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    江蘇銘盛環境

    微藻污水處置技術在污水處理的應用研究

    文章出處:未知發表時間:2021-12-08 13:38:16


     

    圖片4 

     

      隨著我國社會經濟的開展,污水排放量日益增加招致水污染問題日益嚴重,加劇了水資源的短缺。不同類型的污水性質各異,處置不當易對環境形成嚴重污染。例如,食品廠廢水、生活污水以及沼液等污水中含有大量氮、磷等營養物質,處置不當易形成水體富營養化。印染廢水中含有的有毒染料,冶金廠、電鍍廠等廢水中含有的金屬離子以及制藥廢水中含有的有毒物質都會對環境形成不同水平的污染。傳統的污水處置法主要有物理法、化學法和生物法。物理法和化學法固然能夠有效去除污水中的顆粒物,但是處置本錢高,易惹起二次污染,且對氮、磷等營養物質的去除效果差。傳統的生物法能夠有效降低污水的COD,但對氮、磷等營養物質去除效果差,且產生大量低價值的活性污泥。相關于傳統的污水處置辦法,微藻能夠有效去除多種污水中的氮、磷及金屬離子,并耐受一定的有毒物質,可處置的污水范圍極為普遍。對此,本文剖析了微藻污水處置的關鍵環節和研討現狀,包括微藻藻種的選擇、微藻污水處置體系、微藻對各類污水的處置才能及微藻回收等,總結了微藻污水處置技術的優缺陷,并對微藻污水處置的應用實行了瞻望。

     

      1、藻種的選擇

     

      與傳統陸地作物相比,微藻有著光合效率高、生長周期短以及對氨氮和金屬離子等污染物耐受力強等優點,可用于多品種型污水的處置。微藻品種繁多,不同藻種的污水處置才能差異很大,例如:Shanab等發現,相較于S.quadricauda,Ph.ambiguumHg2+、Pb2+、Cd2+3種金屬離子的耐受性較差。Mata等在最適培育條件下運用微藻Scenedesmusobliquus對已滅菌的合成啤酒廠廢水實行處置,發現對CODTN的最大去除率分別為57.5%20.8%,處置效果并不理想,還需求與其他辦法聯用。為此需求依據不同品種微藻的特性有針對性地對污水實行處置(1)。用于污水處置微藻的選用辦法普通有以下幾種:

     

      1)從原污水中挑選藻種。從原污水中挑選到的微藻對污水的耐受才能較強,通常不經馴化就對污水有較好的處置效果。程海翔從養豬廠廢水中別離得到的柵藻對恰當稀釋、滅菌后的養豬場沼液中NH3-N、TP、COD的去除率分別可到達98.2%、80.4%37.1%。Wen等運用從豬場沼液中別離到的一株小球藻(MBFJNU-1)對未稀釋的豬場沼液實行為期12d的處置,發現該藻可去除沼液中90.51%TN91.54%TP。

     

      2)運用小球藻和柵藻等耐受性強、污染物去除效果好的藻種。

     

      3)誘變。韓松芳等對斜生柵藻和蛋白核小球藻實行離子誘變,發現誘變后的斜生柵藻和蛋白核小球藻對經沉淀、過濾結合預處置的城市污水有較好的處置效果,兩者對城市污水中COD、NH3-N、TN、TP的去除率分別為86.4%81.8%、100%100%、94.3%94.9%、93.4%94.2%。

     

      2、微藻污水處置體系

     

      2.1 單一藻株實行污水處置

     

      為探求微藻污水處置的可行性,許多研討者運用單一藻株對污水實行處置并得到了較為理想的效果。姜紅鷹等運用小球藻處置6個不同濃度的模仿廢水,發現小球藻對模仿污水中NH3-N的去除率可到達80%,對PO3-4的最高去除率接近100%。簡恩光運用小球藻處置養豬沼液,發現沼液中COD、NH3-NTP的去除率分別可達77.61%、94.76%80.03%。He等運用小球藻對已滅菌的、不同濃度的城市污水實行為期14d的處置,發現小球藻能夠將ρ(NH3-N)<148mg/L污水中的NH3-N完整去除,也能夠完整去除污水中的P。運用單一藻株實行污水處置,固然能夠有效去除污水中的N、P等營養物質,但是對COD等污染物的去除并不理想,以至會呈現COD不降反升的狀況。另外,自然條件下的微藻難以堅持純種的培育狀態,需求糜費大量時間精神實行微藻的純化和保管。此外,運用單一藻株實行污水處置需求對污水實行消毒或滅菌,體系穩定性差,微藻極易因外來物種污染而死亡,對培育設備請求較高,不利于實踐應用。

