CN101985602A - 一种利用微藻处理富营养化水体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用微藻处理富营养化水体的方法，首先选取可以高效吸收氮、磷的微藻作为藻种，通过调整培养基配方，对其进行降低氮磷含量以及适应待处理水体等驯化，经过逐级放大培养后，将藻种引入一级富营养化水体处理池中，流入一级处理池的水体中的氮磷被微藻大量吸收后，排入二级处理池进行沉降过滤，处理后的水大部分排出，少部分随微藻回流至一级处理池，如此循环最终达到改良水质的目的，本发明方法克服了现有技术投资大、成本高、工艺复杂、容易产生二次污染等缺陷，用本发明方法处理后的富营养化水体COD可降低95％左右、BOD可降低93％左右、总氮可降低97％左右、总磷可降低97％左右，完全达到国家III类水质标准。
Description
技术领域
本发明提供了一种利用微藻吸收水体中氮磷等元素，从而改良富营养化水体的方法。
背景技术
目前，日益严重的水资源短缺和水环境污染困扰着我国经济与社会的发展，而且也已成为制约社会经济可持续发展的主要因素。我国的水量总体上不是很多，并且存在着严重的分布不均。我国人均占有水资源为2700m3，仅相当于世界平均值的1/4。由于80％以上的富营养化水体未经处理就直接排入水环境，已造成90％以上的城市水域严重污染，近50％的重点城镇水源不符合饮用水标准，就连城市地下水都有50％受到严重污染。造成水体污染的污染源有工业废水、生活污水、农药以及各种固、液体废弃物，其中工业污水是影响水体的主要污染源。我国的工业污水主要来自化工、制药、石化、造纸、食品、制革、纺织、印刷、采矿和石油钻探等行业。这些污染物在自然界环境中很难被降解，甚至有些有机物，如多氯联苯等，直接危害着我们人类的生存。近年来每年水污染造成直接的经济损失超过500亿元，间接的经济损失远远超过1000亿元。
我国的江河湖库水体污染主要包括氮、磷等污染和有机物污染两方面。同时，污水处理厂处理污水的方式也多采用厌氧或有氧微生物降解的方法去除有机物，因此处理后的污水多含有较大量的氮磷等营养物质。氮、磷等营养物质进入水体，易造成河流湖泊水体的富营养化，不仅对水体水质有严重影响，而且影响到周边水环境和人文景观。
目前，对于河流、湖泊等富营养化水体的处理，国际上采用的技术主要有三类：一是物理方法，即通过工程措施，进行机械除藻、疏挖底泥、引水稀释等，但往往治标不治本，只能作为对付突发性水体污染的应急措施。二是化学方法，如加入铁盐促进磷的沉淀、加入石灰脱氮等，但花费大，并易造成二次污染。三是生物-生态方法，如放养控藻型生物、构建人工湿地和水生植被等。目前，我国的污水处理厂对于污水的除磷脱氮工艺，多采用聚磷菌在厌氧和好氧的循环中除磷，硝化菌和反硝化菌脱氮的方法。现行系统工艺上均包含空间、时间上厌氧、好氧等状态的交替，同时对各种微生物生长条件的控制与交替，工艺极其复杂。近年来，利用微藻处理含有氮磷营养的二级、三级污水，以及富营养化水体，越来越引起人们重视，并得到了广泛的研究。
藻类的吸收、富集和降解作用可以有效去除污水中的氮磷营养物质和重金属等。藻类净化污水的机理就是利用水体氮磷营养和细菌分解有机物产生的最终产物进行光合作用，并重新供给水中O2以维持需氧环境使得细菌的分解作用成为可能。另外，某些藻类可能是混合营养型的，它们可直接从水中吸取有机营养物质，起到净化作用。
发明内容
为了克服现有处理技术投资大、成本高、工艺复杂、容易产生二次污染等问题，本发明提供了一种利用微藻去除富营养化水体中氮磷等污染物的方法。首先选取可以高效吸收氮、磷的微藻，通过调整培养基配方，对其进行降低氮磷含量驯化以及适应待处理水体等驯化，经过逐级放大培养后，将藻种引入富营养化水体中，微藻利用水体中氮磷营养以及细菌分解有机物所产生的无机营养进行光合作用，重新为细菌分解有机物提供O2以维持水体有氧环境，经过一段时间的养殖以后，水体中氮磷等污染物被微藻大量吸收，将水源引入下一处理池进行微藻沉降过滤，最终达到改良水质的目的。
本发明所述的利用微藻对富营养化水体进行生物改良，降低水体氮磷含量的方法，是通过以下步骤实现的：
步骤1、筛选藻种并针对所选藻种配制培养基：
(1)筛选藻种：首先选择吸收氮、磷能力较强的微藻作为处理富营养化水体的基本藻属，本发明优选小球藻-X31、栅藻-X206 
