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        江苏铭盛环境

        微藻污水处置技术在污水处理的应用研究

        文章出处:未知发表时间:2021-12-08 13:38:16


         

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          随着我国社会经济的开展,污水排放量日益增加招致水污染问题日益严重,加剧了水资源的短缺。不同类型的污水性质各异,处置不当易对环境形成严重污染。例如,食品厂废水、生活污水以及沼液等污水中含有大量氮、磷等营养物质,处置不当易形成水体富营养化。印染废水中含有的有毒染料,冶金厂、电镀厂等废水中含有的金属离子以及制药废水中含有的有毒物质都会对环境形成不同水平的污染。传统的污水处置法主要有物理法、化学法和生物法。物理法和化学法固然能够有效去除污水中的颗粒物,但是处置本钱高,易惹起二次污染,且对氮、磷等营养物质的去除效果差。传统的生物法能够有效降低污水的COD,但对氮、磷等营养物质去除效果差,且产生大量低价值的活性污泥。相关于传统的污水处置办法,微藻能够有效去除多种污水中的氮、磷及金属离子,并耐受一定的有毒物质,可处置的污水范围极为普遍。对此,本文剖析了微藻污水处置的关键环节和研讨现状,包括微藻藻种的选择、微藻污水处置体系、微藻对各类污水的处置才能及微藻回收等,总结了微藻污水处置技术的优缺陷,并对微藻污水处置的应用实行了瞻望。

         

          1、藻种的选择

         

          与传统陆地作物相比,微藻有着光合效率高、生长周期短以及对氨氮和金属离子等污染物耐受力强等优点,可用于多品种型污水的处置。微藻品种繁多,不同藻种的污水处置才能差异很大,例如:Shanab等发现,相较于S.quadricaudaPh.ambiguumHg2+Pb2+Cd2+3种金属离子的耐受性较差。Mata等在最适培育条件下运用微藻Scenedesmusobliquus对已灭菌的合成啤酒厂废水实行处置,发现对CODTN的最大去除率分别为57.5%20.8%,处置效果并不理想,还需求与其他办法联用。为此需求依据不同品种微藻的特性有针对性地对污水实行处置(1)。用于污水处置微藻的选用办法普通有以下几种:

         

          1)从原污水中挑选藻种。从原污水中挑选到的微藻对污水的耐受才能较强,通常不经驯化就对污水有较好的处置效果。程海翔从养猪厂废水中别离得到的栅藻对恰当稀释、灭菌后的养猪场沼液中NH3-NTPCOD的去除率分别可到达98.2%80.4%37.1%Wen等运用从猪场沼液中别离到的一株小球藻(MBFJNU-1)对未稀释的猪场沼液实行为期12d的处置,发现该藻可去除沼液中90.51%TN91.54%TP

         

          2)运用小球藻和栅藻等耐受性强、污染物去除效果好的藻种。

         

          3)诱变。韩松芳等对斜生栅藻和蛋白核小球藻实行离子诱变,发现诱变后的斜生栅藻和蛋白核小球藻对经沉淀、过滤结合预处置的城市污水有较好的处置效果,两者对城市污水中CODNH3-NTNTP的去除率分别为86.4%81.8%100%100%94.3%94.9%93.4%94.2%

         

          2、微藻污水处置体系

         

          2.1 单一藻株实行污水处置

         

          为探求微藻污水处置的可行性,许多研讨者运用单一藻株对污水实行处置并得到了较为理想的效果。姜红鹰等运用小球藻处置6个不同浓度的模仿废水,发现小球藻对模仿污水中NH3-N的去除率可到达80%,对PO3-4的最高去除率接近100%。简恩光运用小球藻处置养猪沼液,发现沼液中CODNH3-NTP的去除率分别可达77.61%94.76%80.03%He等运用小球藻对已灭菌的、不同浓度的城市污水实行为期14d的处置,发现小球藻能够将ρ(NH3-N)<148mg/L污水中的NH3-N完整去除,也能够完整去除污水中的P。运用单一藻株实行污水处置,固然能够有效去除污水中的NP等营养物质,但是对COD等污染物的去除并不理想,以至会呈现COD不降反升的状况。另外,自然条件下的微藻难以坚持纯种的培育状态,需求糜费大量时间精神实行微藻的纯化和保管。此外,运用单一藻株实行污水处置需求对污水实行消毒或灭菌,体系稳定性差,微藻极易因外来物种污染而死亡,对培育设备请求较高,不利于实践应用。

