[發(fā)明專利]一種雙層包被結(jié)構(gòu)藻菌共生系統(tǒng)及其應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811498302.0
• 申請(qǐng)日: 2018-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN109534512A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱家璽;閆志強(qiáng);趙建剛;雷鳴;陳學(xué)智;王桂霞;焦夢(mèng)雨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州博嵩生物環(huán)保科技有限公司;暨南大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F3/32
• 分類號(hào): C02F3/32
• 代理公司: 中山市科創(chuàng)專利代理有限公司 44211
• 代理人: 毛海娟

本發(fā)明公開了一種雙層包被結(jié)構(gòu)藻菌共生系統(tǒng)及其應(yīng)用，該共生系統(tǒng)，包括內(nèi)包被層和外包被層，內(nèi)包被層內(nèi)包被小球藻，外包被層和內(nèi)包被層之間包被微生物菌液。應(yīng)用于污水凈化處理。本發(fā)明采用雙層包被結(jié)構(gòu)，利用改良后的凝膠膜特性，有效的隔離了微生物和藻細(xì)胞，且避免了直接接觸造成的相互競爭制約，且又不影響微生物和藻類各自生長和生態(tài)功能，使藻菌共生系統(tǒng)充分發(fā)揮其去除污染優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明持續(xù)作用時(shí)間長，操作簡單，成本低，應(yīng)用性強(qiáng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種雙層包被結(jié)構(gòu)藻菌共生系統(tǒng)及其應(yīng)用，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】

近年來，由于經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、人口的快速增長，工業(yè)化、城市化和農(nóng)業(yè)的快速推進(jìn)，大量營養(yǎng)元素(N、P等)及有機(jī)物污染物產(chǎn)生，造成嚴(yán)重的水污染環(huán)境問題。采用藻菌共生系統(tǒng)處理污水是一種高效的污水處理方式。20世紀(jì)50年代末，Oswald等報(bào)道了氧化塘中藻菌共生和藻類光合放氧等現(xiàn)象，提出了利用高效藻類塘處理污水的新工藝，隨后許多學(xué)者對(duì)菌藻共生系統(tǒng)進(jìn)行了基礎(chǔ)理論和實(shí)際應(yīng)用的研究。孟睿(2009)等采用正交法將不同比例的地衣芽孢桿菌、硝化細(xì)菌、月牙藻和四尾柵藻接種于養(yǎng)殖水中發(fā)現(xiàn)，菌藻體系能有效去除水體中的氮、磷污染物。當(dāng)其體積配比為1:2:2:2時(shí)，氨氮、硝酸鹽和總磷去除率分別為89％、98％和100％。Posadas等通過構(gòu)建多種微藻和活性污泥組成的菌藻生物膜系統(tǒng)，有機(jī)碳、總氮和總磷的去除效率達(dá)到91％、70％、85％，處理效果顯著高于活性污泥處理系統(tǒng)。

在利用藻類處理污水的技術(shù)中，菌藻共生系統(tǒng)具有較強(qiáng)的凈化優(yōu)勢(shì)，但菌藻之間的關(guān)系較為復(fù)雜，研究菌藻共生系統(tǒng)的構(gòu)建及其在污水中的應(yīng)用較有意義。藻類與微生物之間互利共生關(guān)系，一方面，藻類通過光合作用向水體增氧以促進(jìn)微生物進(jìn)行好氧代謝，并大量消耗污水中的有機(jī)物，同時(shí)促進(jìn)微生物氨化、硝化反應(yīng)和有機(jī)磷礦化的進(jìn)行。同時(shí)藻類作為光合自養(yǎng)生物，以光能為動(dòng)力，將二氧化碳、水和無機(jī)營養(yǎng)鹽(氮、磷等)同化成自身的有機(jī)物，藻類所分泌的有機(jī)物和死亡后的藻體都可以被微生物分解利用。藻類可吸收重金屬以減少其對(duì)微生物的毒害，還可促進(jìn)微生物的礦化作用，通過改變價(jià)態(tài)降低金屬元素的毒性。另一方面，微生物在菌藻共生系統(tǒng)中同樣對(duì)微藻有很大的影響：一是微生物可將藻類難以利用的多糖等復(fù)雜有機(jī)物分解生成二氧化碳和小分子物質(zhì)，為微藻的生長提供碳源；二是微生物可將含氮有機(jī)物通過氨化和硝化作用生成氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮，從而為藻類的生長提供無機(jī)氮源；三是細(xì)菌和微藻都能分泌多種酶類、糖肽類以及維生素等胞外產(chǎn)物，促進(jìn)藻類的生長。

然而，微生物和藻類在增殖過程中都會(huì)吸收利用環(huán)境中的營養(yǎng)物質(zhì)，如氮、磷等，如果環(huán)境中的營養(yǎng)物質(zhì)不能夠滿足微生物和藻類共同生長需要時(shí)，微生物和藻類就會(huì)產(chǎn)生對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的相互競爭。同時(shí)，在黑暗環(huán)境中藻類的呼吸作用也會(huì)吸收環(huán)境中的氧氣，從而與微生物產(chǎn)生對(duì)氧氣的競爭。此外，藻類能夠產(chǎn)生抑制微生物生長或毒害微生物的廣譜或特殊抗生物活性物質(zhì)——藻毒素和一些胞外分泌物例如溶解態(tài)的氨基酸、抗生素類物質(zhì)可能對(duì)微生物和病原菌也可產(chǎn)生抑制或毒害作用。另一方面，某些微生物可釋放微生物毒素抑制藻細(xì)胞生長，甚至裂解藻細(xì)胞，表現(xiàn)出殺藻效應(yīng)。

微生物與藻細(xì)胞的直接接觸，釋放可溶解纖維素酶溶解藻細(xì)胞的細(xì)胞壁，然后溶解整個(gè)藻細(xì)胞。另外微生物在生長過程中會(huì)釋放特異性或非特異性化感物質(zhì)，這些化感物質(zhì)可通過阻斷呼吸鏈、抑制細(xì)胞壁合成等抑制藻細(xì)胞的生長，甚至溶解藻細(xì)胞，造成共生系統(tǒng)的破壞，從而影響整個(gè)共生系統(tǒng)的污水凈化效果。

因此，如何解決在環(huán)境中的營養(yǎng)物質(zhì)不能夠滿足微生物和藻類共同生長需要時(shí)產(chǎn)生的相互競爭問題，避免藻菌直接接觸造成的相互抑制生長缺陷，又不影響微生物和藻類各自生長，即既避免直接接觸造成的相互競爭制約，又能使藻菌共生系統(tǒng)充分發(fā)揮其高效去除污染的優(yōu)勢(shì)，成為藻菌共生系統(tǒng)高效大規(guī)模應(yīng)用于污水處理的技術(shù)難點(diǎn)。

針對(duì)目前利用藻菌共生系統(tǒng)都是將微生物和藻細(xì)胞進(jìn)行直接接觸包被造成應(yīng)用范圍的制約，本發(fā)明應(yīng)運(yùn)而生。

【發(fā)明內(nèi)容】