| 曾慧卿,刘强,肖丛亮,郭远涛,孙盛进,辛佳期,李昆.响应面法优化藻菌共生体系深度处理畜禽养殖废水工艺研究[J].农业环境科学学报,2020,39(6):1368-1379. |
| 响应面法优化藻菌共生体系深度处理畜禽养殖废水工艺研究 |
| Optimization of microalgae-bacteria symbiosis system for the advanced treatment of livestock wastewater using response surface methodology |
| 投稿时间：2019-11-23 |
| DOI：10.11654/jaes.2019-1293 |
| 中文关键词: 污水深度处理 畜禽养殖废水 藻菌共生 营养盐回收 响应面法 |
| 英文关键词: advanced wastewater treatment livestock wastewater microalgae-bacteria symbiosis nutrient salts recovery response surface methodology |
| 基金项目:国家自然科学基金项目（51768043）；中国博士后科学基金项目（2017M622106）；江西省青年科学基金项目（20171BAB216037）；江西省教育厅科研基金项目（GJJ160214） |
| 作者 | 单位 | E-mail | | 曾慧卿 | 南昌大学资源环境与化学工程学院, 鄱阳湖环境与资源利用教育部重点试验室, 南昌 330038 | | | 刘强 | 南昌大学资源环境与化学工程学院, 鄱阳湖环境与资源利用教育部重点试验室, 南昌 330038 | | | 肖丛亮 | 南昌大学资源环境与化学工程学院, 鄱阳湖环境与资源利用教育部重点试验室, 南昌 330038 | | | 郭远涛 | 南昌大学资源环境与化学工程学院, 鄱阳湖环境与资源利用教育部重点试验室, 南昌 330038 | | | 孙盛进 | 南昌大学资源环境与化学工程学院, 鄱阳湖环境与资源利用教育部重点试验室, 南昌 330038 | | | 辛佳期 | 南昌大学资源环境与化学工程学院, 鄱阳湖环境与资源利用教育部重点试验室, 南昌 330038 | | | 李昆 | 南昌大学资源环境与化学工程学院, 鄱阳湖环境与资源利用教育部重点试验室, 南昌 330038 | kunli@ncu.edu.cn |
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| 中文摘要: |
| 为优化微藻-细菌共生体系对畜禽养殖废水中碳氮磷去除的参数条件，利用响应面分析法（Response surface methodology，RSM）中的Box-Behnken中心组合设计（BBC），以接种比例、曝气量以及初始氨氮浓度为试验变量，以污染物去除率为响应值开展试验。响应面分析结果表明，对于COD去除的最佳条件为：活性污泥与微藻接种比例为6.0（m/m）、曝气量2.0 L·min-1、初始氨氮浓度750 mg·L-1，此时COD去除率达92%以上。对于总氮（Total nitrogen，TN）的去除，当接种比例5.0（m/m）、曝气量1.5 L·min-1、初始氨氮浓度750 mg·L-1时，其去除率可达最大值（53%）。而对于磷酸盐的去除，当接种比例6.0（m/m）、曝气量1.5 L·min-1、初始氨氮浓度600 mg·L-1时，试验前96 h内便可达到100%的去除率。进一步对生物量检测发现，初始条件分别为曝气量1.5 L·min-1、初始氨氮浓度900 mg·L-1、接种比例4.0（m/m）或曝气量1.0 L·min-1、初始氨氮浓度750 mg·L-1、接种比例4.0（m/m）时，微藻生物量产量最高，可达到1.63~1.64 g·L-1。研究表明，通过响应面法可以优化藻菌共生体系对畜禽养殖废水的处理工艺。对于不同的目标污染物，具有不同的最优参数组合。综合考虑各因素对各目标污染物去除效果的影响，可以选择废水处理工艺最优参数组合。通过回收在废水处理过程中生长的藻菌共生体用于后续生物质利用，可实现良好的经济价值，提高该工艺在污水深度处理中的应用前景。 |
| 英文摘要: |
| In order to achieve the optimized parameters for nutrient removal from livestock wastewater using the microalgae-bacteria symbiosis system, the Box-Behnken central combination design(BBC)of response surface methodology(RSM)was used. The selected experimental variables were inoculation proportion(IP), aeration rate(AR), and initial ammonium nitrogen(NH4+-N)concentration and the response value was pollutant removal efficiency(RE). The results of RSM showed that the optimal conditions for chemical oxygen demand (COD)removal were:activated sludge to microalgae IP at 6.0(m/m), AR at 2.0 L·min-1 and initial NH4+-N concentration of 750 mg·L-1 with the highest COD RE over 92%. For total nitrogen(TN)removal, the best RE of 53% was achieved when IP was 5.0 (m/m), AR was 1.5 L·min-1, and initial NH4+-N concentration was 750 mg·L-1. For phosphate removal, the RE reached 100% in 96 h with the IP at 6.0, the AR at 1.5 L·min-1, and the initial NH4+-N concentration of 600 mg·L-1. Further testing on biomass production showed that the highest yield of microalgae(1.63~1.64 g·L-1)was achieved with AR at 1.5 L·min-1, initial NH4+-N concentration of 900 mg·L-1, and IP at 4.0(m/m)or AR at 1.0 L·min-1, initial NH4+-N concentration of 750 mg·L-1, and IP at 4.0 (m/m). The results showed that RSM could be utilized for the optimization of livestock wastewater treatment by the microalgae-bacteria symbiosis system. There were different optimal parameter combinations for different targeted pollutants. Considering all parameters that influence the pollutant REs, the optimized parameter combination can be selected. The microalgae-bacteria consortia harvested from the wastewater treatment process can be further utilized as biomass resources, which will bring good economic value and further raise the application prospects of the process. |
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