     

    圖片5 

      2.2 多藻體系實行污水處置

     

      相較于運用單一藻株實行污水處置,多藻體系能夠經過微藻間的協同作用來補償運用單一藻株的缺乏。例如,多藻體系能夠進步對營養物質的吸收效率、加強對外界環境的抵御力等。Matamoros等發現,運用Chlorellasp.Scenedesmussp.2種微藻結合培育可勝利去除城市污水和合成污水中20%的卡馬西平。Hena等從奶牛場廢水中挑選出的微藻共生體能夠去除奶牛場廢水中98%以上的營養物質。但是多藻體系中微藻間可能也存在拮抗作用。BrH等研討發現,在由C.vulgarisP.subcapitata組成的微藻共生體中,C.vulgaris分泌的小球藻素會嚴重抑止P.subcapitata的生長。固然多藻體系對污水中污染物去除率更高,對外界環境的抵御力更強,但是需求進一步探求藻株間的互相關系才干構建出高效的多藻體系。

     

      2.3 運用菌藻共生體實行污水處置

     

      菌藻共生體通常由微藻和細菌間的自絮凝作用構成。這個體系分離了微藻和共生菌兩者的優點,可有效去除污水中的N、PCOD等污染物。BeltránRocha等選用的城市污水中的土著型菌藻共生體能夠去除二級城市污水中64%79%TN80%94%PO43-。Usha等運用2種柵藻在高效藻類塘(HRAP)中對濃度為60%的造紙廠工業廢水處理,發現該體系對COD、NO3--NPO43--P的去除率分別可到達75%、65%71.29%。細菌的品種和污染物的濃度對菌藻共生體的構建有較大影響。王亞潔在用微擬球藻處置城市生活污水時發現變形菌門和厚壁菌門是優勢菌。He等的研討標明,當污水中可溶性有機碳濃度>231mg/L時,細菌會抑止小球藻的生長等。此外,初始菌藻接種比對污水處置效果也有較大影響。蘇肖鈴發現,在短帶鞘藻和活性污泥構建的共生體系中,菌藻初始接種比為1∶1時對污水中NH3-NP的去除效果最好。Su等用從污水處置廠二次濾膜上挑選的微藻和活性污泥實行污水處置,發現當菌藻比為1∶5時污水中NP去除率最高,當菌藻比為5∶1時沉降性最好。菌藻共生體是一種較為有應用前景的污水處置手腕,相較于單藻和多藻處置體系,運用菌藻共生體處置污水對外界環境的耐受性更強,生物質沉降性好,處置本錢更低。但是目前對菌藻共生體的污水處置機制、群落構造以及細菌在共生體中所發揮的作用并不明白,有待進一步研討。

     

      3、微藻對不同類型污水的處置

     

      3.1 城市污水

     

      城市污水包括城市范圍內的生活污水、工業污水和徑流污水,其成分復雜,除含有生活污水中大量的N、P等營養物外,還含有少量工業污水中的有毒有害物質。目前,許多研討曾經嘗試用微藻處置城市污水。涂仁杰等用小球藻在跑道池中對城市污水實行處置,發現小球藻能夠有效去除城市污水中的污染物,出水水質較為穩定且能到達國度排放規范。劉斌的實考證明,實驗室條件下培育的優勢微藻(主要是藍藻)可去除人工模仿城市污水處置廠二級出水及實踐城市污水處置廠二級出水中約60%TN和超越90%TP。Shen等將微藻Chlorellavulgaris和細菌Pseudomonasputida一同固定化可去除城市污水中97%COD100%NH3-NTP。相較于其他類型的污水,城市污水毒性較小,COD等污染物含量較低,易采用微藻處置。

     

      3.2 沼液

     

