污水處理中藻類的相關(guān)問題

一、藻類在污水處理中的應(yīng)用

藻類是自養(yǎng)型生物，生長對廢水中營養(yǎng)要求較低，可利用氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)合成復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)。

藻類細(xì)胞具有富集金屬的能力，對一些金屬離子如Zn、Hg、Cd、Cu、U、Pb等金屬離子的富集可達(dá)幾千倍,并且由于其生長速度快，代謝迅速，吸附快,所以凈化效率高。

污水處理中的藻類還可用于提取多種有價值的天然產(chǎn)物。

圖為:農(nóng)莊式藻類生產(chǎn)體系

二、藻類去除氮磷的原理

藻類細(xì)胞能利用無機(jī)氮和有機(jī)氮化合物作為氮源，硝酸鹽、亞硝酸鹽和銨鹽可以用于合成氨基酸和蛋白質(zhì);

磷酸鹽被藻細(xì)胞吸收，并通過多種磷酸化途徑轉(zhuǎn)化成ATP、磷脂等有機(jī)物。

三、藻類去除重金屬的原理

藻類細(xì)胞壁和真菌細(xì)胞壁相似，也是多層纖維結(jié).構(gòu)，其組成一般都含有纖維素和果膠質(zhì)以及藻酸銨巖藻多糖和聚半乳糖硫酸酯等，它們可提供氨基、酰胺基、醛基羥基、硫醇等功能團(tuán)與金屬結(jié)合形成締合物或絡(luò)合物，附著群體細(xì)胞的外膠上被改變形態(tài)，從而降低污水中游離態(tài)的Pb、Zn的含量，實現(xiàn)解毒功能。

重金屬與藻細(xì)胞表面的負(fù)電荷反應(yīng)點(一般為多糖類)的結(jié)合發(fā)生吸附，在整個吸收過程中，累積重金屬的量只占總吸收量的10%~20%，而生物吸附的量則占80%~90%，生物吸附為吸收的主要途徑。

圖為:藻類生物吸收重金屬的主要途徑

四、常用于污水處理的藻類

螺旋藻

適用于:廢水處理方面應(yīng)用廣泛

優(yōu)點:

(1) 可絮凝，降低收獲成本;

(2)在氮源充足的條件下，藻細(xì)胞中蛋白質(zhì)含量高{60%~70%干質(zhì)量};

(3)可作為哺乳動物的飼料;

(4) 高價值化合物(如多聚不飽和脂肪酸)含量高;

(5)多聚糖含量高，可作為重金屬的生物吸附劑;

(6) 可在高pH條件下生長;

(7) -些藻種可在高濃度的NH3-N下生長;

 (8) 一些藻種可在異養(yǎng)或兼養(yǎng)條件下生長。

席藻

適用于:處理低溫、高溫廢水

優(yōu)點:

(1) 可在低于10 C的條件下去除營養(yǎng)元素;

(2)在30°C左右亦可處理廢水;

(3) 沉淀速度快。

小球藻

適用于:處理含高濃度有機(jī)酸的綜合廢水

優(yōu)點:

可在好氧、黑暗、異養(yǎng)條件下高效去除營養(yǎng)元素;

與螺旋藻結(jié)合，可去除綜合廢水中所有營養(yǎng)元素。

葡萄藻

適用于:處理一般二級處理出水

優(yōu)點:

可在二級處理出水的序批連續(xù)培養(yǎng)基中生長;

碳?xì)浠衔锖繛?/span>40%~>53%，(干質(zhì)量)

柵藻

適用于:處理二級出水

優(yōu)點:生長速率快，去除氮磷效率高，部分藻種自沉降性能好。

微綠球藻

適用于:處理二級出水

優(yōu)點:對氮磷去除效率較高。

五、應(yīng)用藻類處理污水的主要類型一-- -穩(wěn)定塘

穩(wěn)定塘又名氧化塘或生物塘，是一種利用水塘中的微生物和藻類對污水和有機(jī)廢水進(jìn)行生物處理的方法。生物塘法的基本原理是通過水塘中的“藻菌共生系統(tǒng)”進(jìn)行廢水凈化，其與自然水體的自凈過程相似，是一種利用天然凈化能力處理污水的生物處理設(shè)施。