         

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          2.2 多藻体系实行污水处置

         

          相较于运用单一藻株实行污水处置,多藻体系能够经过微藻间的协同作用来补偿运用单一藻株的缺乏。例如,多藻体系能够进步对营养物质的吸收效率、加强对外界环境的抵御力等。Matamoros等发现,运用Chlorellasp.Scenedesmussp.2种微藻结合培育可胜利去除城市污水和合成污水中20%的卡马西平。Hena等从奶牛场废水中挑选出的微藻共生体能够去除奶牛场废水中98%以上的营养物质。但是多藻体系中微藻间可能也存在拮抗作用。BrH等研讨发现,在由C.vulgarisP.subcapitata组成的微藻共生体中,C.vulgaris分泌的小球藻素会严重抑止P.subcapitata的生长。固然多藻体系对污水中污染物去除率更高,对外界环境的抵御力更强,但是需求进一步探求藻株间的互相关系才干构建出高效的多藻体系。

         

          2.3 运用菌藻共生体实行污水处置

         

          菌藻共生体通常由微藻和细菌间的自絮凝作用构成。这个体系分离了微藻和共生菌两者的优点,可有效去除污水中的NPCOD等污染物。BeltránRocha等选用的城市污水中的土著型菌藻共生体能够去除二级城市污水中64%79%TN80%94%PO43-Usha等运用2种栅藻在高效藻类塘(HRAP)中对浓度为60%的造纸厂工业废水处理,发现该体系对CODNO3--NPO43--P的去除率分别可到达75%65%71.29%。细菌的品种和污染物的浓度对菌藻共生体的构建有较大影响。王亚洁在用微拟球藻处置城市生活污水时发现变形菌门和厚壁菌门是优势菌。He等的研讨标明,当污水中可溶性有机碳浓度>231mg/L时,细菌会抑止小球藻的生长等。此外,初始菌藻接种比对污水处置效果也有较大影响。苏肖铃发现,在短带鞘藻和活性污泥构建的共生体系中,菌藻初始接种比为1∶1时对污水中NH3-NP的去除效果最好。Su等用从污水处置厂二次滤膜上挑选的微藻和活性污泥实行污水处置,发现当菌藻比为1∶5时污水中NP去除率最高,当菌藻比为5∶1时沉降性最好。菌藻共生体是一种较为有应用前景的污水处置手腕,相较于单藻和多藻处置体系,运用菌藻共生体处置污水对外界环境的耐受性更强,生物质沉降性好,处置本钱更低。但是目前对菌藻共生体的污水处置机制、群落构造以及细菌在共生体中所发挥的作用并不明白,有待进一步研讨。

         

          3、微藻对不同类型污水的处置

         

          3.1 城市污水

         

          城市污水包括城市范围内的生活污水、工业污水和径流污水,其成分复杂,除含有生活污水中大量的NP等营养物外,还含有少量工业污水中的有毒有害物质。目前,许多研讨曾经尝试用微藻处置城市污水。涂仁杰等用小球藻在跑道池中对城市污水实行处置,发现小球藻能够有效去除城市污水中的污染物,出水水质较为稳定且能到达国度排放规范。刘斌的实考证明,实验室条件下培育的优势微藻(主要是蓝藻)可去除人工模仿城市污水处置厂二级出水及实践城市污水处置厂二级出水中约60%TN和超越90%TPShen等将微藻Chlorellavulgaris和细菌Pseudomonasputida一同固定化可去除城市污水中97%COD100%NH3-NTP。相较于其他类型的污水,城市污水毒性较小,COD等污染物含量较低,易采用微藻处置。

         

          3.2 沼液

         