或微拟球藻-X56作为藻种。小球藻是一类普生性单细胞绿藻，属绿藻门、绿藻纲、小球藻属，通常呈圆球形，胞体直径5-10μm，胞内的原生质体中具有1枚透明的细胞核。色素体绿色，呈深杯状，位于胞壁内的细胞底部，往往不见造粉核。藻细胞中，主要色素为叶绿素a、b，叶黄素以及β-胡萝卜素。藻细胞中含有丰富的蛋白质、氨基酸、核苷酸、多糖、维生素等；栅藻又称栅列藻，绿藻门绿球藻目栅藻科的一属，通常由4～8个细胞，有时由16～32个细胞组成的定型群体，极少为单细胞。细胞常为椭圆形或纺锤形，以长轴排成1～2列或多列。细胞壁薄、光滑，或有颗粒、细齿、隆起线和刺等特殊构造。每个细胞内有1个周生色素体和1个蛋白核。光合作用色素主要为叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和类胡萝卜素，因此生活的栅藻呈草绿色，以似亲孢子繁殖；微拟球藻属绿藻门大眼藻纲，细胞球形，细胞大小2～5μm，色素体一个，淡绿色，侧生。眼点淡橘红色，在生长良好的情况下，色素体很深，没有蛋白核，淀粉粒1-3个，细胞壁极薄，细胞颗粒小等特点，微拟球藻适应性较强，淡水、海水均可较快生长，以上这些品种均为本专业技术人员熟悉的。本发明的藻种采集于华北京津冀地区，经自行分离纯化后，选取生长良好，遗传性状稳定，生长周期短，积累的生物量高，培养条件宽泛，且具有固氮特性的微藻为优选藻种；
(2)针对所选藻种配制培养基：
a)养殖小球藻-X31的FN21培养基(基础培养基)配方为：
碳酸氢钠 6.8-26.8g/L 氯化钠 0.01-0.2g/L
硫酸镁 0.05-0.3g/L 硫酸钾 0.5-2.0g/L
磷酸氢二钾 0.1-2.0g/L 氯化钙 0.01-0.09g/L
硝酸钠 0.5-4.5g/L 赤霉素 0.05-0.4mg/L
微量元素 0.5-2ml/L
其中微量元素配制方法为：
硼酸 1-5mg 氯化铁 150-800mg
硫酸锌 0.04-0.3mg 钼酸钠 5-40mg
硫酸锰 0.35-2.5mg 氯化钴 3.5-10mg
硫酸铜 0.02-0.09mg 加蒸馏水定容至1L
b)养殖栅藻-X206的FN25培养基(基础培养基)的配方为：
硝酸钠 0.1-2g/L 三水磷酸氢二钾 0.01-0.08g/L
二水氯化钙 0.01-0.1g/L 七水硫酸镁 0.01-0.15g/L
碳酸氢钠 0.01-0.05g/L 柠檬酸铁 0.001-0.012g/L
十三烷醇 0.1-1.0mg/L 乙二胺四乙酸二钠 0.0005-0.002g/L
微量元素 0.5-2ml
其中微量元素配置方法：
硼酸 1.43-5.72g/L 一水氯化锰 0.9-3.6g/L
五水合硫酸铜 0.04-0.16g/L 七水合硫酸锌 0.11-0.45g/L
二水合钼酸钠 0.2-0.8g/L 六水硝酸钴 0.025-0.09g/L
加水定容至1L。
c)养殖微拟球藻-X56的FN27培养基(基础培养基)的配方为：
硝酸钾 0.2-0.5g/L 二水合磷酸二氢钠 0.005-0.25g/L
氯化钙 0.01-0.05g/L 氯化钾 0.05-0.3g/L
硫酸镁 0.02-0.15g/L 生长素 0.1-0.9mg/L
细胞分裂素 0.05-0.2mg/L 乙二胺四乙酸铁盐 0.01g/L
乙酸钠 0.05-0.3g/L 微量元素 0.5-2.0ml/L
其中微量元素配置方法：
四水合氯化锰 0.1-0.4g/L 六水合氯化钴 0.05-0.2g/L
五水合硫酸铜 0.01-0.04g/L 七水合硫酸锌 0.02-0.08g/L
二水合钼酸钠 0.005-0.025g/L 加水定容至1L。
本发明所述的不同微藻的培养基，还可以根据富营养化水体水质的不同添加其他有益营养成分。
(3)培养条件为：温度18～35℃，光照4000～25000勒克斯，pH：6～10，生长周期为5～8天。
步骤2、实验室藻种驯化：
(1)在基础培养基中逐步降低培养基中氮、磷等大量元素的含量，氮磷浓度参照待处理富营养化水体中的氮磷的浓度。培养条件在自然环境下，经过3-5个生长周期的驯化后，选取镜检活性较强(色素体较完整，细胞形态优秀)的藻种做进一步驯化。
(2)取待处理富营养化水体经过无菌过滤后，作为驯化培养基，培养基的营养元素为待处理富营养化水体中的主要的营养元素。在自然环境下，经过3-5个生长周期的驯化后，选取镜检活性较强的藻种做进一步驯化。
(3)取待处理富营养化水体，不做任何处理，作为驯化培养基。藻种培养条件为自然环境下，经过3-5生长周期，驯化阶段结束。将选取的镜检活性较强的藻种进行扩繁培养。