圖為:藻菌共生系統(tǒng)

穩(wěn)定塘多用于小型污水處理，在特別是在缺水干旱且土地資源豐富地區(qū)，穩(wěn)定塘是實施污水資源化利用的有效方法。

六、穩(wěn)定塘的流程組合

穩(wěn)定塘的流程組合依當(dāng)?shù)貤l件和處理要求不同而異，下圖為幾種典型的流程組合。

七、穩(wěn)定塘的優(yōu)缺點

穩(wěn)定 塘的優(yōu)點

■當(dāng)周邊有河道、 沼澤地、谷地可利用作物可直接作為穩(wěn)定塘，基建投資低。

■運行管理簡單，動力消耗低，運行費用較低，約為傳統(tǒng)二級處理廠的1/3~1/5。

■可進(jìn)行綜合利用實現(xiàn)污水資源化，將穩(wěn)定塘出水用于農(nóng)業(yè)灌溉，充分利用污水的水肥資源;養(yǎng)殖水生動物和植物，組成多級食物鏈的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。

穩(wěn)定塘的缺點

■占地面積大，沒有空閑余地時不宜采用。

■處理效果 受環(huán)境影響較大。

■設(shè)計不當(dāng)時， 可能形成二次污染如污染地下水、產(chǎn)生臭氧和滋生蚊蠅等。

八、好氧塘

好氧塘的深度較淺，陽光能透至塘底，全部塘水內(nèi)都含有溶解氧，塘內(nèi)菌藻共生，溶解氧主要是由藻類供給，好氧微生物起凈化污水作用。適用于氣候溫暖且陽光充足的地區(qū)。

好氧塘的生物菌種:九、厭氧塘厭氧塘的塘深2.5~6m，有機(jī)負(fù)荷高，且不設(shè)好氧區(qū)，全部塘水均無溶解氧，呈厭氧狀態(tài)，由厭氧微生物起凈化作用，凈化速度慢，污水在塘內(nèi)停留時間長，需20~50日。

十、兼性塘也稱作氧化塘，在生物塘中較為流行，其塘深一般為1.5~2.5m。

圖為:兼性塘反應(yīng)圖

十一、高負(fù)荷好氧塘-高速率藻塘(HRAP)

不同于傳統(tǒng)穩(wěn)定塘的特征主要表現(xiàn)在四方面:

①較淺的塘的深度，一般為0.3~0.6m，而傳統(tǒng)的穩(wěn)定塘的深度根據(jù)其類型，塘內(nèi)深度一般在0.5~2.0m;

②有一.垂直于塘內(nèi)廊道的連續(xù)攪拌的裝置;

③較短的停留時間，一般為4~10天左右看(冬季相對較長)，比一般的穩(wěn)定塘的停留時間短7~10倍;

④高效藻類塘的寬度較窄,且被分成幾個狹長的廊道.這樣的構(gòu)造可以很好地配合塘中的連續(xù)攪拌裝置,促進(jìn)污水的*混合,調(diào)節(jié)塘內(nèi)氧和CO2的濃度，均衡池內(nèi)水溫以及促進(jìn)氨氮的吹脫作用。

十二、曝氣塘十三、應(yīng)用藻類處理污水的主要類型一一生物膜

十四、藻類固定化技術(shù)

利用物理或化學(xué)手段將游離的藻類細(xì)胞定位于限定的空間區(qū)域，使其成為一種既保持本身代謝活性,又可在連續(xù)反應(yīng)后回收和反復(fù)利用的生物體系;

目前藻類的固定化技術(shù)主要有包埋法和吸附法

吸附法是依據(jù)帶電的微生物細(xì)胞和載體之間的靜電、表面張力和粘附力的作用，使微生物細(xì)胞固定在載體表面和內(nèi)部形成生物膜的方法。

吸附法可固定細(xì)胞量有限，固定的細(xì)胞易脫落;

包埋法是將微生物細(xì)胞截留在水不溶性的凝膠聚合物的網(wǎng)絡(luò)空間中，細(xì)胞和載體間沒有束縛，對微生物活性影響小，顆粒強(qiáng)度高。適合于大多數(shù)藻類的固定化，是目前應(yīng)用廣泛的藻類固定化方法;