          沼液是秸秆、畜禽粪便等有机质经发酵后构成的褐色亮堂液体,其中以畜禽粪便发酵构成的沼液居多。近年来,随着我国对畜禽产品的需求量不时增长,沼液排放量不时增加。固然厌氧发酵能够去除养殖废水中大局部有机物,但是出水沼液中COD及氮、磷等营养物质含量依然较高。为有效处理沼液污染问题,许多研讨者尝试用微藻实行沼液处置。王忠江等运用小球藻FACHB-5FACHB-8对未灭菌的秸秆发酵沼液与BG-11培育基混合成的污水实行处置,发现当秸秆发酵沼液含量分别为20%30%40%时,2种小球藻均可去除污水中90%以上的COD96%以上的TN92%以上的TP。李岩等的研讨证明,经过7d的培育,小球藻可去除未经稀释的猪场沼液中85%NH3-N55%CODWang等将Scenedesmusobliquus与真菌共同培育,发现该体系对CODTNTP的去除率分别为85.82%83.31%84.26%。固然微藻能够有效去除污水中的NP等营养物质,但是由于沼液的可生化性差招致单纯运用微藻对沼液COD的去除较差,因而需求与其他办法联用才干到达较好的管理效果。

         

          3.3 工业废水

         

          工业废水是指工业消费过程中产生的废水或废液,品种繁多且成分复杂。例如,啤酒厂废水、酱油厂废水以及乳制品废水中含有较多的NP等营养物质,电镀厂、金属冶炼厂等废水中含有较多金属离子,制药废水及印染废水等污水中含有较多有毒物质等。随着工业的快速开展,工业废水排放的品种和数量不时增加,严重污染环境,要挟人类安康和平安,因而工业污水的管理显得尤为重要。

         

          3.3.1 食品工业废水

         

          在啤酒厂废水、乳制品废水等食品工业废水中,有毒有害物质较少,有机物和悬浮物含量较高,易糜烂,富含NP等营养物质,极易惹起水体富营养化。微藻能够吸收污水中NP等营养物质,并经过光协作用将其合成氨基酸、蛋白质、ATP及核酸等可用于本身生长代谢的化合物,从而完成对NP的去除。目前,许多研讨曾经证明微藻对食品工业废水有较好的去除效果。Arora等将经过滤、抽滤预处置的乳制品废水用于ChlamydomonasdebaryanaIITRIND3的培育,发现该微藻可去除乳制品废水中87.56%COD82.17%N78.57%PSubramaniyam等的研讨证明,Chlorellasp.MM3能够将经过沉淀、过滤预处置的啤酒厂废水中的NP及有机物完整用于本身生长。Maza-Márquez等运用的菌藻共生体可去除橄榄油厂废水中85.86%COD94.84%的酚类物质和99.12%BOD等。但是某些食品工业废水因色度、有机负荷较高而对微藻生长产生抑止,因而在用微藻处置这类污水时通常需求将其稀释或与其他办法联用。

         

          3.3.2 含金属离子的工业废水

         

          电镀厂、冶金厂等废水中含有大量的金属离子,这些金属离子的存在对环境有极大的要挟。已有许多研讨者尝试用微藻去除污水中的金属离子。Sarwa等研讨发现,Scenedesmussp.MCC26对仿真胶厂废水中Zn2+有最好的吸收效果,对Zn2+的吸收量可达142.85mg/g。韩冉等的研讨标明,微藻FZUL-321对污水中Pb2+有较好的去除效果,在pH5ρ(Pb2+)100mg/L及去除时间为40min的条件下,Pb2+的去除量为423.2×10-3mg/g。他们进一步经过傅里叶红外光谱证明,微藻外表带负电的氨基、羧基等官能团在处置前期参与Pb2+的沉淀吸附,经过X射线衍射证明微藻能够经过一系列生化作用将离子态的Pb2+矿化为Pb5(PO4)3OHGao等运用小球藻构成的膜光合生物反响器对二级城市污水实行处置,发现该体系能够去除污水中64.7%Cu2+80.1%Zn2+93.2%Al3+,并能完整去除Fe3+Mn2+。微藻对污水中金属离子有着较好的去除效果,其去除机制主要包括:

         