步骤3、实验室扩繁：采用待处理富营养化水体将藻种与培养基按体积比为1∶4-1∶9的比例接种，培养液体系为20-100L，培养条件为：温度25-32℃，光照4000～25000勒克斯。在密闭反应容器中培养5-9天后，培养液中微藻浓度最终可达到3×107-6×107个细胞/毫升。
步骤4、池塘开放培养：将实验室培养的藻种按1∶100-1∶200的比例投入到微藻养殖池塘中，池塘体积优选在15-20m3。在自然环境条件下 露天养殖8-10天。池塘开放池中微藻浓度最终可达到2×107个细胞/毫升。将池塘养殖的微藻作为富营养化水体处理的种源。
步骤5、在待处理水源地周围修建一级处理池，池长40～60m、宽20～30m、高0.8～2m。处理池内每隔4～6m设置隔板，使水在池内成“之”字形流动，液体深度0.5～1.5m，流速为7000～10000L/h。在“之”字形池底部，每隔4～6m安装一个湍流装置(高度为8～12cm，坡度20～30度的三角突起)，以增加液体流动时的湍流，使微藻和富营养化水体混匀，防止微藻沉淀。安装进水管，出水管，藻种回流管等。如图1
步骤6、在待处理水源地周围修建二级处理池，池长8～10m、宽8～10m、高2～3m，整个处理池底部设计为漏斗形，并充填两层沙石颗粒，上层沙石厚度为0.2～0.5m，颗粒直径为0.25～0.3cm，下层沙石厚度为0.15～0.3m，颗粒直径为1～3cm，沙石底部安装虑沙网和排水管。将一级处理池排水管与二级处理池进水管相连。调节进水管与出水管流速，使液体深度保持1～2m。安装藻种回流装置，管口插入液面以下，距底部砂石0.2～0.5m。如图2
步骤7、引入富营养化水体：将当地的待处理水引入一级处理池中，控制进水流速和出水流速，维持水面深度0.5-1.5m为宜。
步骤8、引入藻种：将扩大培养后的微藻从池塘养殖系统，投撒在一级处理池中，一般情况下，藻种按1∶100-1∶200的比例投入。
步骤9、待处理水在一级处理池中缓慢流动，同时微藻在一级处理池中快速生长繁殖。微藻大量吸收水中的氮、磷，同时为水体中细菌分解有机物提供充足的O2。经一级处理池处理后的富营养化水经排水管，进入二级处理池。
步骤10、调节二级处理池的出水、进水开关，使二级处理池水深保持在1-2m。打开藻种回流泵开关，使高密度的藻液以300～500L/h的流速，经藻种回流管重新进入一级处理池，为一级处理池提供藻种。大部分处理后的水经二级处理池砂石过滤后，经排水管排出。
使用本发明方法，可根据富营养化水体处理的情况，重复上述[T2]7-10步骤。
本发明藻种驯化和扩繁阶段不受时间条件影响，富营养化水体处理阶段一般在春夏秋季节实施，如遇到极端气候影响，则加大藻种投入量或者增加富营养化水体处理时间(降低流速)。用本发明方法每天可处理170～250吨富营养化水体。
使用本发明方法处理富营养化水体所用砂石(含大量的微藻)，可以直接当做有机肥料播撒土地，也可将微藻重新分离收集、加工、制作饲料、饵料。
用本发明方法处理富营养化水体，可使水中氮磷及有机物含量明显减少。经测定，富营养化水体经两级处理池连续处理后，COD、BOD、氮磷含量都明显下降。其中COD降低了93.9-95.5％，BOD降低了90.1-93.1％，总氮降低了95.2-97.8％，总磷降低了84.9-97.9％。处理后的富营养化水体完全达到国家III类水质标准。
经本发明处理的水，可直接进入水厂，经进一步处理后，可用作居民用水。还可用于水产养殖、农业灌溉、城市绿化和景观用水。
附图说明
图1是一级污水处理池示意图(俯视图)
图2是二级污水处理池示意图(切面图)
具体实施方式
实施例1
用小球藻-X31处理天津滨海新区子牙新河的水体，该水体的COD为210mg/L，BOD为71.4mg/L，总氮含量为37.2mg/L，总磷含量为3.13mg/L。子牙新河的水样属重度污染，有机物、氮磷含量严重超标，全盐量2.18‰，盐度接近淡水。用本发明方法处理该地区污水，包括如下步骤：
步骤1：配制养殖小球藻-X31的FN21培养基(基础培养基)：
碳酸氢钠 6.8-26.8g/L 氯化钠 0.01-0.2g/L
硫酸镁 0.05-0.3g/L 硫酸钾 0.5-2.0g/L
磷酸氢二钾 0.1-2.0g/L 氯化钙 0.01-0.09g/L
硝酸钠 0.5-4.5g/L 赤霉素 0.05-0.4mg/L
微量元素 0.5-2ml/L
其中微量元素配制方法为：
硼酸 1-5mg 氯化铁 150-800mg
硫酸锌 0.04-0.3mg 钼酸钠 5-40mg
硫酸锰 0.35-2.5mg 氯化钴 3.5-10mg
