藻类在污水处理中的应用
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好氧塘内的生物种群
好氧塘内的生物种群主要有藻类、菌类、原生动物、后生动物、 水蚤等微型动物。 菌类主要是生存在水深0.5m的上层,浓度为1×108~5×109个/ mL,主要种属与活性污泥和生物膜相同。
原生动物和后生动物的种属数与个体数,均比活性污泥法和生 物膜法少。
藻类的种类和数量与塘的负荷有关,它可以反映塘的运行状况 和处理效果。
常用于污水处理的藻类
(胡洪营等 2009)
应用藻类处理污水的主要类型
稳定塘 (生物塘) 生物膜技术
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。 稳定塘对污水的净化过程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。
高负荷好氧塘-高速率藻塘(HRAP)
由美国加州大学伯克利分校的Oswald提出并发展; 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4~10d左右,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,促进污水的完全混合,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. 以上四种特征创造了有利于藻类和细菌生长繁殖的环境,强化藻类和细菌 之间的相互作用,所以高效藻类塘内有着比一般稳定塘更加丰富多样的生 物相,对有机物、氨氮和磷有着良好的去除效果,从而大大减少占地面积. 现在高效稳定塘在美国、法国、德国、南非、以色列、菲律宾、泰国、 印度、新加坡等国都有应用.
深度处理塘
深度处理塘又称三级处理塘或熟化塘,属于好氧塘。其进水有机污染物浓度很低, 一般BOD5≤30mg/L。常用于处理传统二级处理厂的出水,提高出水水质,以满足 受纳水体或回用水的水质要求。
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。
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。
稳定塘的流程组合
稳定塘的流程组合
稳定塘的流程组合
我国目前较大的稳定塘
齐齐哈尔稳定塘 (日处理20万 m3城市污水); 西安漕运河稳定塘(日处理17万 m3城市污水) ; 山东胶州氧化塘(日处理3万 m3城市污水) ; 湖北鸭儿湖氧化塘(日处理8万 m3化工污水) 。
厌
氧
塘
厌氧塘的塘深在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。
兼
性
塘
也称作氧化塘,在生物塘中最为流行,其塘深一般为1.5~2.5m,上层是好氧 区,藻类的光合作用和大气复氧作用使其有较高的溶解氧,由好氧微生物起净化 污水作用;中层的溶解氧逐渐减少,称兼性区(过渡区),由兼性微生物起净化 作用;下层塘水无溶解氧,称厌氧区,沉淀污泥在塘底进行厌氧分解。
污水处理概述
一级处理:机械处理,如格栅、沉淀或气浮,去除 污水中所含的石块、砂石和脂肪、油脂等;BOD一 般可去除30%左右,达不到排放标准; 二级处理:生物处理,主要去除污水中呈胶体和溶 解状态的有机污染物质(BOD,COD物质),去除 率可达90%以上,使有机污染物达到排放标准; 三级处理:深度处理,它包括营养物的去除和通过 加氯、紫外辐射或臭氧技术对污水进行消毒。
藻类学 专题 2
藻类在污水处理中的 应用
污水处理系统
水污染可根据污染杂质的不同而主要分为化 学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。 污染物主要有:(1)未经处理而排放的工业 废水;(2)未经处理而排放的生活污水; (3)大量使用化肥、农药、除草剂的农田污 水;(4)堆放在河边的工业废弃物和生活垃 圾;(5)水土流失;(6)矿山污水。
厌
氧
塘
厌氧塘的塘深在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。
曝
气
塘
可部分混合或完全混合,由漂浮式机械曝气机或扩散式曝气机供氧,其塘深为 3~6m,全部塘水有溶解氧,由好氧微生物起净化作用,污水停留时间较短在 5~30日。
图示表明,有机物被微生物 摄取后,通过代谢活动,约有1/3 被分解、稳定,并提供其生理活 动所需的能量;约有2/3被转化, 合成为新的原生质(细胞质), 即进行微生物自身生长繁殖。
废水的好氧生物处理
好氧生物处理的反应速度较快,所需的反应时间 较短,故处理构筑物容积较小。且处理过程中散 发的臭气较少。所以,目前对中、低浓度的有机 废水,或者说BOD5浓度小于500mg/L的有机废水, 基本上采用好氧生物处理法。
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。Βιβλιοθήκη 串联稳定塘
串联稳定塘较之单塘不仅出水藻菌浓度低,BOD、 COD、N和P的去除率高,而且只需较短的水力停留时 间; 单塘结构的氧化塘短路现象严重,存在很多死水区,将 单塘改造成多级串联塘,其流态更接近于推流反应器的 形式,从而减少了短流现象,提高了单位容积的处理效 率; 多级串联有助于污水的逐级递变,减少了反混现象,使 有机物降解过程趋于稳定.由于不同的水质适合不同的 微生物生长,串联稳定塘各级水质在递变过程中,会产 生各自相适应的优势菌种,因而更有利于发挥各种微生 物的净化作用.
