CN109912136A - 一种利用吸附处理氨氮废水培养微藻的方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种利用吸附处理氨氮废水培养微藻的方法，采用吸附剂作为吸附废水中氨氮的介质，然后将吸附后的废水培养微藻，并以吸附氨氮后的吸附剂作为氮源缓释剂，为微藻的生长提供氮素，处理方法包括以下步骤：耐受氨氮藻种的筛选、吸附预处理氨氮废水、微藻的培养。本发明对氨氮废水处理效果好，特别是高氨氮废水的处理，同时还能获得的高附加值微藻生物质，从而产生额外经济价值，能降低废水治理成本，是一种经济、环保的氨氮废水处理工艺。

Description

一种利用吸附处理氨氮废水培养微藻的方法

技术领域

本发明涉及一种利用吸附处理氨氮废水培养微藻的方法，具体属于废水处理技术领域。

背景技术

随着现代工业的迅速发展，我国的水体氨氮污染问题也愈发严峻，特别是高浓度的氨氮废水对环境危害严重，排放到水体中会导致水体富营养化和引起生物毒害作用，还会造成土壤退化、地下水污染等一系列问题。

传统脱氮方法有吹脱法、折点加氯法、化学沉淀法、电渗析法、离子交换法以及硝化-反硝化法等。传统硝化-反硝化的是一种经济有效的脱氮处理方式，目前应用最为广泛的处理方法，但存在建设成本以及运营成本高，微生物的生长条件要求相对苛刻等缺点，且需要调节废水的C/N。

鉴于氨氮易被大多数微藻利用的氮源形式，在实际应用中微藻多用于处理较低浓度的氨氮，如“一种兼养微生物营养转化处理高氨氮废水的方法”（CN 105712490A）公开了一种利用微藻或光合细菌营养模式的转换吸收高浓度氨氮并净化废水的方法，但该方法所处理废水的氨氮浓度范围仅为40~160 mg/L。对于较高浓度的氨氮废水，一般需要对废水进行预处理或者与其他方法联用等，这是由于高浓度的氨氮具有毒性，而大多数微藻对氨氮的耐受浓度普遍不高造成的，因而导致微藻对高浓度的氨氮废水处理效果差。为了解决这个问题，学者针对如何降低氨氮对微藻的毒性开展了大量的研究，如郭智等公开了“一种去除废水中氨氮的装置和方法”（CN 107473494A），其方法特点是利用膜接触器将废水与微藻溶液分隔开来，避免废水中的有毒物质抑制微藻的生长，虽然该方法对氨氮的去除效果好，但对设备要求高，因此不适合大规模应用。为了降低高浓度的氨氮对微藻的毒害作用，活性炭、沸石、离子交换树脂等吸附剂被广泛用于氨氮废水的预处理中，如巫小丹等“一种处理高浓度氨氮养猪沼液的方法”（CN 104445816A），主要利用沸石对高氨氮养猪沼液进行预处理，将沸石吸收预处理后的养猪沼液培养斜生栅藻，该方法的缺点是氨氮的总体去除效果不甚理想，仅为74.95%，且沸石无后续再生过程增加处理成本。

为了更好地处理氨氮废水及降低废水处理成本，本发明提供一种吸附处理氨氮废水并实现高附加值微藻培养的方法，先利用吸附剂对氨氮废水进行预处理，降低氨氮废水对微藻的毒性，同时利用吸附氨氮后的吸附剂作为氮源缓释载体培养微藻，在去除废水中氨氮的同时，可收获微藻生物质，且吸附剂也可重复回收利用，是一种经济高效且绿色环保的氨氮废水处理方式。

发明内容

本发明为了克服传统氨氮废水处理方法的不足，提供一种利用吸附处理氨氮废水培养微藻的方法。

本发明一种利用吸附处理氨氮废水培养微藻的方法利用吸附剂对高氨氮废水进行预处理，以降低高氨氮废水对微藻的毒性，将经吸附预处理后的氨氮废水培养微藻，并将吸附氨氮后的吸附剂作为氮源缓释剂，不仅能达到高效低成本地去除废水中的氨氮、收获的微藻生物质还能产生经济效益，吸附剂与微藻一起培养后能再次回收利用，具体步骤如下：