硫酸铜 0.02-0.09mg 加蒸馏水定容至1L
培养条件为：温度28-32℃，光照4000～25000勒克斯，pH：6.5～8，生长周期5-8天。
较好的培养基配方为：
碳酸氢钠 10.8-20.8g/L 氯化钠 0.01-0.2g/L
硫酸镁 0.12-0.25g/L 硫酸钾 0.5-1.6g/L
磷酸氢二钾 0.3-1.2g/L 氯化钙 0.03-0.06g/L
硝酸钠 1.5-3.5g/L 赤霉素 0.05-0.2mg/L
微量元素 0.5-1.5ml/L
步骤2：按子牙新河水质情况对小球藻-X31进行适应性驯化：
(1)子牙新河水质情况
总氮 37.2mg/L 总磷 3.13mg/L
镁离子 84mg/L 钙离子 136mg/L
铁离子 0.47mg/L 铜离子 0.002mg/L
锰离子 0.49mg/L 硫酸盐 466mg/L
(2)逐步降低培养基中氮、磷等大量元素的含量，使氮磷等元素的终浓度降低到当地待处理水的浓度，微量元素不添加。
碳酸氢钠 6.8-26.8g/L 氯化钠 0.01-0.2g/L
硫酸镁 0.05-0.3g/L 硫酸钾 0.5-2.0g/L
氯化钙 0.01-0.09g/L 赤霉素 0.05-0.4mg/L
硝酸钠参照当地待处理水中的氮含量逐级降低到当地水中的5-2倍；
磷酸氢二钾参照当地待处理水中的磷含量逐级降低到当地水中的5-2倍；
培养条件在自然环境下，经过3-5个生长周期的驯化后，选取镜检活性较强的藻种做进一步驯化。
(3)将当地待处理水经过无菌过滤，作为驯化培养基，培养基的营养元素为当地水源主要的营养元素，培养条件为自然环境下，经过3-5个生长周期的驯化后，选取镜检活性较强的藻种做进一步驯化。
(4)将当地待处理水，不做任何处理，作为驯化培养基，藻种培养条件为自然环境下，经过3-5个生长周期，驯化阶段结束。将选取的镜检活性较强的藻种进行扩繁培养。
步骤2、实验室扩繁：采用当地待处理水将藻种与培养基按体积比为1∶9的比例接种，培养液体系为100L，培养温度为25-32℃，光照为4000～25000勒克斯。在密闭反应容器中培养9天后，培养液中微藻浓度最终达到4×107个细胞/毫升。
步骤3、池塘开放培养：将实验室培养的藻种按1∶200的比例投入到微藻养殖池塘中，池塘体积20m3。在自然环境条件下露天养殖10天。池塘开放池中微藻浓度最终达到2×107个细胞/毫升。将池塘养殖的微藻作为当地待处理水的种源。
步骤4、在当地待处理的富营养化水体水源地周围修建一级处理池，池长40m、宽20m、高2m。处理池内每个5m设置隔板，使富营养化水在池内成“之”字形流动，液体深度1.5m，流速为7000L/h。在“之”字形池底部，每隔4m安装一个湍流装置(高度为10cm，坡度25度的三角突起)，以增加液体流动时的湍流，使微藻和富营养化水混匀，防止微藻沉淀。安装进水管，出水管，藻种回流管等。如图1
步骤5、在当地待处理的富营养化水体水源地周围修建二级处理池，池长8m、宽8m、高2m，整个处理池底部设计为漏斗形，并充填两层沙石颗粒，上层沙石厚度为0.3m，颗粒直径为0.25-0.3cm，下层沙石厚度为0.2m，颗粒直径为1-3cm，沙石底部安装虑沙网和排水管。将一级处理池排水管与二级处理池进水管相连。调节进水管与出水管流速，使水深保持2m。安装藻种回流装置，管口插入液面以下，距底部砂石0.3m。如图2
步骤6、引入待处理的富营养化水体：将当地待处理的富营养化水体引入一级处理池中，控制进水流速和出水流速，维持水深1.5m为宜。
步骤7、引入藻种：将扩大培养后的微藻从池塘养殖系统，投撒在一级处理池中，藻种按1∶150的比例投入。
步骤8、富营养化水在一级处理池中缓慢流动，同时微藻在一级处理池中快速生长繁殖。微藻大量吸收污水中的氮、磷，同时为水体中细菌分解有机物提供充足的O2。富营养化水经排水管，进入二级处理池。
步骤9、当地待处理水经一级处理池处理后，进入二级处理池。调节出水进水开关，使水面深度2m为宜。打开藻种回流泵开关，将高密度的藻液以500L/h的流速，经藻种回流管重新进入一级处理池，为一级处理池提供藻种。大部分已处理的富营养化水经二级处理池砂石过滤后，经排水管排出。
经检测，子牙新河的水体处理后的COD平均为12.8mg/L，BOD平[T3]均为5.84mg/L，总氮含量为0.8mg/L，总磷含量为0.13mg/L，而未经处理的水体的COD为210mg/L，BOD为71.4mg/L，总氮含量为37.2mg/L，总磷含量为3.13mg/L。改良后的水体COD降低了93.9％，BOD降低了91.8％，总氮含量降低了97.8％，总磷含量降低了95.8％。
