引言

　　近年來(lái)，水資源問(wèn)題日益嚴重，而生活污水更是水環(huán)境重要污染源之一。我國目前的生活污水處理多為一級與二級處理工藝相結合，污水中所含大量無(wú)機氮、磷不能得到有效去除，極易造成水體環(huán)境富營(yíng)養化，并且生活污水處理過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生嚴重的能源浪費。

　　微藻可以去除生活污水當中的有機物及其他污染物對其進(jìn)行深度處理，同時(shí)可以生產(chǎn)油脂實(shí)現自身物質(zhì)的積累。利用生活污水培養微藻，既可以實(shí)現生物能源的生產(chǎn)，又可以降低成本?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，微藻已逐漸成為污水凈化、環(huán)境治理及生物基化學(xué)品生產(chǎn)方面的研究熱點(diǎn)。因此，本研究通過(guò)實(shí)驗方法構建SBR反應器，充分利用活性污泥微生物與藻類(lèi)之間的協(xié)同作用，探究構成的菌藻共生系統對反應器污染物去除效果以及微藻生長(cháng)特征及產(chǎn)能情況。

　　一、材料與方法

　　1.1 實(shí)驗材料

　　(1)實(shí)驗藻種及活性污泥。本研究微藻選用小球藻，污泥取自濟南某污水處理廠(chǎng)曝氣池。藻類(lèi)及污泥均需經(jīng)過(guò)一定梯度的生活污水進(jìn)行馴化，接種比例設置菌藻質(zhì)量比為1:10，1:5，1:3，1:1，3:1，共計五個(gè)比例，在前期通過(guò)顯微鏡觀(guān)察菌藻共生體，比較得到最佳接種比例后進(jìn)行接種。

　　(2)實(shí)驗裝置。SBR反應器主要由以下五個(gè)部分組成：反應器主體(有效容積為6L，在反應器底端和中間位置設置進(jìn)水口和出水口)、曝氣裝置、攪拌裝置、進(jìn)出水裝置、定時(shí)系統。增加由白熾燈管組成的照明裝置。

　　1.2 實(shí)驗方法設計

　　(1)運性條件的設計及維護。本實(shí)驗設置兩個(gè)SBR反應器，藻類(lèi)-細菌共生系統的反應器和常規活性污泥系統反應器，兩者運行條件相同。實(shí)驗進(jìn)行控制在室溫25℃左右，持續工作100天，光暗比為12:12，在曝氣時(shí)進(jìn)行光照，水力停留時(shí)間為8h。為維持泥水混合均勻使用磁力攪拌器攪拌，通過(guò)氣泵鼓風(fēng)曝氣，使曝氣量維持在0.2L/min。每周測定污泥的SVI、MLSS，確定排泥量以維持反應器污泥濃度。

　　(2)處理污水水質(zhì)分析。水質(zhì)測定每三天進(jìn)行一次，檢測方法如下：氨氮測定采用納氏試劑比色法，總磷測定采用鉬酸銨分光光度法，總氮測定采用過(guò)硫酸鉀氧化紫外分光光度法，COD采用消解管密閉催化消解比色法測定。計算四項指標去除率分析水質(zhì)凈化情況。

　　(3)藻類(lèi)生物量測定及油脂含量測定。該指標每周測定一次，共連續測定12次。選用更為準確的丙酮浸提-紫外分光光度法，通過(guò)測定葉綠素a的濃度來(lái)確定藻類(lèi)的生物量，油脂含量的測定采用氯仿-甲醇提取法。

　　二、結果與討論

　　2.1 反應器對水質(zhì)凈化的效果

　　(1)COD去除效果：運行周期內反應器的COD去除率在一定的范圍內小幅度波動(dòng)，其中菌-藻共生SBR反應器的COD去除率平均值為88.8%，高于平均值為85.9%的單一活性污泥反應器，說(shuō)明該菌藻共生體系在COD的去除方面較傳統SBR有一定的優(yōu)勢。

　　(2)氨氮去除效果：藻類(lèi)在進(jìn)行自身生長(cháng)繁殖時(shí)將氮類(lèi)作為氮源完成物質(zhì)轉化，同時(shí)藻類(lèi)的存在可以使細菌的活性增強，有利于氨氮的轉化。兩個(gè)反應器的氨氮平均去除率均達到97%，且無(wú)顯著(zhù)性差異，原因可能是好氧污泥活性較高使自身具有良好的氨氮降解能力，因此，在長(cháng)期運行中，兩者均可以保持較高的氨氮去除率，去除能力無(wú)較大差異。

　　(3)總氮與總磷去除效果：由于總氮與總磷的去除效果呈現相同的規律，兩者的去除效果均可分為兩個(gè)階段，故統一進(jìn)行原因和效果分析。100天的運行時(shí)間內，菌-藻共生SBR反應器對總氮、總磷的平均去除效率為47.4%、60.8%，均高于對照組SBR反應器的去除率45.2%、58.1%。這是由于微藻在自身生長(cháng)過(guò)程中，利用污水中的碳酸鹽及空氣中的二氧化碳為碳源，以污水中的有機氮和無(wú)機氮為氮源，合成組成藻細胞的蛋白質(zhì)和氨基酸;通過(guò)磷酸酸化將污水中的磷轉化為ATP和磷脂等有機物。微藻以此完成細胞的增殖，同時(shí)在這一過(guò)程中釋放氧氣，增加了水中溶解氧的濃度，降低了污水中氮磷污染物的濃度。