步骤1：微藻藻株的筛选

根据叶绿素含量和生物量，筛选耐受氨氮的微藻藻株用于氨氮废水处理；

步骤2：吸附预处理氨氮废水

将吸附剂投入氨氮废水中，吸附剂的投加量为1~500 g/L，氨氮废水pH调控3.0~10.0，吸附时间控制在0.5~120 h；

步骤3：微藻的培养

将步骤2中经吸附预处理后的氨氮废水作为培养液、吸附氨氮后的吸附剂作为氮源缓释载体，培养步骤1筛选的微藻，达到从废水中回收氨氮的目的，实现吸附剂的回收，并获得高附加值微藻生物质；微藻培养条件为：温度10~40℃，光照强度5~200 μmol/m²/s，振荡速度0~300 rpm，培养时间1~14天。

所述的微藻藻株包括但不限于螺旋藻属、小球藻属、筒柱藻属、硅藻、菱形藻、裂壶藻、杜氏藻属、栅藻、微绿球藻、衣藻属、扁藻或空球藻属。

所述的筛选耐受氨氮的微藻藻株采用的培养液是将标准培养基中的氮源替换为不同浓度的铵盐或不同稀释度的氨氮废水。

所述的吸附剂为包括但不限于吸附能力为0.1~50 mg/g的硅胶、活性炭、蒙脱石、活性氧化铝、沸石和离子交换树脂。

所述的氨氮废水为氨氮浓度＞200 mg/L的人工废水或实际废水。

本发明的有益效果：本发明采用吸附剂作为高浓度废水中氨氮的吸附介质，可有效降低高浓度氨氮对微藻的毒害作用。将吸附后的低氨氮的废水培养微藻，并以吸附氨氮后的吸附剂作为氮源缓释载体为微藻的生长提供氮源，不仅可以高效去除废水中氨氮，收获高附加值微藻生物质，还能产生经济效益，最后吸附剂还可实现再生利用，进一步降低废水处理的成本，是一种低成本、环境友好的废水处理工艺。

附图说明

图1为本发明实施例1四种小球藻在氨氮浓度200 mg/L的废水下的生长情况；

图2为本发明实施例2不同沸石吸附剂投加量对废水中氨氮的吸附率；

图3为本发明实施例2沸石投加量为35 g/100 mL时废水中氨氮吸附率随时间的变化；

图4为本发明实施例3小球藻Chlorella-2在氨氮废水中的生长情况。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述：应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1

本实施例中所用藻种为小球藻，分别命名为Chlorella-1、Chlorella-2、Chlorella-3、Chlorella-4。其中Chlorella-1购于藻种库，Chlorella-2分离自本地垃圾渗滤液中，Chlorella-3分离自本地生活污水中、Chlorella-4分离自本地富营养化水体中。通过氨氮废水对四个小球藻藻种的氨氮耐受性进行筛选，其中氨氮废水是将BG-11培养基中的氮源替换为铵盐，氨氮浓度约为200 mg/L，每天测定各组在680 nm下的OD分析其生长情况。

结果如图1所示。其中Chlorella-2和Chlorella-4相较于另外两株藻种具有更高的耐氨氮能力，这是由于这两种藻株分离于含氮较多的水体中；而Chlorella-2表现最佳，这是由于垃圾渗滤液中含有高浓度的氨氮，导致Chlorella-2对氨氮具有更好的耐受性。

实施例2

本实施例中吸附剂为合成沸石，从市场购买所得，主要成分为粉煤灰，粒径为60~80目。称取5、10、20、35、50 g合成沸石分别加入100 mL的氨氮废水中，氨氮废水为人工配制的硫酸铵溶液，氨氮浓度约为550 mg/L，在温度为30℃下静置吸附，每间隔2 h取废水样品抽滤后测定其中的氨氮含量，每组处理设置三个平行。检测沸石作为吸附剂对废水中氨氮的去除效果。结果如图2所示，沸石作为吸附剂时吸附废水中氨氮时，氨氮吸附率与废水投加量有较大关系，当100 mL氨氮废水中沸石投加量小于或等于35 g时，氨氮吸附率随着沸石投加量增加而大幅度上升，但投加量超过35 g时，增加投加量并不会显著提高氨氮吸附率，从成本的角度来考虑，35 g/100 mL可视为合适的沸石吸附剂剂量。对35 g沸石投加量下氨氮废水中氨氮吸附做吸附动力学曲线，结果如图3所示，在前8小时氨氮的吸附率快速上升，而后逐渐趋于平缓10 h左右达到平衡，此时对氨氮的吸附率达到70.45%。

