[发明专利]一种双层包被结构藻菌共生系统及其应用

说明书

本发明公开了一种双层包被结构藻菌共生系统及其应用，该共生系统，包括内包被层和外包被层，内包被层内包被小球藻，外包被层和内包被层之间包被微生物菌液。应用于污水净化处理。本发明采用双层包被结构，利用改良后的凝胶膜特性，有效的隔离了微生物和藻细胞，且避免了直接接触造成的相互竞争制约，且又不影响微生物和藻类各自生长和生态功能，使藻菌共生系统充分发挥其去除污染优势。本发明持续作用时间长，操作简单，成本低，应用性强。

【技术领域】

本发明涉及一种双层包被结构藻菌共生系统及其应用，属于污水处理技术领域。

【背景技术】

近年来，由于经济的高速发展、人口的快速增长，工业化、城市化和农业的快速推进，大量营养元素(N、P等)及有机物污染物产生，造成严重的水污染环境问题。采用藻菌共生系统处理污水是一种高效的污水处理方式。20世纪50年代末，Oswald等报道了氧化塘中藻菌共生和藻类光合放氧等现象，提出了利用高效藻类塘处理污水的新工艺，随后许多学者对菌藻共生系统进行了基础理论和实际应用的研究。孟睿(2009)等采用正交法将不同比例的地衣芽孢杆菌、硝化细菌、月牙藻和四尾栅藻接种于养殖水中发现，菌藻体系能有效去除水体中的氮、磷污染物。当其体积配比为1:2:2:2时，氨氮、硝酸盐和总磷去除率分别为89％、98％和100％。Posadas等通过构建多种微藻和活性污泥组成的菌藻生物膜系统，有机碳、总氮和总磷的去除效率达到91％、70％、85％，处理效果显著高于活性污泥处理系统。

在利用藻类处理污水的技术中，菌藻共生系统具有较强的净化优势，但菌藻之间的关系较为复杂，研究菌藻共生系统的构建及其在污水中的应用较有意义。藻类与微生物之间互利共生关系，一方面，藻类通过光合作用向水体增氧以促进微生物进行好氧代谢，并大量消耗污水中的有机物，同时促进微生物氨化、硝化反应和有机磷矿化的进行。同时藻类作为光合自养生物，以光能为动力，将二氧化碳、水和无机营养盐(氮、磷等)同化成自身的有机物，藻类所分泌的有机物和死亡后的藻体都可以被微生物分解利用。藻类可吸收重金属以减少其对微生物的毒害，还可促进微生物的矿化作用，通过改变价态降低金属元素的毒性。另一方面，微生物在菌藻共生系统中同样对微藻有很大的影响：一是微生物可将藻类难以利用的多糖等复杂有机物分解生成二氧化碳和小分子物质，为微藻的生长提供碳源；二是微生物可将含氮有机物通过氨化和硝化作用生成氨氮、亚硝态氮和硝态氮，从而为藻类的生长提供无机氮源；三是细菌和微藻都能分泌多种酶类、糖肽类以及维生素等胞外产物，促进藻类的生长。

然而，微生物和藻类在增殖过程中都会吸收利用环境中的营养物质，如氮、磷等，如果环境中的营养物质不能够满足微生物和藻类共同生长需要时，微生物和藻类就会产生对营养物质的相互竞争。同时，在黑暗环境中藻类的呼吸作用也会吸收环境中的氧气，从而与微生物产生对氧气的竞争。此外，藻类能够产生抑制微生物生长或毒害微生物的广谱或特殊抗生物活性物质——藻毒素和一些胞外分泌物例如溶解态的氨基酸、抗生素类物质可能对微生物和病原菌也可产生抑制或毒害作用。另一方面，某些微生物可释放微生物毒素抑制藻细胞生长，甚至裂解藻细胞，表现出杀藻效应。

微生物与藻细胞的直接接触，释放可溶解纤维素酶溶解藻细胞的细胞壁，然后溶解整个藻细胞。另外微生物在生长过程中会释放特异性或非特异性化感物质，这些化感物质可通过阻断呼吸链、抑制细胞壁合成等抑制藻细胞的生长，甚至溶解藻细胞，造成共生系统的破坏，从而影响整个共生系统的污水净化效果。

因此，如何解决在环境中的营养物质不能够满足微生物和藻类共同生长需要时产生的相互竞争问题，避免藻菌直接接触造成的相互抑制生长缺陷，又不影响微生物和藻类各自生长，即既避免直接接触造成的相互竞争制约，又能使藻菌共生系统充分发挥其高效去除污染的优势，成为藻菌共生系统高效大规模应用于污水处理的技术难点。

针对目前利用藻菌共生系统都是将微生物和藻细胞进行直接接触包被造成应用范围的制约，本发明应运而生。

【发明内容】