污水处理中藻类的相关问题

一、藻类在污水处理中的应用

藻类是自养型生物，生长对废水中营养要求较低，可利用氮、磷等营养物质合成复杂的有机质。

藻类细胞具有富集金属的能力，对一些金属离子如Zn、Hg、Cd、Cu、U、Pb等金属离子的富集可达几千倍,并且由于其生长速度快，代谢迅速，吸附快,所以净化效率高。

污水处理中的藻类还可用于提取多种有价值的天然产物。

图为:农庄式藻类生产体系

二、藻类去除氮磷的原理

藻类细胞能利用无机氮和有机氮化合物作为氮源，硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐可以用于合成氨基酸和蛋白质;

磷酸盐被藻细胞吸收，并通过多种磷酸化途径转化成ATP、磷脂等有机物。

三、藻类去除重金属的原理

藻类细胞壁和真菌细胞壁相似，也是多层纤维结.构，其组成一般都含有纤维素和果胶质以及藻酸铵岩藻多糖和聚半乳糖硫酸酯等，它们可提供氨基、酰胺基、醛基羟基、硫醇等功能团与金属结合形成缔合物或络合物，附着群体细胞的外胶上被改变形态，从而降低污水中游离态的Pb、Zn的含量，实现解毒功能。

重金属与藻细胞表面的负电荷反应点(一般为多糖类)的结合发生吸附，在整个吸收过程中，累积重金属的量只占总吸收量的10%~20%，而生物吸附的量则占80%~90%，生物吸附为吸收的主要途径。

图为:藻类生物吸收重金属的主要途径

四、常用于污水处理的藻类

螺旋藻

适用于:废水处理方面应用广泛

优点:

(1) 可絮凝，降低收获成本;

(2)在氮源充足的条件下，藻细胞中蛋白质含量高{60%~70%干质量};

(3)可作为哺乳动物的饲料;

(4) 高价值化合物(如多聚不饱和脂肪酸)含量高;

(5)多聚糖含量高，可作为重金属的生物吸附剂;

(6) 可在高pH条件下生长;

(7) -些藻种可在高浓度的NH3-N下生长;

 (8) 一些藻种可在异养或兼养条件下生长。

席藻

适用于:处理低温、高温废水

优点:

(1) 可在低于10 C的条件下去除营养元素;

(2)在30°C左右亦可处理废水;

(3) 沉淀速度快。

小球藻

适用于:处理含高浓度有机酸的综合废水

优点:

可在好氧、黑暗、异养条件下高效去除营养元素;

与螺旋藻结合，可去除综合废水中所有营养元素。

葡萄藻

适用于:处理一般二级处理出水

优点:

可在二级处理出水的序批连续培养基中生长;

碳氢化合物含量为40%~>53%，(干质量)

栅藻

适用于:处理二级出水

优点:生长速率快，去除氮磷效率高，部分藻种自沉降性能好。

微绿球藻

适用于:处理二级出水

优点:对氮磷去除效率较高。

五、应用藻类处理污水的主要类型一-- -稳定塘

稳定塘又名氧化塘或生物塘，是一种利用水塘中的微生物和藻类对污水和有机废水进行生物处理的方法。生物塘法的基本原理是通过水塘中的“藻菌共生系统”进行废水净化，其与自然水体的自净过程相似，是一种利用天然净化能力处理污水的生物处理设施。

图为:藻菌共生系统

稳定塘多用于小型污水处理，在特别是在缺水干旱且土地资源丰富地区，稳定塘是实施污水资源化利用的有效方法。

六、稳定塘的流程组合

稳定塘的流程组合依当地条件和处理要求不同而异，下图为几种典型的流程组合。

七、稳定塘的优缺点

稳定 塘的优点

■当周边有河道、 沼泽地、谷地可利用作物可直接作为稳定塘，基建投资低。

■运行管理简单，动力消耗低，运行费用较低，约为传统二级处理厂的1/3~1/5。

■可进行综合利用实现污水资源化，将稳定塘出水用于农业灌溉，充分利用污水的水肥资源;养殖水生动物和植物，组成多级食物链的复合生态系统。

稳定塘的缺点

■占地面积大，没有空闲余地时不宜采用。

■处理效果 受环境影响较大。

■设计不当时， 可能形成二次污染如污染地下水、产生臭氧和滋生蚊蝇等。

八、好氧塘

好氧塘的深度较浅，阳光能透至塘底，全部塘水内都含有溶解氧，塘内菌藻共生，溶解氧主要是由藻类供给，好氧微生物起净化污水作用。适用于气候温暖且阳光充足的地区。

好氧塘的生物菌种:九、厌氧塘厌氧塘的塘深2.5~6m，有机负荷高，且不设好氧区，全部塘水均无溶解氧，呈厌氧状态，由厌氧微生物起净化作用，净化速度慢，污水在塘内停留时间长，需20~50日。

十、兼性塘也称作氧化塘，在生物塘中较为流行，其塘深一般为1.5~2.5m。

图为:兼性塘反应图

十一、高负荷好氧塘-高速率藻塘(HRAP)