　　前期脫氮除磷效果差，且波動(dòng)大，分析原因可能有以下幾個(gè)方面：①菌藻共生體系的建立需要一定的時(shí)間，污泥中某些雜菌可能會(huì )影響藻類(lèi)生長(cháng)及生物量的積累;②長(cháng)時(shí)間曝氣的影響。前期每日長(cháng)達18h的曝氣，TN的去除主要依靠反硝化過(guò)程，即依靠反硝化菌將硝態(tài)氮還原為氮氣從水中去除，曝氣時(shí)間過(guò)長(cháng)，便不能維持該有效的還原條件，進(jìn)而降低除氮效果;曝氣時(shí)間過(guò)長(cháng)，會(huì )使聚磷菌消耗過(guò)多的PHB影響磷的吸收，當處于厭氧段后，雖然聚磷菌能以最快的速率釋放磷，但是這些磷在后續好氧階段卻不能再被完全吸收，即過(guò)量吸磷受到破壞，除磷效果同樣差。此外，長(cháng)曝氣會(huì )降低污泥沉降性能以及活性，不利于微藻生長(cháng);③排泥量小，使富磷污泥中的磷重新釋放到環(huán)境中。

　　根據上述可能產(chǎn)生問(wèn)題的原因對運行周期進(jìn)行調整，縮短曝氣時(shí)間，曝氣時(shí)進(jìn)行光照，充分發(fā)揮微藻除磷作用以及加快生物量的積累。同時(shí)增加排泥量，隔天排泥300ml，排出富磷污泥以提高除磷效果。

　　在實(shí)驗運行后段，菌-藻共生SBR反應器TN平均去除效率為58.2%、TP63.9%，顯著(zhù)高于SBR反應器(TN49.7%、TP56.2%)，在此階段菌藻共生體系對于氮磷的去除效果達到預期。

　　2.2 反應器內藻類(lèi)生長(cháng)量及產(chǎn)油脂情況

　　研究發(fā)現，微藻和菌類(lèi)之間的相互關(guān)系可提高微藻生物量，促進(jìn)脂質(zhì)和糖類(lèi)等化合物的生產(chǎn)。與微藻共培養的菌體能為微藻生長(cháng)提供維生素，降低微藻生物量積累的成本，從而提高生產(chǎn)效率，另外，與微藻培養相關(guān)的菌體還能固定無(wú)機營(yíng)養素。

　　微藻培養相關(guān)的菌體還能固定無(wú)機營(yíng)養素。

　　(1)藻類(lèi)生長(cháng)情況。實(shí)驗組藻類(lèi)生物量整體呈增長(cháng)趨勢，在實(shí)驗中期出現較大漲幅，是由于此時(shí)重新調整的曝氣與光照相匹配的模式促進(jìn)了藻類(lèi)生長(cháng)量的增加;后期小幅度下降，這是因為藻密度過(guò)大，生長(cháng)空間有限導致?lián)頂D，影響光密度進(jìn)而限制自身生長(cháng)。對照組單一活性污泥反應器葉綠素含量無(wú)明顯波動(dòng)，且出水葉綠素測定顯示含量極低，不存在藻類(lèi)流失情況。

　　(2)油脂含量分析。油脂含量峰值可達340mg/L,菌-藻共生SBR反應器油脂含量的平均值為253.5mg/L，活性污泥反應器為180.1mg/L。前期油脂含量呈上升趨勢，此時(shí)藻類(lèi)生長(cháng)量較為穩定，油脂含量穩定生成。隨后油脂產(chǎn)量呈下降趨勢，此時(shí)藻細胞生長(cháng)旺盛，營(yíng)養氮源充足，蛋白質(zhì)、脂類(lèi)和核酸等生物活性物質(zhì)均正常合成，因此所得脂肪酸含量較低。研究表明，該微藻具有一定的產(chǎn)油脂能力，可利用微藻同化作用使污水中的營(yíng)養元素得到回收并被再次利用，進(jìn)一步降低污水處理過(guò)程中的能耗，為基于微藻油脂生產(chǎn)的污水資源化利用提供理論基礎。

　　三、結束語(yǔ)

　　采用活性污泥和小球藻組成的菌藻共生SBR反應器對人工模擬生活污水進(jìn)行處理，實(shí)驗條件下，相比于傳統活性污泥法SBR反應器，系統對COD、NH4+-N、TN和TP均有良好的去除效果，進(jìn)一步提高出水水質(zhì)，同時(shí)可顯著(zhù)提高微藻生物量及總油脂的產(chǎn)量實(shí)現污水資源化。菌藻共生SBR工藝可用于生活污水的凈化處理。( >

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