      沼液是秸稈、畜禽糞便等有機質經發酵后構成的褐色亮堂液體,其中以畜禽糞便發酵構成的沼液居多。近年來,隨著我國對畜禽產品的需求量不時增長,沼液排放量不時增加。固然厭氧發酵能夠去除養殖廢水中大局部有機物,但是出水沼液中COD及氮、磷等營養物質含量依然較高。為有效處理沼液污染問題,許多研討者嘗試用微藻實行沼液處置。王忠江等運用小球藻FACHB-5FACHB-8對未滅菌的秸稈發酵沼液與BG-11培育基混合成的污水實行處置,發現當秸稈發酵沼液含量分別為20%、30%、40%時,2種小球藻均可去除污水中90%以上的COD、96%以上的TN92%以上的TP。李巖等的研討證明,經過7d的培育,小球藻可去除未經稀釋的豬場沼液中85%NH3-N55%COD。Wang等將Scenedesmusobliquus與真菌共同培育,發現該體系對COD、TNTP的去除率分別為85.82%,83.31%84.26%。固然微藻能夠有效去除污水中的N、P等營養物質,但是由于沼液的可生化性差招致單純運用微藻對沼液COD的去除較差,因而需求與其他辦法聯用才干到達較好的管理效果。

     

      3.3 工業廢水

     

      工業廢水是指工業消費過程中產生的廢水或廢液,品種繁多且成分復雜。例如,啤酒廠廢水、醬油廠廢水以及乳制品廢水中含有較多的N、P等營養物質,電鍍廠、金屬冶煉廠等廢水中含有較多金屬離子,制藥廢水及印染廢水等污水中含有較多有毒物質等。隨著工業的快速開展,工業廢水排放的品種和數量不時增加,嚴重污染環境,要挾人類安康和平安,因而工業污水的管理顯得尤為重要。

     

      3.3.1 食品工業廢水

     

      在啤酒廠廢水、乳制品廢水等食品工業廢水中,有毒有害物質較少,有機物和懸浮物含量較高,易糜爛,富含N、P等營養物質,極易惹起水體富營養化。微藻能夠吸收污水中N、P等營養物質,并經過光協作用將其合成氨基酸、蛋白質、ATP及核酸等可用于本身生長代謝的化合物,從而完成對N、P的去除。目前,許多研討曾經證明微藻對食品工業廢水有較好的去除效果。Arora等將經過濾、抽濾預處置的乳制品廢水用于ChlamydomonasdebaryanaIITRIND3的培育,發現該微藻可去除乳制品廢水中87.56%COD、82.17%N78.57%P。Subramaniyam等的研討證明,Chlorellasp.MM3能夠將經過沉淀、過濾預處置的啤酒廠廢水中的N、P及有機物完整用于本身生長。Maza-Márquez等運用的菌藻共生體可去除橄欖油廠廢水中85.86%COD、94.84%的酚類物質和99.12%BOD等。但是某些食品工業廢水因色度、有機負荷較高而對微藻生長產生抑止,因而在用微藻處置這類污水時通常需求將其稀釋或與其他辦法聯用。

     

      3.3.2 含金屬離子的工業廢水

     

      電鍍廠、冶金廠等廢水中含有大量的金屬離子,這些金屬離子的存在對環境有極大的要挾。已有許多研討者嘗試用微藻去除污水中的金屬離子。Sarwa等研討發現,Scenedesmussp.MCC26對仿真膠廠廢水中Zn2+有最好的吸收效果,對Zn2+的吸收量可達142.85mg/g。韓冉等的研討標明,微藻FZUL-321對污水中Pb2+有較好的去除效果,在pH5、ρ(Pb2+)100mg/L及去除時間為40min的條件下,Pb2+的去除量為423.2×10-3mg/g。他們進一步經過傅里葉紅外光譜證明,微藻外表帶負電的氨基、羧基等官能團在處置前期參與Pb2+的沉淀吸附,經過X射線衍射證明微藻能夠經過一系列生化作用將離子態的Pb2+礦化為Pb5(PO4)3OH。Gao等運用小球藻構成的膜光合生物反響器對二級城市污水實行處置,發現該體系能夠去除污水中64.7%Cu2+、80.1%Zn2+、93.2%Al3+,并能完整去除Fe3+Mn2+。微藻對污水中金屬離子有著較好的去除效果,其去除機制主要包括:

     