子牙新河水体处理前后对比
| 处理前 | 处理后 | 去除率 | |
| COD | 210mg/L | 12.8mg/L | 93.9％ |
| BOD | 71.4mg/L | 5.84.mg/L | 91.8％ |
| 总氮 | 37.2mg/L | 0.8mg/L | 97.8％ |
| 总磷 | 3.13mg/L | 0.13mg/L | 95.8％ |
实施例2
用栅藻-X206处理天津滨海新区沧浪渠的水体，该水体的COD为68.5mg/L，BOD为21.5mg/L，总氮含量为7.1mg/L，总磷含量为0.53mg/L。沧浪渠的水样属轻度污染，有机物、氮磷含量超标，全盐量1.20‰，盐度接近淡水。用本发明方法处理该地区污水，包括如下步骤：
步骤1：配制养殖栅藻-X206的FN25培养基(基础培养基)：
硝酸钠 0.1-2g/L 三水磷酸氢二钾0.01-0.08g/L
七水硫酸镁 0.01-0.15g/L 二水氯化钙 0.01-0.1g/L
柠檬酸铁 0.001-0.012g/L 碳酸氢钠 0.01-0.05g/L
乙二胺四乙酸二钠 0.0005-0.002g/L 十三烷醇 0.1-1.0mg/L
微量元素 0.5-2ml
其中微量元素配置方法：
硼酸 1.43-5.72g/L 一水氯化锰 0.9-3.6g/L
五水合硫酸铜 0.04-0.16g/L 七水合硫酸锌 0.11-0.45g/L
二水合钼酸钠 0.2-0.8g/L 六水硝酸钴 0.025-0.09g/L
加水定容至1L。
培养条件为：温度28-33℃，光照4000～25000勒克斯，pH：6.5～8.5，生长周期5-8天。
较好的培养基配方为：
硝酸钠 0.3-0.9g/L 三水磷酸氢二钾 0.02-0.06g/L
七水硫酸镁 0.05-0.12g/L 二水氯化钙 0.025-0.05g/L
柠檬酸铁 0.003-0.01g/L 碳酸氢钠 0.01-0.03g/L
乙二胺四乙酸二钠 0.0005-0.002g/L 十三烷醇 0.1-1.0mg/L
微量元素 0.5-2ml
步骤2：按沧浪渠水质情况对栅藻-X206进行适应性驯化：
(1).沧浪渠水质情况
总氮 7.1mg/L 总磷 0.53mg/L
镁离子 53mg/L 钙离子 96mg/L
铁离子 0.25mg/L 铜离子 0.0012mg/L
锰离子 0.15mg/L 硫酸盐 180mg/L
(2).逐步降低培养基中氮、磷等大量元素的含量，使氮磷等元素的终浓度降低到当地待处理水的浓度，微量元素不添加。
七水硫酸镁 0.01-0.15g/L 二水氯化钙 0.01-0.1g/L
柠檬酸铁 0.001-0.012g/L 碳酸氢钠 0.01-0.05g/L
乙二胺四乙酸二钠 0.0005-0.002g/L 十三烷醇 0.1-1.0mg/L
硝酸钠参照当地待处理的水中的氮含量逐级降低到当地水中的5-2倍；
磷酸氢二钾参照当地待处理水中的磷含量逐级降低到当地水中的5-2倍；
培养条件在自然环境下，经过3-5个生长周期的驯化后，选取镜检活性较强的藻种做进一步驯化。
(3)将当地待处理的水经过无菌过滤，作为驯化培养基，培养基的营养元素为当地水源主要的营养元素，培养条件为自然环境下，经过3-5个生长周期的驯化后，选取镜检活性较强的藻种做进一步驯化。
(4)将当地待处理水，不做任何处理，作为驯化培养基，藻种培养条件为自然环境下，经过3-5个生长周期，驯化阶段结束。将选取的镜检活性较强的藻种进行扩繁培养。
步骤2、实验室扩繁：采用当地待处理水将藻种与培养基按体积比为1∶7的比例接种，培养液体系为20L，培养温度为25-32℃，光照为4000～25000勒克斯。在密闭反应容器中培养5天后，培养液中微藻浓度最终达到3×107个细胞/毫升。
步骤3、池塘开放培养：将实验室培养的藻种按1∶100的比例投入到微藻养殖池塘中，池塘体积15m3。在自然环境条件下露天养殖8天。池塘开放池中微藻浓度最终达到2×107个细胞/毫升。将池塘养殖的微藻作为当地待处理富营养化水体的种源。
步骤4、在当地待处理富营养化水体水源地周围修建一级处理池，池长60m、宽15m、高0.8m。处理池内每个6m设置隔板，使污水在池内成“之”字形流动，液体深度0.5m，流速为8500L/h。在“之”字形池底部，每隔6m安装一个湍流装置(高度为12cm，坡度30度的三角突起)， 以增加液体流动时的湍流，使微藻和污水混匀，防止微藻沉淀。安装进水管，出水管，藻种回流管等。如图1
