東臺(tái)農(nóng)村污水處理一體化設(shè)備廢水凈化裝置

隨著化石能源的耗竭以及溫室效應(yīng)的日益顯著，尋找更為節(jié)能和環(huán)境友好的污水處理工藝變得更為迫切。廢水中氮磷過(guò)剩是引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因之一。這些氮磷是細(xì)菌、真菌和微藻可以利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。微藻廢水處理是環(huán)境可持續(xù)的綠色工藝，探索藻菌共培養(yǎng)降解廢水污染物的協(xié)同代謝調(diào)控機(jī)制具有科學(xué)意義。傳統(tǒng)的廢水處理通過(guò)硝化和反硝化作用，把廢水中的污染物轉(zhuǎn)化成無(wú)害的化合物。雖然處理廢水中的碳、氮和磷效率很高，但是需要補(bǔ)充能量，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也會(huì)損失。傳統(tǒng)的廢水處理過(guò)程非常復(fù)雜，過(guò)程控制難度大，還會(huì)造成溫室氣體排放。利用微藻進(jìn)行廢水處理，既能降低能耗，又能促進(jìn)氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用。微藻廢水處理包括藻類塘、活性藻和固定化藻等形式。藻菌共生污水處理技術(shù)在20世紀(jì)50年代由Oswald等提出，逐步發(fā)展為高效藻類塘技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)增加攪拌等使得塘中藻類的生長(zhǎng)得以強(qiáng)化，在藻類和細(xì)菌的協(xié)同作用下，有機(jī)物、氮、磷和其他污染物的去除效率得到大幅提高。相比于傳統(tǒng)污水處理中以細(xì)菌和原生動(dòng)物為主體的活性污泥來(lái)說(shuō)，藻類的蛋白質(zhì)含量高，收獲后可用作動(dòng)物飼料或餌料。

　　近年來(lái)，微藻廢水處理在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和城市廢水的處理中有了新的探索。本文中，筆者綜述微藻廢水處理中的藻種選育、藻菌共培養(yǎng)、藻菌絮體、過(guò)程集成、可持續(xù)開(kāi)發(fā)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估等問(wèn)題。

為滿足對(duì)蛋白和水產(chǎn)品的需要，全球范圍內(nèi)的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)廢水也在逐年增加。室外開(kāi)放培養(yǎng)微藻保持嚴(yán)格無(wú)菌是困難的。Halfhide等研究發(fā)現(xiàn)，微藻無(wú)菌和有菌處理水產(chǎn)廢水的生物量都可達(dá)0.35g/L，硝基氮(NO3-)去除率也都大于95%，但是無(wú)菌條件下COD去除率只有25%～30%，而有菌處理?xiàng)l件下可以達(dá)到75%以上。魚(yú)菜共生是生態(tài)化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)。在魚(yú)菜共生系統(tǒng)中魚(yú)會(huì)產(chǎn)生糞便等進(jìn)入水體，Addy等加入小球藻和魚(yú)形成一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，穩(wěn)定pH在7，氨氮(NH4+)和亞硝酸鹽都可以有效去除，結(jié)果也證明，微藻比蔬菜對(duì)氮去除效果好。Xu等在養(yǎng)魚(yú)廢水中加入微藻，COD、TN和TP去除率達(dá)50%以上。養(yǎng)豬廢水中的TN1356mg/L，TP63.5mg/L，Ganeshkumar等用微藻直接處理養(yǎng)豬廢水，TN去除率僅有40.88%，TP去除率3.1%。將養(yǎng)豬廢水和釀酒廠廢水按體積比20∶80混合后，6～10d后TN去除率89.36%，TP去除率56.56%，微藻含油50%。微藻處理農(nóng)業(yè)廢水潛力巨大，需要結(jié)合各地實(shí)際情況，從生態(tài)農(nóng)業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，做好藻種選育、工藝優(yōu)化和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作。