          1)微藻的细胞壁主要由带负电的多糖和碳水化合物组成,能够在微藻细胞外表吸附大多数带正电的金属离子。

         

          2)生物富集。微藻可将金属离子吸收或者贮存在液泡中,但这个过程只能在活的微藻细胞中实行

         

          3)活体微藻在细胞外将重金属积聚或沉淀等。微藻不只能够有效去除污水中的金属离子,还能够对金属离子实行回收。但假如污水中金属离子含量过高也会对微藻生长产生抑止,且不同品种微藻对金属离子的耐受性也存在差别。

         

          3.3.3 含有毒物质的工业废水

         

          某些工业废水中含有大量有毒物质,例如,制药废水中含有大量非固醇类抗炎药、布洛芬、氯芬酸、抗生素等药物活性物质,染料废水中含有大量合成染料等。许多研讨标明,固然污水中较高浓度的有毒物质会对微藻生长产生抑止,但是较低浓度的有毒物质能够经过微藻有效去除。卡马西平是微藻生物修复制药废水时研讨较多的一种药物。Xiong等运用ChlamydomonasmexicanaScenedesmusobliquus2种藻对含卡马西平的废水实行生物修复,发现C.mexicanaS.obliquus2种藻对卡马西平的最大生物降解率分别为35%28%。除卡马西平外,印染废水中的染料也是污水中对环境污染较大的一类有毒物质。相关研讨标明,Chlorellasp.Oscillatoriasp.能够降解30多种偶氮染料。Caulerpalentillifera能够经过生物吸收去除AstrazonBlueFGRL(AB)AstrazonRedGTLN(AR)methyleneblue(MB)3种根本染料。Spirulinaplatensis能够去除模仿纺织工业废水中94.4%99.0%的活性红120染料等。目前,已知的微藻对污水中有毒物质去除机理主要有以下2点:

         

          1)微藻的比外表积大,吸附容量高,能够有效吸附污水中的染料等毒性物质。

         

          2)微藻细胞能够将污水中染料等有毒物质实行生物转化或者降解。但是当前,微藻对污水中有毒物质去除的机制仍待进一步研讨。

         

          4、微藻的回收

         

          微藻能够在有效处置多种污水的同时实行生物质回收,且微藻若不经回收直接排放到外界水体也可能会对环境形成严重污染,因而污水处置后有必要对微藻实行回收。微藻个体较小,难以搜集,目前悬浮藻搜集办法主要有化学絮凝、自絮凝和生物絮凝、重力沉降、离心、电絮凝、过滤、浮选等,但是这些办法的回收本钱依然较高。为减少微藻回收本钱,运用微藻膜、固定化技术和菌藻共生体实行污水处置是较为有效的办法。微藻膜和固定化微藻在有效处置污水的同时能够对微藻实行富集。在菌藻共生体中,共生菌的存在能够促进微藻的絮凝,从而降低回收本钱。相关研讨标明,共生菌能够增加絮凝体的体积从而使小球藻沉降。在氮饥饿培育条件下,共生菌是微藻完成颗粒化的关键要素。此外,Su等的实验结果也标明,用于城市污水处置的菌藻共生体的沉降率可在20min内达99%以上。

         

          5、结论与瞻望

         

          微藻对城市污水、养殖废水及工业废水等多品种型的污水均表现出较好的处置效果,是较有开展前景的污水处置手腕。

         

          微藻污水处置主要有以下优点:

         

          1)微藻处置污水类型普遍,无论是城市生活污水、养殖废水还是工业污水都可采用微藻实行处置。

         

          2)当污染物浓度在微藻耐受范围内时,污水中NP、金属离子、有毒物质等污染物能够得到有效去除。

         

          但是当前运用微藻污水处置还存在一定的问题:

         

          1)微藻对污水中COD的去除效果较差,即便是在大多菌藻共生体系中对COD的处置效果也不理想。

         

          2)经污水培育后的微藻回收本钱较高,极大限制了该技术的应用。

         

          3)对一些新兴的微藻污水处置技术研讨不够透彻。例如,菌藻共生体的群落构造和污染物去除机制、微藻固定化的条件等方面还不分明。

         


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