一种利用混合藻膜处理高氨氮废水的方法

本发明属于高氨氮废水处理。更具体地，涉及一种利用混合藻膜处理高氨氮废水的方法。

背景技术：

1、高氨氮废水是指水体中氨氮浓度超过200mg/l的污染水体，其来源广泛、成分复杂且排放量大，普遍见于工业及养殖废水，来源包括金属冶炼业、食品加工业、畜禽养殖业、垃圾渗滤液和半导体行业等，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严重环境问题。目前，我国氨氮废水排放基数大，仅2020年就高达98.4万吨。在高排放量、高标准的双重困境下，探寻高效、环保、简便且低廉的氨氮处理技术成为废水治理的重点。现今一些传统的处理方法(如物理吹脱法、化学沉淀法和生物硝化/反硝化工艺脱氮)普遍存在处理成本高、有污泥产生、工艺复杂且流程长、易造成二次污染等诸多不足。

2、微藻是指个体微小、需在显微镜下才能辨别其形态结构的藻类。一方面，微藻具有微生物的结构简单、生长繁殖快的特点，易于大规模培养；另一方面，微藻能利用太阳能(其光合效率比植物更高)和水体中的氮、磷等作为养分，进行自养生长并在细胞内积累大量蛋白质、油脂、多不饱和脂肪酸、类胡萝卜素等高价值生物活性物质。相较于传统的高氨氮废水资源化利用方式，利用微藻处理高氨氮废水，其处理过程不会产生或释放有毒物质，还能同时获得大量微藻生物质；这些生物质可进一步加工成肥料、生物燃料、动物饲料及化工产品等高附加值产品，实现废水资源化循环利用，降低其处理成本，符合循环经济的发展需求。基于微藻的处理技术逐渐成为废水处理研究的热点。

3、然而，虽然氨氮是易被大多数微藻利用的氮源形式，但大多数微藻对高浓度氨氮的耐受性不高，很难直接应用于高氨氮废水处理。目前报道过的关于利用混合藻膜技术进行高氨氮废水处理的方案最高只能耐受600mg/l(cn106396112a)。现有实际应用中的做法是需对氨氮废水进行预处理降低氨氮浓度，如“一种处理高浓度氨氮养猪沼液的方法”(cn104445816a)利用沸石对高氨氮沼液进行预处理；“一种利用吸附处理氨氮废水培养微藻的方法”(cn109912136a)采用活性炭、离子交换树脂等吸附剂对高氨氮废水进行预处理等。

4、最近，魏东等人公开了一种利用蛋白核小球藻进行发酵培养直接处理高氨氮废水的方法(cn110627213b)，虽然该技术能直接处理高浓度氨氮废水、无需预处理降低氨氮浓度，但其发酵过程需要进行补料(如碳源、磷源)，光发酵装置设计复杂，处理方法繁琐，且为批式培养，无法连续处理运行。更重要的是，在这些微藻处理方法中，微藻都是在水体中悬浮生长，光的衰减会导致藻类产率下降，从而导致废水处理效率降低；另外，在进行藻细胞的回收时，离心、过滤等方法能耗高，重力驱动沉降法效率低而絮凝技术存在引入铝、铁等金属离子的风险，包埋、共价结合等固定化技术大大增加了处理难度和运行成本。藻细胞的采收问题严重限制了微藻废水处理方法的发展和应用。

5、因此，针对现有利用微藻对高氨氮废水处理技术的不足，急需研发出绿色、高效、能耗成本低、操作简单的处理方法。

技术实现思路

1、为了克服现有利用微藻处理废水中耐高氨氮能力的不足与无法连续处理运行的缺陷，本发明提供一种利用混合藻膜处理高氨氮废水的方法，具体是利用旋转生物膜反应器培养一种蓝藻和一种绿藻形成混合藻膜生物转化水体高氨氮的方法。

2、本发明的第一个目的是提供一株能与绿藻形成混合藻膜而用于处理高氨氮废水的集胞藻。

3、本发明的第二个目的是提供上述集胞藻在处理氨氮废水中的应用。

4、本发明的第三个目的是提供上述集胞藻在与绿藻协同处理氨氮废水或与绿藻形成藻膜中的应用。

5、本发明的第四个目的是提供一种利用混合藻膜处理高氨氮废水的方法。

6、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

7、本发明提供一株能与绿藻形成混合藻膜而用于处理高氨氮废水的集胞藻s1，该菌株已于2023年10月25日保藏于中国典型培养物保藏中心，菌种保藏号为cctcc no：m20231999。