本实施例中利用粉煤灰制作的合成沸石作为吸附剂对高浓度的氨氮的去除效果良好，在投加量为35 g/100 mL时，吸附时间为10 h时效果较佳，在此条件下，沸石吸附剂对氨氮的去除率为70.45%，沸石吸附剂对氨氮的单位吸附量达到1.11 mg/g。

实施例3

利用案例2中的沸石作为吸附剂对氨氮废水进行预处理后培养案例1筛选出来小球藻，氨氮废水为酱油废水，其氨氮浓度约为500 mg/L。将吸附后的废水培养上述筛选出来的耐受氨氮的小球藻Chlorella-2，吸附氨氮后的沸石吸附剂作为缓释剂，为小球藻的生长提供氮源。培养结束时对小球藻生物量和废水中氨氮的去除率进行测定。

小球藻的生长状况结果如图4和所示，从图4可以看出小球藻Chlorella-2的生长状况良好，培养结束时生物量高达2.58 g/L，说明沸石作为吸附剂对废水进行预处理能够有效地减轻高浓度的氨氮对小球藻的毒害作用，同时由于吸附率氨氮的废水吸附剂作为氮源的缓释载体可以缓慢释放氨氮，使得废水中的氮源在较长时间内都处于一个充足的状态，从而使得小球藻的生物量高。培养结束时废水中的氨氮的剩余含量约为8.5 mg/L，氨氮的去除率高达98.3%。

Claims (5)

1.一种利用吸附处理氨氮废水培养微藻的方法，其特征在于：所述的方法利用吸附剂对高氨氮废水进行预处理，以降低高氨氮废水对微藻的毒性，将经吸附预处理后的氨氮废水培养微藻，并将吸附氨氮后的吸附剂作为氮源缓释剂，不仅能达到高效低成本地去除废水中的氨氮、收获的微藻生物质还能产生经济效益，吸附剂与微藻一起培养后能再次回收利用，具体步骤如下：

步骤1：微藻藻株的筛选

根据叶绿素含量和生物量，筛选耐受氨氮的微藻藻株用于氨氮废水处理；

步骤2：吸附预处理氨氮废水

将吸附剂投入氨氮废水中，吸附剂的投加量为1~500 g/L，氨氮废水pH调控3.0~10.0，吸附时间控制在0.5~120 h；

步骤3：微藻的培养

将步骤2中经吸附预处理后的氨氮废水作为培养液、吸附氨氮后的吸附剂作为氮源缓释载体，培养步骤1筛选的微藻，达到从废水中回收氨氮的目的，实现吸附剂的回收，并获得高附加值微藻生物质；微藻培养条件为：温度10~40℃，光照强度5~200 μmol/m²/s，振荡速度0~300 rpm，培养时间1~14天。

2.根据权利要求1所述的一种利用吸附处理氨氮废水培养微藻的方法，其特征在于：所述的微藻藻株包括但不限于螺旋藻属、小球藻属、筒柱藻属、硅藻、菱形藻、裂壶藻、杜氏藻属、栅藻、微绿球藻、衣藻属、扁藻或空球藻属。

3.根据权利要求1所述的一种利用吸附处理氨氮废水培养微藻的方法，其特征在于：所述的筛选耐受氨氮的微藻藻株采用的培养液是将标准培养基中的氮源替换为不同浓度的铵盐或不同稀释度的氨氮废水。

4.根据权利要求1所述的一种利用吸附处理氨氮废水培养微藻的方法，其特征在于：所述的吸附剂为包括但不限于吸附能力为0.1~50 mg/g的硅胶、活性炭、蒙脱石、活性氧化铝、沸石和离子交换树脂。

5.根据权利要求1所述的一种利用吸附处理氨氮废水培养微藻的方法，其特征在于：所述的氨氮废水为氨氮浓度＞200 mg/L的人工废水或实际废水。