包埋法固定化載體主要有聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、 海藻酸鈉、甲殼素等。海藻酸鈣(CA)和聚乙烯醇(PVA)凝膠機(jī)械強(qiáng)度和傳質(zhì)性能均較好，對生物無毒，且耐生物分解性良好, 是較為合適的固定化細(xì)胞載體。

優(yōu)點:

■藻細(xì)胞密度高

■反應(yīng)速度快

■去除效率高

■藻細(xì)胞易于收獲

■凈化后的水可再利用

■同藻類氧化塘相比，不僅有效地解決了氧化塘存在的缺點，而且也大大提高了系統(tǒng)的處理效率與出水水質(zhì)。

十五、藻種的選擇

不同種類的廢水污染物成分、含量皆不同，用單一的藻類處理一般很難達(dá)到要求。因此，就要根據(jù)不同的處理對象選擇優(yōu)良藻種，并深入探討其生理生化特性和凈化機(jī)制。對于復(fù)雜的污水體系，也可研究選擇多菌種或菌藻共生系統(tǒng)的混合固定化技術(shù)。

十六、藻類在水處理中的應(yīng)用---硅藻精土

硅藻遺骸沉積形成硅藻土。硅藻土經(jīng)過選礦，除去與其共生的粘土、石英砂、磷屑礦物等雜質(zhì)后，把硅藻富集到92%以.上的稱為精土。

十七、硅藻精土的作用

中和作用:靜電分離，不平衡電位，減弱膠體顆粒和帶電元素間的斥力;

過濾作用:去除水中的SS、COD、BOD、重金屬等污染物;

吸附作用:硅藻每克60m2具大的比表面積，具有較強(qiáng)的吸附力，把超細(xì)微粒物質(zhì)、色度、有毒有害物質(zhì)和氣味吸附到硅藻表面，下沉并與水體分離。

絮凝作用:硅藻精土處理劑由不導(dǎo)電非晶體二氧化硅的硅藻殼體和超導(dǎo)的硅藻納米微孔組成，可在硅藻表面形成不平衡電位和外墻電位。在水處理過程中，污染物被快速靜電聚合(物理絮凝)并沉淀;

載體作用: 1%濃度時，每立方米達(dá)60萬m2比表面積，用硅藻納米微孔作生物載體，微生物在硅藻巨大的比表面積.上繁殖。

硅藻具有自身脫水的功能，脫水時不加絮凝劑，污泥成餅狀裝袋，回收再利用，不會形成三次污染;

硅藻精土和活性炭使用方法一樣，但是無論是過濾效果，過濾速率和澄清度都要比活性炭高，并且用量要比活性炭少，綜合價格也比活性炭較便宜。

十八、藻類在水處理中的應(yīng)用- --指示藻類

藻類在不同的水體中具有特定組成和種類，它們的數(shù)量和種類的變化，并因此而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)和功能的變化反映了環(huán)境中水質(zhì)的變化。由此人們用它作為水質(zhì)監(jiān)測和評價的重要參數(shù)。

水體嚴(yán)重污染的指示藻:綠色裸藻(Euglenaviridis)、靜裸藻(E.caudata)、小顫藻(Oscillatoriatenuis) ;

 水體中度污染的指示藻:被甲柵藻(Scenedesmus armatus )四角盤星藻( Pediastrumtetras)、環(huán)綠藻( Ulothrixzonata) 、脆弱剛毛藻(Cladophora fracta)、 蜂巢席藻( Phormidium favo-sum) ;

清潔水體的指示藻:肘狀針桿藻(Synedra ulna)、簇生竹枝藻(Drapar naldia glomerata)等。

十九、藻類在水處理中的應(yīng)用-多樣性指數(shù)

Shannon -Weaver多樣性指數(shù)(H')

Margalef多樣性指數(shù)(d)

式中

S為群落中的總種數(shù);

N為觀察到的個體總數(shù)(隨樣本大小而增減) ;

D值是進(jìn)行水質(zhì)生物監(jiān)測和評價的重要參數(shù)，它能較為客觀地反映出水體污染狀態(tài)和水質(zhì)變化情況，即D值越低，污染越嚴(yán)重，反之，D值越高水質(zhì)越好。