污水處理中藻類的相關問題

一、藻類在污水處理中的應用

藻類是自養型生物，生長對廢水中營養要求較低，可利用氮、磷等營養物質合成復雜的有機質。

藻類細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物。

圖為:農莊式藻類生產體系

二、藻類去除氮磷的原理

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

磷酸鹽被藻細胞吸收，并通過多種磷酸化途徑轉化成ATP、磷脂等有機物。

三、藻類去除重金屬的原理

藻類細胞壁和真菌細胞壁相似，也是多層纖維結.構，其組成一般都含有纖維素和果膠質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、硫醇等功能團與金屬結合形成締合物或絡合物，附著群體細胞的外膠上被改變形態，從而降低污水中游離態的Pb、Zn的含量，實現解毒功能。

重金屬與藻細胞表面的負電荷反應點(一般為多糖類)的結合發生吸附，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:廢水處理方面應用廣泛

優點:

(1) 可絮凝，降低收獲成本;

(2)在氮源充足的條件下，藻細胞中蛋白質含量高{60%~70%干質量};

(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) 一些藻種可在異養或兼養條件下生長。

席藻

適用于:處理低溫、高溫廢水

優點:

(1) 可在低于10 C的條件下去除營養元素;

(2)在30°C左右亦可處理廢水;

(3) 沉淀速度快。

小球藻

適用于:處理含高濃度有機酸的綜合廢水

優點:

可在好氧、黑暗、異養條件下高效去除營養元素;

與螺旋藻結合，可去除綜合廢水中所有營養元素。

葡萄藻

適用于:處理一般二級處理出水

優點:

可在二級處理出水的序批連續培養基中生長;

碳氫化合物含量為40%~>53%，(干質量)

柵藻

適用于:處理二級出水

優點: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

優點:對氮磷去除效率較高。

五、應用藻類處理污水的主要類型一-- -穩定塘

穩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廢水進行生物處理的方法。生物塘法的基本原理是通過水塘中的“藻菌共生系統”進行廢水凈化，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施。

圖為:藻菌共生系統

穩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，穩定塘是實施污水資源化利用的有效方法。

六、穩定塘的流程組合

穩定塘的流程組合依當地條件和處理要求不同而異，下圖為幾種典型的流程組合。

七、穩定塘的優缺點

穩定 塘的優點

■當周邊有河道、 沼澤地、谷地可利用作物可直接作為穩定塘，基建投資低。

■運行管理簡單，動力消耗低，運行費用較低，約為傳統二級處理廠的1/3~1/5。

■可進行綜合利用實現污水資源化，將穩定塘出水用于農業灌溉，充分利用污水的水肥資源;養殖水生動物和植物，組成多級食物鏈的復合生態系統。

穩定塘的缺點

■占地面積大，沒有空閑余地時不宜采用。

■處理效果 受環境影響較大。

■設計不當時， 可能形成二次污染如污染地下水、產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，全部塘水內都含有溶解氧，塘內菌藻共生，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。

好氧塘的生物菌種:九、厭氧塘厭氧塘的塘深2.5~6m，有機負荷高，且不設好氧區，全部塘水均無溶解氧，呈厭氧狀態，由厭氧微生物起凈化作用，凈化速度慢，污水在塘內停留時間長，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:兼性塘反應圖

十一、高負荷好氧塘-高速率藻塘(HRAP)

不同于傳統穩定塘的特征主要表現在四方面:

①較淺的塘的深度，一般為0.3~0.6m，而傳統的穩定塘的深度根據其類型，塘內深度一般在0.5~2.0m;

②有一.垂直于塘內廊道的連續攪拌的裝置;

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.這樣的構造可以很好地配合塘中的連續攪拌裝置,促進污水的*混合,調節塘內氧和CO2的濃度，均衡池內水溫以及促進氨氮的吹脫作用。

十二、曝氣塘十三、應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

利用物理或化學手段將游離的藻類細胞定位于限定的空間區域，使其成為一種既保持本身代謝活性,又可在連續反應后回收和反復利用的生物體系;

目前藻類的固定化技術主要有包埋法和吸附法

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

吸附法可固定細胞量有限，固定的細胞易脫落;

包埋法是將微生物細胞截留在水不溶性的凝膠聚合物的網絡空間中，細胞和載體間沒有束縛，對微生物活性影響小，顆粒強度高。適合于大多數藻類的固定化，是目前應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)凝膠機械強度和傳質性能均較好，對生物無毒，且耐生物分解性良好, 是較為合適的固定化細胞載體。

優點:

■藻細胞密度高

■反應速度快

■去除效率高

■藻細胞易于收獲

■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的處理效率與出水水質。

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到要求。因此，就要根據不同的處理對象選擇優良藻種，并深入探討其生理生化特性和凈化機制。對于復雜的污水體系，也可研究選擇多菌種或菌藻共生系統的混合固定化技術。

十六、藻類在水處理中的應用---硅藻精土

硅藻遺骸沉積形成硅藻土。硅藻土經過選礦，除去與其共生的粘土、石英砂、磷屑礦物等雜質后，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，具有較強的吸附力，把超細微粒物質、色度、有毒有害物質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電非晶體二氧化硅的硅藻殼體和超導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，它們的數量和種類的變化，并因此而導致的結構和功能的變化反映了環境中水質的變化。由此人們用它作為水質監測和評價的重要參數。

水體嚴重污染的指示藻: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用-多樣性指數

Shannon -Weaver多樣性指數(H')

Margalef多樣性指數(d)

式中

S為群落中的總種數;

N為觀察到的個體總數(隨樣本大小而增減) ;

D值是進行水質生物監測和評價的重要參數，它能較為客觀地反映出水體污染狀態和水質變化情況，即D值越低，污染越嚴重，反之，D值越高水質越好。