8、利用该集胞藻与绿藻形成混合藻膜进而运用旋转生物膜反应器可以直接对极高浓度的氨氮废水进行处理，效率高，能耗成本低，操作简单。因此本发明提供以下应用：

9、本发明提供上述集胞藻s1在处理氨氮废水中的应用。

10、本发明还提供上述集胞藻s1在与绿藻协同处理氨氮废水或与绿藻形成藻膜中的应用。

11、本发明提供一种利用混合藻膜处理高氨氮废水的方法，所述方法为将上述集胞藻s1与绿藻的混合种子液加入旋转生物膜反应器中进行覆膜培养形成混合藻膜，然后运行旋转生物膜反应器进行高氨氮废水处理。

12、优选地，集胞藻s1与绿藻的混合种子液的藻液密度不低于0.5g/l。

13、优选地，集胞藻s1与绿藻的混合种子液的藻液密度0.5～100g/l。

14、优选地，混合种子液由集胞藻s1的藻液与绿藻的藻液按体积比(1～9)：(1～9)混合培养得到。

15、更优选地，混合种子液由集胞藻s1的藻液与绿藻的藻液按体积比(1～3)：(1～3)混合培养得到(更优选地按体积比为1:1混合培养得到)。

16、优选地，所述绿藻为蛋白核小球藻(chlorella pyrenoidosa)。

17、具体地，上述氨氮废水为氨氮浓度超过200mg/l的高浓度氨氮废水。如200～1000mg/l的高氨氮废水。

18、优选地，废水处理的水力体停留时间为1～5天。更优选地，废水处理的水力体停留时间为1～3天。

19、优选地，所述混合种子液加入旋转生物膜反应器前，旋转生物膜反应器需在水中运行12～48小时。

20、更优选地，所述混合种子液加入旋转生物膜反应器前，旋转生物膜反应器需在水中运行24小时。

21、优选地，所述混合种子液的培养条件为在20～30℃、100～200rpm转速和2500-2700lux光强下培养。

22、更优选地，所述混合种子液的培养条件为在25℃、150rpm和2600lux光强下培养。

23、优选地，所述覆膜培养的条件为在20～30℃、100～200rpm转速和2500-2700lux光强下培养5～10天。

24、作为可选择的实施方式，所述利用集胞藻s1与蛋白核小球藻的混合藻膜处理高氨氮废水的方法包括如下步骤：

25、s1.混合种子液制备：

26、s11.分别将斜面保藏集胞藻s1与蛋白核小球藻接种到bg11培养基中进行活化，在20～30℃、100～200rpm和2500-2700lux光强下培养，得到集胞藻s1藻液与蛋白核小球藻藻液两种藻液；

27、s12.将集胞藻s1藻液与蛋白核小球藻藻液以比例为(1～9)：(1～9)混合后培养，所得混合藻液即为混合种子液；

28、s2.覆膜：将步骤s1的混合种子液加入旋转生物膜反应器中进行覆膜培养5～10天形成混合藻膜，藻膜形成后刮取膜上多余的微藻；

29、s3.废水处理：将氨氮废水作为反应器进水，通入完成覆膜的旋转生物膜反应器中进行处理，设置不同水力体停留时间，进行混合藻膜的氨氮废水连续处理，在5～10d时刮取收集膜上的微藻。

30、优选地，步骤s11所述培养至藻液密度不低于0.5g/l。

31、实践中用量大时，可采用多级扩大培养的方式制备大量藻液。

32、优选地，步骤s12所述培养的条件20～30℃、100～200rpm和2500-2700lux光强下培养至藻液密度不低于0.5g/l。

33、优选地，步骤s2所述的旋转生物膜反应器框架采用铝合金材质。

34、优选地，步骤s2所述旋转生物膜反应器为半浸式旋转生物膜反应器。

35、优选地，步骤s2所述旋转生物膜反应器的转速为2～6cm/s。

36、优选地，步骤s2所述旋转生物膜反应器在加入混合种子液前，需在旋转生物膜反应器的水槽中加入纯水，让膜在纯水中运行24h形成潮湿环境，之后排干水槽中的纯水，再加入混合种子液。

37、优选地，步骤s3设置水力体停留时间为1～5天。

38、更优选地，步骤s3设置水力体停留时间为3天。

39、本发明具有以下有益效果：

40、本发明利用旋转生物膜反应器培养一种蓝藻和一种绿藻形成混合藻膜连续处理高氨氮废水，可直接处理高氨氮废水、不需预处理，并且在处理过程中无需进行补料，可以连续进行废水处理。该技术通过覆膜生长形成的混合藻膜对高氨氮耐受力强，能耐受1000mg/l的氨氮浓度，生物质产量高，氨氮的去除效果好，且通过刮取就可以回收藻细胞，无需补料(即无需额外添加碳源、磷源等)，可连续运行处理，克服了传统悬浮培养方式中光照利用率低、采收难度大、无法连续处理运行等缺点，可在收获高价值微藻生物质的同时连续高效生物转化废水中的氨氮。