步骤5、在当地待处理富营养化水体水源地周围修建二级处理池，池长9m、宽9m、高3m，整个污水处理池底部设计为漏斗形，并充填两层沙石颗粒，上层沙石厚度为0.2m，颗粒直径为0.25-0.3cm，下层沙石厚度为0.3m，颗粒直径为1-3cm，沙石底部安装虑沙网和排水管。将一级处理池排水管与二级处理池进水管相连。调节进水管与出水管流速，使液面保持1.5m。安装藻种回流装置，管口插入液面以下，距底部砂石0.2m。如图2
步骤6、引入当地待处理富营养化水体：将当地待处理富营养化水体引入一级处理池中，控制进水流速和出水流速，维持水面深度0.5m为宜。
步骤7、引入藻种：将扩大培养后的微藻从池塘养殖系统，投撒在一级处理池中，藻种按1∶100的比例投入。
步骤8、富营养化水在一级处理池中缓慢流动，同时微藻在一级处理池中快速生长繁殖。微藻大量吸收污水中的氮、磷，同时为水体中细菌分解有机物提供充足的O2。污水经排水管，进入二级处理池。
步骤9、当地待处理富营养化水经一级处理池处理后，进入二级处理池。调节出水进水开关，使水面深度1.5m为宜。打开藻种回流泵开关，将高密度的藻液以300L/h的流速，经藻种回流管重新进入一级处理池，为一级处理池提供藻种。大部分已处理的富营养化水结二级处理池砂石过滤后，经排水管排出。
经检测，沧浪渠的水体处理后的COD平均为3.68mg/L，BOD平均为2.13mg/L，总氮含量为0.34mg/L，总磷含量为0.08mg/L，而[T4]未经处理的水体的COD为68.5mg/L，BOD为21.5mg/L，总氮含量为7.1mg/L，总磷含量为0.53mg/L。改良后的水体COD降低了94.6％，BOD降低了90.1％，总氮含量降低了95.2％，总磷含量降低了84.9％。
沧浪渠水体处理前后对比
| 处理前 | 处理后 | 去除率 | |
| COD | 68.5mg/L | 3.68mg/L | 94.6％ |
| BOD | 21.5mg/L | 2.13mg/L | 90.1％ |
| 总氮 | 7.1mg/L | 0.34mg/L | 95.2％ |
| 总磷 | 0.53mg/L | 0.08mg/L | 84.9％ |
实施例3
用微拟球藻-X56处理天津滨海太平镇养殖场的水体，该水体的COD为89.4mg/L，BOD为34.6mg/L，总氮含量为18.64mg/L，总磷含量为7.27mg/L。太平镇养殖场的水样属重度污染，有机物、氮磷含量超标，全盐量2.70‰，盐度接近淡水。用本发明方法处理该地区污水，包括如下步骤：
步骤1：配制养殖微拟球藻-X56的FN27培养基(基础培养基)：
硝酸钾 0.2-0.5g/L 二水合磷酸二氢钠 0.005-0.25g/L
氯化钙 0.01-0.05g/L 氯化钾 0.05-0.3g/L
硫酸镁 0.02-0.15g/L 生长素 0.1-0.9mg/L
细胞分裂素 0.05-0.2mg/L 乙二胺四乙酸铁盐 0.01g/L
乙酸钠 0.05-0.3g/L 微量元素 0.5-2.0ml/L
其中微量元素配置方法：
四水合氯化锰 0.1-0.4g/L 六水合氯化钴 0.05-0.2g/L
五水合硫酸铜 0.01-0.04g/L 七水合硫酸锌 0.02-0.08g/L
二水合钼酸钠 0.005-0.025g/L
加水定容至1L。
培养条件为：温度28-33℃，光照4000～25000勒克斯，pH：6.5～9，生长周期5-8天。
较好的培养基配方为：
硝酸钾 0.25-0.4g/L 二水合磷酸二氢钠 0.008-0.15g/L
氯化钙 0.02-0.03g/L 氯化钾 0.05-0.2g/L
硫酸镁 0.02-0.08g/L 生长素 0.2-0.7mg/L
细胞分裂素 0.08-0.15mg/L 乙二胺四乙酸铁盐 0.01g/L
乙酸钠 0.08-0.3g/L 微量元素 0.5-2.0ml/L
步骤2：按太平镇养殖场水质情况对微拟球藻-X56进行适应性驯化：
(1)太平镇养殖场水质情况
总氮 18.64mg/L 总磷 7.27mg/L
镁离子 89mg/L 钙离子 122mg/L
铁离子 0.81mg/L 铜离子 0.0013mg/L
锰离子 0.098mg/L 硫酸盐 472mg/L
(2)逐步降低培养基中氮、磷等大量元素的含量，使氮磷等元素的终浓度降低到当地待处理水的浓度，微量元素不添加。
