Word版本下载可任意编辑】 微藻处理废水技术4+均较高,Cheng等发现通入15%CO2可以促进小球藻生长和污染物的去除,同时,用臭氧开展前处理比用曝气开展前处理对COD、TN和TP的去除更有效Katam等直接从湖中采集的混藻也对餐厨废水中的TN、TP和总有机碳(TOC)有大于85%的去除效果4+和TP的去除率都在9%~12%如果水力停留时间到达6d,COD、NH4+和TP的去除率分别为92%、96%和29%如果继续增加水力停留时间到10d,TP的去除率能提高到49%4+、TN和TP去除率高于活性污泥法通气速率增加,水力剪切力提高,不利于藻类生长4+,参加硝化细菌后,NH4+去除速率从单纯的藻类培养的44mg/(L·d)提高到100mg/(L·d)使用藻菌共培养处理焦化废水,其中的苯酚能够完全降解,而单纯藻类培养只能去除27.3%同时,藻菌共培养的NH4+去除率和油脂产率也是单纯藻类培养的2.3倍和1.5倍藻类的回收在操作成本中占有较大比例同时固定化恶臭假单胞菌和小球藻比单菌、纯藻、固定化单菌和固定化纯藻处理废水NH4+、TP和COD去除率都要高,藻菌共培养18h后,城市废水中的NH4+和TP均可完全去除,纯藻或固定化纯藻只能去除80%的NH4+和73%的TP,而单菌和固定化单菌仅能去除30%~40%的NH4+和15%的TP。
为了处理加拿大某工业园区的废水,Belanger-Lepine等考察了营养胁迫(氮、磷、铁)、培养模式(自养、异养和兼养)、盐度、pH和废水来源对油脂合成的影响在这些条件中,pH为7时,油脂含量能到达28%Iasimone等在400L的跑道池反应器中共培养圆红冬孢酵母和小球藻(接种比例1∶2)处理城市废水,TN去除速率2.9mg/(L·d),TP的去除速率0.96mg/(L·d),14d后,油脂含量15%为了形成稳定的藻菌处理废水,环境条件需要优化为了处理沼渣废液,Jiang等设置温度25℃,混合固体悬浮颗粒质量浓度7g/L,溶氧5mg/L,水力停留时间6h,微藻接种密度0.5mg/L,微藻生物质产率85.14mg/(L·d),油脂产率20.19mg/(L·d)Liu等将藻活性污泥共培养6h后,TN和TP的去除率分别为50.4%和35.7%,而好氧活性污泥法的TN和TP的去除率分别为32.8%和25.6%β雌二醇是典型环境污染物,Parlade等利用藻菌共培养室外光生物反应器处理含β雌二醇废水,在合适季节去除率大于93.5%,在温度和光照都不利的条件下,24h的去除率也有50%其中,小球藻发挥的作用最大。
藻菌共培养中,藻菌之间的相互作用对微藻生长和废水处理都有显著影响Pastore等以小球藻和缺陷短波单胞菌共培养为研究体系,发现单胞菌更能去除废水中的有机质,并将氮转化成氨,而小球藻在去除氮和磷方面更有利4+和TP啤酒厂废水也存在氮、磷及微量元素缺陷的问题Zheng等发现,如果将养猪废水和啤酒厂废水按照1∶5混合,小球藻能去除100%的NH4+、96%的TN和90%的TP然而铁、锰、锌、钼、铜和钴等重金属元素是微藻生长所需的微量元素,如果废水中缺失这些微量元素,生长和某些生理活动也会受到限制,因此需要补充而各种废水中也可能含有镉、铬、汞和铅等重金属元素,但是他们不是微藻培养基中的成分,如果这些重金属元素含量超过一定限度将极大影响藻类生长,甚至导致微藻死亡同时,重金属在一定程度内可以吸附到微藻表面或者富集到微藻体内因此,需要根据富集的重金属具体情况,选择合适的途径处理微藻,并需要注意这些重金属的回收4+是微藻可以利用的无机氮源,但是高浓度NH4+将抑制微藻生长为了降低NH4+的毒性,可以选择对废水开展稀释但是稀释后废水中其他营养成分的浓度也会显著降低,对微藻的生长也是不利的目前可能的处理方法包括先气提处理、优化碳氮比、参加硝化细菌或流加培养等。
