 藻 体 生 长 所 需 要 的 J#%-^ 形成磷酸钙#从而使海 藻 酸 钙 逐 渐 溶 解#水 样 中 磷 酸 盐 浓 度 增 加 #继 而 使 固 定 化 小 球 的 三 维 结 构 遭 到
将剩余的-&&;B 藻液和活性污泥!取自天 津纪庄 子污水处理 厂 曝 气 池#!X藻)X泥 f$)$#按 上 述 方 法 进 行相同的处 理"然 后 加 入 到 海 藻 酸 钠 溶 液 中"搅 拌 均 匀"形 成 溶 有 ’()I 海 藻 酸 钠 的 -&&;B 的 含 藻 菌 凝 胶"用蠕动泵使这种凝胶经 过 $’ 号 针 头 滴 入 到 ’I 的 E4EO’溶液中"搅 拌 ’7"然 后 用 去 离 子 水 冲 洗"并 在 蒸 馏水中脱盐$7"最 终 得 到 直 径 为 %;; 左 右 的 固 定 化 小球%
’! 结 果
’($!JXW 和海藻酸钙的传质效果
为了比较两种材 质 的 传 质 效 果"取 相 同 体 积 和 浓 度的四环素溶液于两 个 小 烧 杯 中"分 别 加 入 一 定 重 量 的 固 定 化 小 球 "在 室 温 和 自 然 光 的 条 件 下 搅 拌 "进 行 吸 附 实 验 "并 于 不 同 时 间 下 测 定 固 定 化 小 球 的 重 量 "以 间 接得出各自的传质 效 果% 计 算 方 法 为*设 四 环 素 溶 液 的浓度为 $&"固定化小球的初始重 量 为 &&"不 同 时 间
第 ’* 卷 ! 第 $ 期 !’&&) 年 $ 月
不同载体固定化藻菌共生系统的脱氮除磷效果
熊 振 湖 !! 孙 翠 珍 !! 刘 青 春
!天 津 城 市 建 设 学 院 "天 津 !-&&-*%#
摘!要!分别以聚乙烯醇!以下简称 JXW#和海藻酸钠为固定化载 体"在 包 埋 蛋 白 核 小 球 藻 的 基 础 上"研 究 了 固 定 化 小 球 的 制 备 方 法$将小球用于城市污水的脱氮除 磷 过 程 中 比 较 了 JXW 和 海 藻 酸 钠 的 传 质 效 果"并 对 各 自 的 脱 氮 除 磷 效 果 进 行 了 评 价% 结 果 表 明" JXW 是比海藻酸钠更为合适的固定化载体材料%
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海藻酸钠
聚乙烯醇
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海藻酸钠脱氮效果
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破 坏 #其 内 的 藻 细 胞 泄 漏 #从 而 使 水 样 中 的 磷 浓 度 进 一 步 增 加 #很 大 程 度 上 抵 消 了 磷 去 除 率 的 上 升 !
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质!其在不同凝胶小 球 中 的 吸 附 传 质 达 到 动 态 平 衡 的 时间不 同!JXW 是 在 )&;C5 内 达 到 平 衡!而 海 藻 酸 钠 却是在2&;C5内达到 平 衡& 再 者!单 位 重 凝 胶 吸 附 四 环 素 的 量 也 不 同 !在 同 一 时 间 间 隔 中 !海 藻 酸 钠 明 显 高 于 JXW 的吸 附 量& 这 主 要 是 由 于 JXW 和 海 藻 酸 钠 的微细结构不同引起的&
固定化材质一般 采 用 琼 脂&明 胶&海 藻 酸 钠&JXW 和 聚 丙 烯 酰 胺 凝 胶 等 % 研 究 表 明 "琼 脂 强 度 较 差 "聚 丙 烯 酰 胺 凝 胶 对 生 物 有 毒 性 "明 胶 内 部 结 构 密 实 "传 质 性 能差 % ’’( 相比之 下"海 藻 酸 钙 和 JXW 凝 胶 机 械 强 度 和传质性能 均 较 好"对 生 物 无 毒"且 耐 生 物 分 解 性 良 好"是较为合适的固定化细胞载体 % ’-(
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聚乙烯醇凝胶小 球 有 一 个 均 匀 的 球 壳!其 结 构 为 外密内疏!内部呈 蜂 窝 状& 凝 胶 小 球 内 部 还 有 许 多 空 洞&海藻酸钠凝胶小 球 的 表 面 有 层 极 薄 的 球 壳!小 球 内部呈多孔结构&虽 然 两 者 的 结 构 相 似!但 是 从 微 细 结构来看!聚乙烯 醇 的 球 壳 较 厚& 所 以 聚 乙 烯 醇 的 传 质性能不及海藻酸钠&
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!! 材 料 与 方 法
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综 上 所 述 #在 两 种 载 体 中 #虽 然 海 藻 酸 钠 的 传 质 性 能要比 JXW 的传质性能好#但 JXW 作为 载 体 固 定 化 藻菌系统去除氮$磷 的 效 果 要 优 于 海 藻 酸 钠 载 体 固 定 化藻菌系统#而 且 JXW 的 使 用 寿 命 明 显 比 海 藻 酸 钠 的使用寿命长!鉴于 此#聚 乙 烯 醇 更 适 合 作 为 污 水 脱 氮除磷的固定化载体!
基 金 项 目 !建 设 部 科 技 攻 关 项 目 !&’/’/’(+# 作者简介!熊振湖!$+)01#男"教授"博士"研 究 方 向 为 环 境 化 学 与 环 境 生 物 学 "发 表 论 文 -& 余 篇 %
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摘!要!分别以聚乙烯醇!以下简称 JXW#和海藻酸钠为固定化载 体"在 包 埋 蛋 白 核 小 球 藻 的 基 础 上"研 究 了 固 定 化 小 球 的 制 备 方 法$将小球用于城市污水的脱氮除 磷 过 程 中 比 较 了 JXW 和 海 藻 酸 钠 的 传 质 效 果"并 对 各 自 的 脱 氮 除 磷 效 果 进 行 了 评 价% 结 果 表 明" JXW 是比海藻酸钠更为合适的固定化载体材料%
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