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菌藻共生系統去除污水中氮磷工藝

發布時間:2024-8-17 8:02:20  中國污水處理工程網

水污染作為環境污染的組成部分,依然沒有得到很好的控制。傳統的污水處理技術主要有物理法、化學法和生物法。物理法和化學法可以有效去除污水中的顆粒污染物,但是處理成本比較高,并且容易引發二次污染,而生物法對于污水中氮磷污染物去除效果差,傳統的污水處理法都存在著各種局限。在此背景下,藻類因生長速度快、光合作用、成本低等優點逐步進入到污水處理技術這一行。劉一萱利用藻類連續光反應器來處理城市生活污水,探究最佳連續運行的條件;劉斌利用優勢微藻處理人工模擬二級出水和實際二級出水,分別對這兩種水源氮磷的去除效果進行分析,并研究了微藻各自的生長情況。

1、菌藻共生系統的研究現狀

菌藻共生系統是指將藻類去除和細菌降解結合的污水處理技術,是水體自凈的過程。菌藻之間既有促進關系,又有抑制關系。促進關系主要表現在兩者是互利共生的,微生物可以通過代謝作用將污水中的有機物降解,生成的CO2可以供給藻類進行光合作用,并為藻類提供生長所需要的碳源和營養物質;抑制關系主要體現在對營養物質的競爭,當菌藻生活在低營養物質的環境中,藻類會釋放出毒素來抑制細菌的生長,同樣細菌也會釋放毒素來抑制藻類的生長甚至使得藻細胞死亡。

菌藻共生系統主要分為懸浮化和固定化。固定化技術是指將細菌和藻類通過物理化學等手段與載體相結合,并限制使用在特地的空間范圍內,主要包括包埋法和吸附法。包埋法是指以凝膠體作為載體來限制細胞的流動,使得細胞滲透進入孔隙內部,達到固定細胞的目的。常用的凝膠體材料有瓊脂、藻酸鹽、環氧樹脂等。吸附法是指利用物理吸附、化學結合等方法,將細胞固定在載體上,吸附法成本較低且較為簡單,但由于吸附法吸附的藻細胞容易脫落,穩定性較差,因此包埋法得到了更好的推廣應用。

2、菌藻共生系統的影響因素

2.1 光照的影響

由于藻類是光合自養型生物,光照無疑是其重要的環境影響因子,而藻類正是通過光合作用產生氧氣并供給好氧異養微生物,并進行一系列的代謝活動。王振威等研究不同光照時間對水處理效能的影響,實驗結果表明光照時間為8h時,對氨氮的去除率高達91.07%,且污泥的活性和沉降性能較為良好。李竺芯等運用單因素試驗方法探究光照對菌藻共生系統去除氮的效能,在不同光照強度和不同光照時間的實驗條件下,試驗結果表明在光暗對比為12h12h、光照強度為4000 lux的條件下,菌藻共生系統對氨氮的去除率高達95.45%。潘輝等研究不同的光照介質對菌藻反應器脫氮除磷效率的影響,采用二極管光源和日光燈光源作為影響因素,結果表明在短時間內(24~48h),兩種光源對氮磷的去除效果不相上下,但在36h后,日光燈對氨氮的去除率遠大于二極管的去除率。

2.2 污泥停留時間的影響

序批式活性污泥系統(SBR)是一種較為成熟的污水處理工藝,且運用廣泛,菌藻共生通常需要SBR作為反應器。而SBR工藝存在污泥不易沉降、污泥膨脹等不良現象,而污泥停留時間對SBR處理污水效能具有較大的影響。TANG等發現污泥停留時間縮短為原來的1/10時,藻類的質量濃度降至0.061 g·L-1,導致了藻類的流失,從而引起菌藻共生系統去除效率降低。孫霓等在控制其他參數不變的前提下,改變污泥停留時間,探討對菌藻共生系統水處理效能的影響,當污泥停留時間為10d時,檢驗出溶液中的葉綠素a含量降低,這說明了藻類在大量的流失;當污泥停留時間為25d時,出水后的氮磷去除率高,且藻類穩定沒有較大流失,菌藻共生體的絮凝效果好;當污泥停留時間為50d時,出水后的水質差,且系統不穩定。

