[发明专利]一种利用微藻处理含磷废水的方法

说明书

本发明涉及一种利用微藻处理含磷废水的方法：1.选取处于对数生长期的微藻作为种源，控制初始细胞密度0.5×10⁶cells/mL；2.微藻自养培养条件为：温度20‑32℃，光照2,000‑20,000Lux，光暗周期10‑24h:14‑0h；3.含磷废水PO₄^3‑‑P≤50mg/L时含磷废水一次添加；含磷废水PO₄^3‑‑P50mg/L时分批次投加含磷废水，投加时间点均匀分布于培养周期内，每次投加后保证磷浓度最大值100mg/L。本发明实现了将磷浓度较高的废水直接用于微藻的培养，避免高浓度底物引起的渗透或毒性作用，保证微藻生长周期内对营养物质的需求，不需要补充有机碳源，微藻还可回收利用。

技术领域

本发明属于含磷废水的生物处理领域，具体涉及一种利用微藻处理含磷废水的方法。

背景技术

磷是生物生长所需的主要营养元素，也是水体富营养化的重要指标。当水体中磷含量超过20mg/L，藻类迅速地生长繁殖并漂浮于水面形成一层蓝绿色或红黄色的水花或薄膜，即藻类水华现象，从而导致水中溶解氧降低、藻毒素等有机物质释放，使水体浑浊恶臭、水质严重下降，甚至造成饮用水安全隐患。由于工农业生产的发展和人口的增加，出现含磷农药和农肥的大量使用，导致水体磷污染日益严重的问题。地表水中磷污染有相当一部分来自于工农业生产活动，如磷矿开采加工、磷肥生产、制药工业、禽畜养殖等工农业生产中产生大量的含磷废水，其中磷的主要存在形式是磷酸根(PO₄^3-)，其浓度范围在3-300mg/L。我国《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中磷酸盐(以P计)的一级标准为≤0.5mg/L，二级标准≤1.0mg/L，环保部门要求废水进入城市污水管网前必须达到二级标准。

如何有效地降低污水中的磷含量、减轻环境负荷已经引起了业界专业人士的高度关注。含磷废水的处理方法分为物化法和生物法。物化法的缺陷是需要投加化学药剂、制备特殊材料和外加电能等，导致除磷费用较高，并产生二次污染。目前，生物法与物化方法相比可降低含磷废水的处理成本，其主要利用聚磷菌“好氧吸磷厌氧释磷”的特性，通过排泥实现除磷目的，但是排放的剩余污泥仍然需要后续处置。

微藻通过光合作用利用CO₂自养生长的同时吸收氮和磷等营养物质，是一种适应能力很强的单细胞微生物，是制备生物柴油的绝佳原料。微藻正常培养过程中，磷浓度为5.4mg/L，当环境中的磷过量(≤45mg/L)时，微藻细胞吸收过量的磷并将其转化成多聚磷酸盐(聚磷，Poly-P)储存在细胞内。由于聚磷富含储存能量的磷酸酐键，可以为细胞生长和油脂合成提供额外的能量。因此，磷过量对微藻的生长代谢具有积极的促进作用。然而，采用磷过量策略势必会增加微藻培养成本，将含磷废水作为过量磷的来源，不仅可以降低微藻培养成本，同时实现含磷废水的资源化。所以，近年来研究者普遍认为将微藻培养与废水处理相结合是降低生物柴油成本、实现废水资源化的有效途径。

但实际应用时存在如下难以实现的问题：一、研究发现高浓度的磷(≥150mg/L)具有细胞毒性，通过与胞内组分结合破坏细胞器，从而抑制微藻细胞生长。实际含磷废水中，磷浓度高达300mg/L以上；二、在常规的微藻培养方法中，在细胞密度较低的初始阶段加入高浓度的营养物质，会产生一定抑制作用；随着细胞数量增加和营养物质消耗，导致后期高密度细胞营养物质供给不足，同样不利于细胞生长代谢，营养物质的供需不平衡导致微藻生长和脂质积累难以达到最优状态。三、微藻的自养生长速率相对较低，易受到光照、温度、pH、CO₂浓度和气液传质效率等多种因素的影响。

基于上述原因，含磷废水，尤其是磷浓度较高的废水不能直接用于微藻的培养。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种利用微藻处理含磷废水的方法，实现了将含磷废水尤其是磷浓度较高的废水直接用于微藻的培养，有效避免高浓度底物引起的渗透或毒性作用，并充分保证微藻生长周期内对营养物质的需求，不需要补充有机碳源，微藻还可回收利用，实现了废水资源化。