不同于传统稳定塘的特征主要表现在四方面:

①较浅的塘的深度，一般为0.3~0.6m，而传统的稳定塘的深度根据其类型，塘内深度一般在0.5~2.0m;

②有一.垂直于塘内廊道的连续搅拌的装置;

③较短的停留时间，一般为4~10天左右看(冬季相对较长)，比一般的稳定塘的停留时间短7~10倍;

④高效藻类塘的宽度较窄,且被分成几个狭长的廊道.这样的构造可以很好地配合塘中的连续搅拌装置,促进污水的*混合,调节塘内氧和CO2的浓度，均衡池内水温以及促进氨氮的吹脱作用。

十二、曝气塘十三、应用藻类处理污水的主要类型一一生物膜

十四、藻类固定化技术

利用物理或化学手段将游离的藻类细胞定位于限定的空间区域，使其成为一种既保持本身代谢活性,又可在连续反应后回收和反复利用的生物体系;

目前藻类的固定化技术主要有包埋法和吸附法

吸附法是依据带电的微生物细胞和载体之间的静电、表面张力和粘附力的作用，使微生物细胞固定在载体表面和内部形成生物膜的方法。

吸附法可固定细胞量有限，固定的细胞易脱落;

包埋法是将微生物细胞截留在水不溶性的凝胶聚合物的网络空间中，细胞和载体间没有束缚，对微生物活性影响小，颗粒强度高。适合于大多数藻类的固定化，是目前应用广泛的藻类固定化方法;

包埋法固定化载体主要有聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、 海藻酸钠、甲壳素等。海藻酸钙(CA)和聚乙烯醇(PVA)凝胶机械强度和传质性能均较好，对生物无毒，且耐生物分解性良好, 是较为合适的固定化细胞载体。

优点:

■藻细胞密度高

■反应速度快

■去除效率高

■藻细胞易于收获

■净化后的水可再利用

■同藻类氧化塘相比，不仅有效地解决了氧化塘存在的缺点，而且也大大提高了系统的处理效率与出水水质。

十五、藻种的选择

不同种类的废水污染物成分、含量皆不同，用单一的藻类处理一般很难达到要求。因此，就要根据不同的处理对象选择优良藻种，并深入探讨其生理生化特性和净化机制。对于复杂的污水体系，也可研究选择多菌种或菌藻共生系统的混合固定化技术。

十六、藻类在水处理中的应用---硅藻精土

硅藻遗骸沉积形成硅藻土。硅藻土经过选矿，除去与其共生的粘土、石英砂、磷屑矿物等杂质后，把硅藻富集到92%以.上的称为精土。

十七、硅藻精土的作用

中和作用:静电分离，不平衡电位，减弱胶体颗粒和带电元素间的斥力;

过滤作用:去除水中的SS、COD、BOD、重金属等污染物;

吸附作用:硅藻每克60m2具大的比表面积，具有较强的吸附力，把超细微粒物质、色度、有毒有害物质和气味吸附到硅藻表面，下沉并与水体分离。

絮凝作用:硅藻精土处理剂由不导电非晶体二氧化硅的硅藻壳体和超导的硅藻纳米微孔组成，可在硅藻表面形成不平衡电位和外墙电位。在水处理过程中，污染物被快速静电聚合(物理絮凝)并沉淀;

载体作用: 1%浓度时，每立方米达60万m2比表面积，用硅藻纳米微孔作生物载体，微生物在硅藻巨大的比表面积.上繁殖。

硅藻具有自身脱水的功能，脱水时不加絮凝剂，污泥成饼状装袋，回收再利用，不会形成三次污染;

硅藻精土和活性炭使用方法一样，但是无论是过滤效果，过滤速率和澄清度都要比活性炭高，并且用量要比活性炭少，综合价格也比活性炭较便宜。

十八、藻类在水处理中的应用- --指示藻类

藻类在不同的水体中具有特定组成和种类，它们的数量和种类的变化，并因此而导致的结构和功能的变化反映了环境中水质的变化。由此人们用它作为水质监测和评价的重要参数。

水体严重污染的指示藻:绿色裸藻(Euglenaviridis)、静裸藻(E.caudata)、小颤藻(Oscillatoriatenuis) ;

 水体中度污染的指示藻:被甲栅藻(Scenedesmus armatus )四角盘星藻( Pediastrumtetras)、环绿藻( Ulothrixzonata) 、脆弱刚毛藻(Cladophora fracta)、 蜂巢席藻( Phormidium favo-sum) ;

清洁水体的指示藻:肘状针杆藻(Synedra ulna)、簇生竹枝藻(Drapar naldia glomerata)等。

十九、藻类在水处理中的应用-多样性指数

Shannon -Weaver多样性指数(H')

Margalef多样性指数(d)

式中

S为群落中的总种数;

N为观察到的个体总数(随样本大小而增减) ;

D值是进行水质生物监测和评价的重要参数，它能较为客观地反映出水体污染状态和水质变化情况，即D值越低，污染越严重，反之，D值越高水质越好。