氯化钙 0.01-0.05g/L 氯化钾 0.05-0.3g/L
硫酸镁 0.02-0.15g/L 生长素 0.1-0.9mg/L
细胞分裂素 0.05-0.2mg/L 乙二胺四乙酸铁盐 0.01g/L
乙酸钠 0.05-0.3g/L
硝酸钠参照当地待处理水中的氮含量逐级降低到当地水中的5-2倍；
磷酸氢二钾参照当地待处理水中的氮含量逐级降低到当地水中的5-2倍；
培养条件在自然环境下，经过3-5个生长周期的驯化后，选取镜检活性较强的藻种做进一步驯化。
(3)将当地待处理水经过无菌过滤，作为驯化培养基，培养基的营养元素为当地水源主要的营养元素，培养条件为自然环境下，经过3-5个生长周期的驯化后，选取镜检活性较强的藻种做进一步驯化。
(4)将当地待处理水，不做任何处理，作为驯化培养基，藻种培养条件为自然环境下，经过3-5个生长周期，驯化阶段结束。将选取的镜检活性较强的藻种进行扩繁培养。
步骤2、实验室扩繁：采用当地待处理水将藻种与培养基按体积比为1∶4的比例接种，培养液体系为60L，培养温度为25-32℃，光照为4000～ 25000勒克斯。在密闭反应容器中培养7天后，培养液中微藻浓度最终达到5×107个细胞/毫升。
步骤3、池塘开放培养：将实验室培养的藻种按1∶150的比例投入到微藻养殖池塘中，池塘体积30m3。在自然环境条件下露天养殖9天。池塘开放池中微藻浓度最终可达到2×107个细胞/毫升。将池塘养殖的微藻作为当地待处理富营养化水体的种源。
步骤4、在当地待处理富营养化水体水源地周围修建一级处理池，池长50m、宽30m、高1.4m。处理池内每个4m设置隔板，使富营养化水在池内成“之”字形流动，液体深度1m，流速为10000L/h。在“之”字形池底部，每隔5m安装一个湍流装置(高度为8cm，坡度20度的三角突起)，以增加液体流动时的湍流，使微藻和富营养化水混匀，防止微藻沉淀。安装进水管，出水管，藻种回流管等。如图1
步骤5、在当地待处理富营养化水体水源地周围修建二级处理池，池长10m、宽10m、高2.5m，整个污水处理池底部设计为漏斗形，并充填两层沙石颗粒，上层沙石厚度为0.5m，颗粒直径为0.25-0.3cm，下层沙石厚度为0.15m，颗粒直径为1-3cm，沙石底部安装虑沙网和排水管。将一级处理池排水管与二级处理池进水管相连。调节进水管与出水管流速，使水深保持1m。安装藻种回流装置，管口插入液面以下，距底部砂石0.5m。如图2
步骤6、引入当地待处理富营养化水体：将当地待处理富营养化水引入一级处理池中，控制进水流速和出水流速，维持水深1m为宜。
步骤7、引入藻种：将扩大培养后的微藻从池塘养殖系统，投撒在一级处理池中，藻种按1∶200的比例投入。
步骤8、富营养化水在一级处理池中缓慢流动，同时微藻在一级处理池中快速生长繁殖。微藻大量吸收污水中的氮、磷，同时为水体中细菌分解有机物提供充足的O2。富营养化水经排水管，进入二级处理池。
步骤9、当地待处理富营养化水经一级处理池处理后，进入二级处理池。调节出水进水开关，使水深1m为宜。打开藻种回流泵开关，将高密度的藻液以400L/h的流速，经藻种回流管重新进入一级处理池，为一 级处理池提供藻种。大部分已处理富营养化水体经二级处理池砂石过滤后，经排水管排出。
经检测，太平镇养殖场的水体处理后的COD平均为3.68mg/L，BOD平均为2.13mg/L，总氮含量为0.34mg/L，总磷含量为0.08mg/L，[T5]而未经处理的水体的COD为68.5mg/L，BOD为21.5mg/L，总氮含量为7.1mg/L，总磷含量为0.53mg/L。改良后的水体COD降低了94.6％，BOD降低了90.1％，总氮含量降低了95.2％，总磷含量降低了84.9％。
太平镇养殖场水体处理前后对比
| 处理前 | 处理后 | 去除率 | |
| COD | 89.4mg/L | 4.03mg/L | 95.5％ |
| BOD | 34.6mg/L | 2.38mg/L | 93.1％ |
| 总氮 | 18.64mg/L | 0.66mg/L | 96.5％ |
| 总磷 | 7.27mg/L | 0.15mg/L | 97.9％ |
Claims (10)
1.一种用于处理富营养化水体的微藻的培养基，其特征在于所述的微藻为小球藻-X31、栅藻-X206或微拟球藻-X56，其中小球藻-X31的培养基配方为：
碳酸氢钠 10.8-20.8g/L 氯化钠 0.01-0.2g/L
硫酸镁 0.12-0.25g/L 硫酸钾 0.5-1.6g/L