　　采用成熟的液體培養(yǎng)基可以保障微藻快速生長(zhǎng)，但是工業(yè)廢水中的成分與傳統(tǒng)培養(yǎng)基還有很大差別。Hyu等發(fā)現(xiàn)，如果不添加其他成分，混合微藻處理能清除動(dòng)物糞便廢液、沼渣廢液和紡織廢水中的磷，但是氮的去除率分別僅有72.3%、16.7%和70.1%。其中，混合微藻在紡織廢水中的生長(zhǎng)最好，但是生物量?jī)H有0.4g/L，這限制了微藻對(duì)氮的進(jìn)一步利用。Gao等研究發(fā)現(xiàn)，海鮮加工廢水中的TN為120mg/L，經(jīng)微藻處理45d后可以較好去除，如果經(jīng)過(guò)曝氣或稀釋，處理時(shí)間能縮短至19d。Memon等發(fā)現(xiàn)制糖廢水中的COD可達(dá)16g/L，小球藻和惡臭假單胞菌能去除其中的55%。如果再加入0.08g/L的聚丙烯酸酯多元醇，COD去除率能達(dá)到80%。Solovchenko等發(fā)現(xiàn)酒精蒸餾廢水的COD高達(dá)20g/L，經(jīng)過(guò)預(yù)處理，將pH調(diào)控至6～7，對(duì)之后的廢水處理至關(guān)重要。傳統(tǒng)的厭氧硝化廢水處理后產(chǎn)生大量活性污泥，需要處理。Ge等在微藻培養(yǎng)體系中加入4種濃度的活性污泥濃縮液，處理50d后TN、TP和COD的去除率都大于90%。需要注意的是，Ren等發(fā)現(xiàn)，隨著活性污泥濃縮液濃度的提高，微藻油脂含量下降到10.2%。如果在實(shí)際活性污泥濃縮液中再加入1g/L的廢甘油，生物質(zhì)產(chǎn)率能達(dá)到0.46g/(L·d)，油脂含量能達(dá)到27%，污染物的去除率均大于86%。但是加入甘油質(zhì)量濃度大于1g/L，微藻生物量和污染物去除率均大幅下降。如果不加甘油，COD和TP的去除沒(méi)有顯著差異，但是TN去除率降低到77.2%。Daneshvar等發(fā)現(xiàn)藻種選擇在廢水處理中也很關(guān)鍵，同樣處理乳業(yè)廢水，柵藻能去除86.21%以上的TN和TP，海洋扁藻僅能去除44.92%的TN和42.18%的TP。除了COD、TN和TP等指標(biāo)外，工業(yè)廢水還包括重金屬離子和有毒有害化學(xué)品等成分，需要多個(gè)步驟進(jìn)行凈化。微藻可以作為整體工藝的一個(gè)環(huán)節(jié)，可以提高工業(yè)廢水效率。

東臺(tái)農(nóng)村污水處理一體化設(shè)備廢水凈化裝置　　

城市廢水的組成與工農(nóng)業(yè)廢水有差異。一般來(lái)說(shuō)，城市廢水經(jīng)過(guò)一級(jí)處理后，可以通過(guò)微藻進(jìn)行深入處理。比如，Wang等進(jìn)行城市廢水一級(jí)處理后，TN和TP質(zhì)量濃度分別從20～80mg/L和3～7mg/L降低到5～30mg/L和0.2～3mg/L，再用傳統(tǒng)方法處理需要耗費(fèi)能量，也難以繼續(xù)去除廢棄物，而利用微藻就可以達(dá)到凈化目的。食品廢棄物厭氧消化廢水中COD和NH4+均較高，Cheng等發(fā)現(xiàn)通入15%CO2可以促進(jìn)小球藻生長(zhǎng)和污染物的去除，同時(shí)，用臭氧進(jìn)行前處理比用曝氣進(jìn)行前處理對(duì)COD、TN和TP的去除更有效。Katam等直接從湖中采集的混藻也對(duì)餐廚廢水中的TN、TP和總有機(jī)碳(TOC)有大于85%的去除效果。

　　工農(nóng)業(yè)廢水以及城市廢水中可能均含一些有害物質(zhì)。這些物質(zhì)含量不高，但是持續(xù)累積會(huì)對(duì)環(huán)境和人類健康造成危害，比如農(nóng)藥、抗生素等。微藻去除廢水中有害化合物的機(jī)制包括降解或吸附。水培番茄廢水中含有多種殺蟲(chóng)劑，包括甲霜靈、嘧霉胺分解?？股匾话銓?duì)藻類具有細(xì)胞毒性。在廢水中抗生素也會(huì)發(fā)生光解和水解。比如，Guo等用小球藻、衣藻和麥可藻(Mychonastes)能在150h后去除廢水中的頭孢類抗生素7氨基，除了光解和水解外，3種微藻的吸附發(fā)揮了重要作用。如果僅憑光解和水解，去除7氨需要300h。結(jié)合光降解和吸附，Norvill等用高速藻類塘處理含100μg/L四環(huán)素的城市廢水，其中四環(huán)素的去除率可達(dá)93%～99%。Hom-Diaz等用室外1200L的光生物反應(yīng)器處理包含大量藥物化合物的廢水，對(duì)抗炎藥