      1)微藻的細胞壁主要由帶負電的多糖和碳水化合物組成,能夠在微藻細胞外表吸附大多數帶正電的金屬離子。

     

      2)生物富集。微藻可將金屬離子吸收或者貯存在液泡中,但這個過程只能在活的微藻細胞中實行。

     

      3)活體微藻在細胞外將重金屬積聚或沉淀等。微藻不只能夠有效去除污水中的金屬離子,還能夠對金屬離子實行回收。但假如污水中金屬離子含量過高也會對微藻生長產生抑止,且不同品種微藻對金屬離子的耐受性也存在差別。

     

      3.3.3 含有毒物質的工業廢水

     

      某些工業廢水中含有大量有毒物質,例如,制藥廢水中含有大量非固醇類抗炎藥、布洛芬、氯芬酸、抗生素等藥物活性物質,染料廢水中含有大量合成染料等。許多研討標明,固然污水中較高濃度的有毒物質會對微藻生長產生抑止,但是較低濃度的有毒物質能夠經過微藻有效去除??R西平是微藻生物修復制藥廢水時研討較多的一種藥物。Xiong等運用ChlamydomonasmexicanaScenedesmusobliquus2種藻對含卡馬西平的廢水實行生物修復,發現C.mexicanaS.obliquus2種藻對卡馬西平的最大生物降解率分別為35%28%。除卡馬西平外,印染廢水中的染料也是污水中對環境污染較大的一類有毒物質。相關研討標明,Chlorellasp.Oscillatoriasp.能夠降解30多種偶氮染料。Caulerpalentillifera能夠經過生物吸收去除AstrazonBlueFGRL(AB)、AstrazonRedGTLN(AR)methyleneblue(MB)3種根本染料。Spirulinaplatensis能夠去除模仿紡織工業廢水中94.4%99.0%的活性紅120染料等。目前,已知的微藻對污水中有毒物質去除機理主要有以下2點:

     

      1)微藻的比外表積大,吸附容量高,能夠有效吸附污水中的染料等毒性物質。

     

      2)微藻細胞能夠將污水中染料等有毒物質實行生物轉化或者降解。但是當前,微藻對污水中有毒物質去除的機制仍待進一步研討。

     

      4、微藻的回收

     

      微藻能夠在有效處置多種污水的同時實行生物質回收,且微藻若不經回收直接排放到外界水體也可能會對環境形成嚴重污染,因而污水處置后有必要對微藻實行回收。微藻個體較小,難以搜集,目前懸浮藻搜集辦法主要有化學絮凝、自絮凝和生物絮凝、重力沉降、離心、電絮凝、過濾、浮選等,但是這些辦法的回收本錢依然較高。為減少微藻回收本錢,運用微藻膜、固定化技術和菌藻共生體實行污水處置是較為有效的辦法。微藻膜和固定化微藻在有效處置污水的同時能夠對微藻實行富集。在菌藻共生體中,共生菌的存在能夠促進微藻的絮凝,從而降低回收本錢。相關研討標明,共生菌能夠增加絮凝體的體積從而使小球藻沉降。在氮饑餓培育條件下,共生菌是微藻完成顆?;年P鍵要素。此外,Su等的實驗結果也標明,用于城市污水處置的菌藻共生體的沉降率可在20min內達99%以上。

     

      5、結論與瞻望

     

      微藻對城市污水、養殖廢水及工業廢水等多品種型的污水均表現出較好的處置效果,是較有開展前景的污水處置手腕。

     

      微藻污水處置主要有以下優點:

     

      1)微藻處置污水類型普遍,無論是城市生活污水、養殖廢水還是工業污水都可采用微藻實行處置。

     

      2)當污染物濃度在微藻耐受范圍內時,污水中N、P、金屬離子、有毒物質等污染物能夠得到有效去除。

     

      但是當前運用微藻污水處置還存在一定的問題:

     

      1)微藻對污水中COD的去除效果較差,即便是在大多菌藻共生體系中對COD的處置效果也不理想。

     

      2)經污水培育后的微藻回收本錢較高,極大限制了該技術的應用。

     

      3)對一些新興的微藻污水處置技術研討不夠透徹。例如,菌藻共生體的群落構造和污染物去除機制、微藻固定化的條件等方面還不分明。

     


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