磷酸氢二钾 0.3-1.2g/L 氯化钙 0.03-0.06g/L
硝酸钠 1.5-3.5g/L 赤霉素 0.05-0.2mg/L
微量元素 0.5-1.5ml/L
所述的栅藻-X206的培养基配方为：
硝酸钠 0.3-0.9g/L 三水磷酸氢二钾 0.02-0.06g/L
二水氯化钙 0.025-0.05g/L 七水硫酸镁 0.05-0.12g/L
柠檬酸铁 0.003-0.01g/L 乙二胺四乙酸二钠 0.0005-0.002g/L
碳酸氢钠 0.01-0.03g/L 十三烷醇 0.1-1.0mg/L
微量元素 0.5-2ml
所述的微拟球藻-X56的培养基配方为：
硝酸钾 0.25-0.4g/L 二水合磷酸二氢钠 0.008-0.15g/L
氯化钙 0.02-0.03g/L 氯化钾 0.05-0.2g/L
硫酸镁 0.02-0.08g/L 细胞分裂素 0.08-0.15mg/L
生长素 0.2-0.7mg/L 乙二胺四乙酸铁盐 0.01g/L
乙酸钠 0.08-0.3g/L 微量元素 0.5-2.0ml/L
2.如权利要求1所述用于处理富营养化水体的微藻的驯化方法，包括如下步骤：
(1)筛选吸收氮、磷能力较强的微藻作为处理富营养化水体的基本藻种；
(2)针对所选藻种配制基础培养基；
(3)在温度为18～33℃，光照为4000～25000勒克斯，pH为6～10的条件下培养5～8天；
(4)在基础培养基中逐步降低氮、磷元素的含量至待处理富营养化水中的氮磷浓度的5-2倍，在自然环境下对微藻进行3-5个周期的驯化；
(5)取待处理富营养化水体经无菌过滤后作为驯化培养基，在自然环境对微藻进行3-5个周期的驯化；
(6)取待处理富营养化水作为驯化培养基，在自然环境下对微藻进行3-5个周期的驯化后进行扩繁培养；
(7)用待处理富营养化水体作为培养基，将藻种与培养基按1∶4-1∶9的体积比接种，在密闭反应容器中培养5-9天进行实验室扩繁；
(8)将实验室扩繁后的藻种按1∶100-1∶200的比例投入到微藻养殖池塘中进行8-10天的开放式培养。
3.如权利要求1所述的用于处理富营养化水体的微藻的驯化方法，其特征在于所述的吸收氮、磷能力较强的微藻为小球藻-X31、栅藻-X206或微拟球藻-X56。
4.如权利要求1所述的用于处理富营养化水体的微藻的驯化方法，其特征在于实验室扩繁是在温度为25-32℃、光照为4000～25000勒克斯的条件下进行的，开放式培养是自然环境条件下进行的。
5.如权利要求2所述的微藻处理富营养化水体的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)在待处理富营养化水源地周围修建一级处理池，安装进水管、出水管、藻种回流管；
(2)在待处理富营养化水源地周围修建二级处理池，处理池底部设计为漏斗形，并充填两层沙石颗粒，沙石底部安装虑沙网和排水管，一级处理池排水管与二级处理池进水管相连；
(3)将待处理富营养化水体引入一级处理池中；
(4)将养殖池塘中的微藻按1∶100-1∶200的比例投撒在一级处理池中；
(5)富营养化水体流经一级处理池后，大量的氮、磷被微藻吸收，处理后的水经排水管，进入二级处理池；
(6)在二级处理池内富营养化水经二级处理池砂石过滤后，经排水管排出；
6.如权利要求5所述的微藻处理富营养化水体的方法，其特征在于[T1]一级处理池内每隔4～6m设置隔板，使待处理水在池内成“之”字形流动，液体深度优选0.5～1.5m，流速优选7000～10000L/h，在“之”字形池底部，每隔4～6m安装一个高度为8～12cm、坡度为20～30度的三角突起的湍流装置。
7.如权利要求5、6所述的微藻处理富营养化水体的方法，其特征在于一级处理池优选池长40～60m、宽20～30m、高0.8～2m；
8.如权利要求5所述的微藻处理富营养化水体的方法，其特征在于二级处理池优选池长8～10m、宽8～10m、高2～3m，处理池内的液体深度优选1～2m。
9.如权利要求5、8所述的微藻处理富营养化水体的方法，其特征在于二级处理池内安装有藻种回流管，回流管管口安装在距底部砂石0.2～0.5m处，藻种经藻种回流泵重新打入一级处理池。
10.如权利要求5所述的微藻处理富营养化水体的方法，其特征在于二级处理池的的两层砂石颗粒上层厚度为0.2～0.5m，颗粒直径为0.25～0.3cm，下层厚度为0.15～0.3m，颗粒直径为1～3cm。
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