2.3 pH 值的影響

李飛等指出藻類更加偏好于中性而非堿性條件,這可能與藻類的生長過程相關。藻類在生長時,需要吸收CO2,對應的pH也會升高,通常情況下當pH值大于8.5~9時,對藻類的生長是有害的。張奇等指出在pH9.0時,小球藻的生長量達到最高,為2.5x107個·mL-1;在pH大于11.0時小球藻生長速度減緩,甚至出現了死亡現象。薄香蘭等發現當pH9.0時,溶液中的葉綠素a含量和藻細胞密度最低;當pH7.0時,葉綠素a含量達到1613.05μg·L-1,藻細胞密度達到1.13x 107cells·mL-1。要實現高效率的菌藻共生處理污水,就要從控制影響因素出發,找到適宜生長的pH值,使得藻細胞密度呈現出上升的趨勢。

2.4 營養物質的影響

營養物質在菌藻共生系統中作為必不缺少的一部分,其濃度以及組成對菌、藻的生長和發育有著重要的作用,進而影響整個系統的水處理效能。劉祥等探討了在不同營養模式下藻類對氨氮的去除效果,試驗結果表明在自養和異養模式下,氨氮的去除率分別達到了98%53%;在混養模式下,最大去除率降至86%。王曉昌等研究了在低磷質量濃度下小球藻的生長狀況,結果表明P質量濃度為0.4mg·L時,小球藻的生長狀況達到最好,其生物量維持在3x106~7 x 106cell·L-1;在P質量濃度小于0.4 mg·L-1時,小球藻的生長不明顯;在P質量濃度大于0.4mg·L時,小球藻同時受到氮和磷濃度的影響。魏東等就優化營養方式來促進小球藻中葉綠素的產生,在結合了營養方式以及培養條件的前提下,得出在葡萄糖質量濃度為50g·L-1、硝酸鈉質量濃度為3.75g·L-1,并將小球藻置于異養的條件下培養4天,達到了21.31g·L-1的高生物量濃度。

2.5 溫度的影響

孫凡蛟等指出溫度可以通過影響酶的活性、營養物質的吸收利用等進而影響藻類的生長發育。何振平等比較了不同溫度對藻類的生長狀況的影響,試驗結果表明藻類對溫度適應的范圍比較廣,主要體現在10~30℃時藻類可以生長,24~28℃為藻類生長的最適宜溫度。蕭銘明等通過單因子試驗,研究了藻類在不同的溫度下對廢水氮磷的去除效果,結果表明,溫度在30℃時,藻類對廢水中總氮和總磷的去除率最高,分別為38.0%59.0%。不同藻類都有其最適宜的溫度生長繁殖,超出其適宜的溫度范圍,藻類就會生長緩慢甚至是死亡。此外,光照的條件變化對溫度也有一定的影響。

2.6 鹽度的影響

鹽度對藻類的生長及污水處理效能也有影響。張奇研究了鹽度對小球藻生長量和溶氧量的影響,初步得出小球藻對鹽度的變化具有一定的適應性,在鹽度為25時藻類的溶解量和生長量為最大。LIU等研究了藻類在不同鹽度的影響下對市政廢水的去除效果,實驗結果表明鹽度為3x10-11時,藻類的生長量達到最大,且對硝態氮、氨氮以及磷的去除率分別達到100%75.5%63.5%。

3、結語與展望

菌藻共生系統的固定化技術不僅可以減少藻類的流失,還能填補藻類在光照上接收的不足,從而促進藻類的生長發育,進一步提高了污水去除效果。菌藻共生系統在運行時,會受到多種因素的影響,如光照時間和光照強度、pH值、溫度、營養物質等,要想使得系統達到最佳的運行狀態,可以通過單因素法進行剖析,將影響因素控制在最佳范圍內。

菌藻共生技術在污水處理方面具有較好的前景,但如何進一步提高去除效率仍然是個大難題,在今后的研究工作中,應該重點關注菌藻反應器的關鍵影響因子,并且結合多種因素考慮。此外,藻類的回收利用也是研究重點之一,實現資源持續性發展,充分開發藻類的經濟效益和環境效益。(來源:中國電建集團江西省電力設計院有限公司)

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