家禽养殖废弃物厌氧硝化废水中NH4+质量浓度到达4315mg/L对多数微藻来说,这样的NH4+浓度超过了微藻可以耐受限度Markou采取流加培养模式,NH4+去除率可达95%需要注意的是,在低流加速率(5或10mg/(L·d))条件下,钝顶节旋藻(Arthrospiraplatensis)的生物量低于高流加速率(20或30mg/(L·d))的生物量,而在这4个流加速率下,小球藻的生物量差异不大说明对钝顶节旋藻来说,低流加浓度的营养不能完全满足生长需要无粪便养猪废水中NH4+有220mg/L,Lu等参加α酮戊二酸能有效促进NH4+的同化,但是价格昂贵,利用效率低如果碳源换成葡萄糖、柠檬酸或者NaHCO3,也能起到强化去除NH4+的效果Zheng等先用汽提脱氨,再用生物柴油生产中废甘油为碳源,调控小球藻生物脱除废水中污染物,其中NH4+质量浓度在55或110mg/L,碳氮比5∶1或25∶1时、pH控制在7时,NH4+可以完全去除Wang等提出微藻去除NH+4的三段处理工艺,第一段加氮兼养培养3d,第二段缺氮兼养2d,第三段加NH4+自养5d,NH4+的平均去除速率为4.2mg/(L·d)4+和硝酸盐,但是去除硝酸盐效果不佳,收获的鱼腥藻为肥料可以提高绿叶菜(芝麻菜、苋菜和小白菜)的产量。
农业沼气中含有大量的CO2,是微藻培养需要的底物工业废水一般含有重金属离子等,不适合作为肥料,但可以作为生物质气化或催化转化的原料Wieczorek等优化底物接种浓度、温度和前处理方式,酶催化转化收获的藻菌絮体,每克挥发性固体最多能产生271mL的沼气将生物沼气通入到微藻培养光生物反应器,微藻能够完全利用沼气中的CO2,生物量得到提高,NH4+和TP的去除率也得到改善但是,传统废水处理中有些挥发性有机物难以去除,能耗也高 2.7 技术经济分析和风险评估 随着技术的发展,微藻废水处理过程中的技术瓶颈也在变化中根据不同工艺开展技术经济性分析有助于综合评估工艺的优缺点Mata等分析了微藻处理啤酒厂废水并制备生物柴油的技术经济性,结果说明,微藻收获和油脂分离是主要的技术瓶颈Sfez等对藻菌絮体处理水产养殖废水在中试规模(28m2)和假定的工业规模(41个池子,每个池面积245m2)做了全生命周期分析在工业规模,将藻菌絮体开发成虾饵料比生产沼气更具经济性,但是能耗还需要进一步降低藻菌絮体处理每吨水产养殖废水和食品工业废水的成本在0.25~0.5欧元,投资成本与跑道池混合处理工艺相比仍比较昂贵。
综合评价藻菌絮体废水处理后开发成肥料、虾饵料、藻胆蛋白和沼气的经济性,开发成饵料经济性较好,但是最有潜力的是生产藻胆蛋白Diaz-Garduno等对西班牙废水中的53种有害化合物开展了包括微藻废水处理技术在内的不同过程的评估吐纳麝香、麝香草胺和氧氟沙星作为香精和抗生素中的代表,很难降解,需要给予关注微藻处理这些环境风险化合物时具有很强的种属特异性,在可行性实验中就需要筛选对这些物质能更高效去除的藻类 虽然20世纪50年代末就提出了微藻废水处理,但是至今还没有工业化的大规模应用除了废水处理的效率外,系统的稳定性(鲁棒性)也是关键问题高效采收微藻可以降低生产成本,提高综合利用效率,能够进一步提高技术的经济性为完成废水处理任务,需要一定的微藻生物量,按照目前常规的微藻产率,需要大面积的土地用于放置光生物反应器在很多区域,土地成本很高,从这个角度来看,微藻废水处理的技术经济性不被认可此外,即使微藻废水处理能取得不错的效果,但可能的环境风险也需要详尽评估虽然香精和抗生素的浓度不高,但是需要处理的废水量大,持续累积仍然会对环境造成危害 3、总结与展望 微藻废水处理还需要重点发展高效低耗的高强度生活污水、农业养殖废水和典型工业废水的生态治理技术,通过藻菌共生促进富含碳、氮、磷、硫及重金属等污染物的防治与资源化利用,探索藻菌共培养体系内碳、氮、磷、硫、重金属等污染物的富集或降解机制以及协同降解机制,构筑生态化废水处理新方法,降低停留时间,提高废水处理效率,实现系统内的自维持与自更新。
微藻废水处理是有潜力的绿色技术需要针对不同废水的处理需求,选择合适的藻种(及菌种)和工艺,进一步提高废水处理效率目前,多数研究还停留在实验室阶段,需要更多中试规模以上的实验数据,发现新的技术瓶颈需要从污染物处理效率、过程能量需求和经济性等多方面考察新的微藻废水处理工艺,重视基于微藻的产品开发,提出可持续开发路线,推动微藻废水处理的更广泛应用 6 / 6。