高速率藻塘(HRAP)
废水处理与藻类生产一体化的组合式HRAP系统 (KOSARIC 1974)
曝气塘
完全混合曝气塘 部分混合曝气塘
曝气塘是在塘面上安装有人工曝气设备的稳定塘。
稳定塘的优缺点
稳定塘的优点 基建投资低 当有旧河道、沼泽地、谷地可利用作物作为稳定塘时,稳定 塘系统的基建投资低。 运行管理简单经济 稳定塘运行管理简单,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,如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。 处理效果受气候影响 如季节、气温、光照、降雨等自然因素都影响稳定 塘的处理效果。
藻类去除重金属的原理
图1 藻类生物吸收重金属的主要途径 (江用彬 2007) Fig.1 The main ways of uptake heavy metal by algae
藻类在污水处理中的应用
污水处理中的藻类可用于提取多种有价值 的天然产物。印度是在这方面应用比较成 功 的国家;
(FOX 1984)
藻菌共生系统
藻菌共生系统处理污水的效率取决于太阳能辐射量、 温度、污染程度(负荷与毒性)和停留时间等多种 因素; 中国长期利用生活污水养鱼,实际上也是一种利用 藻菌系统净化污水并回收渔产品的方法; 藻菌共生系统的原理,现已成为稳定塘法处理污水 的理论基础,以及设计和管理稳定塘的依据。
稳 定 塘 的 分 类
按塘内的微生物类型、供氧方式和功能等划分
好 氧 塘 水生植物塘
兼
性
塘
常 见
厌
曝
氧
气
塘
塘
其 他
生
态
塘
完全储存塘 深度处理塘
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。
兼
性
塘
也称作氧化塘,在生物塘中最为流行,其塘深一般为1.5~2.5m,上层是好氧区,藻类 的光合作用和大气复氧作用使其有较高的溶解氧,由好氧微生物起净化污水作用;中层的溶 解氧逐渐减少,称兼性区(过渡区),由兼性微生物起净化作用;下层塘水无溶解氧,称厌 氧区,沉淀污泥在塘底进行厌氧分解。
藻菌共生系统
藻类植物通过光合作用利用水中的 CO2和NH4+、PO43-等营养物质,合 成自身细胞物质并释放出O2 ;好氧 细菌则利用水中O2对有机污染物进行 分解、转化,产生CO2和上述营养物 质,以维持藻类的生长繁殖, 如此 循环往复,实现污水的生物净化作用; 藻菌共生系统的最基本的生态功能单 元是藻菌共生体,藻类的种类与数量, 决定着污水处理系统中能量的流向和 食物链的基本结构;
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氨基酸 和蛋白质等物质的合成 ; 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。
《现代农业科技》2008 年第4 期
藻类去除重金属的原理
藻类细胞壁和真菌细胞壁相似,也是多层微纤维结构, 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; 藻类细胞壁一般为多孔结构,允许分子和离子自由通 过,而细胞膜是具有高度选择性的半透膜,一般只允 许中性分子通过而离 子不能通过; 藻类群体外的胶质层主要由糖类、果胶质等 大分子物 质所组成,易于和重金属形成缔合物或络合物,附着 在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。
稳定塘多用于小型污水处理,可用作一级处理、二级处理, 也可用作三级处理。
稳定塘
稳定塘具有基建投资少、运转费用低、维护简单、 便于操作、能有效去除污水中的有机物和病原体以 及无需污泥处理等优点; 在我国,特别是在缺水干旱地区,稳定塘是实施污 水资源化利用的有效方法,近年来成为我国着力推 广的一项技术; 与传统的二级生物处理技术相比,藻类塘具有很多 独特的性质,对于土地资源相对丰富,但技术水平 相对落后的农村地区来说,是一种较具推广价值的 污水处理技术。
藻类在污水处理中的应用
传统的生化二级处理除磷工艺使大量的磷从污水中 转移到剩余污泥中, 效率30-50% 藻类是自养型生物, 生长对废水中营养要求较低, 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, 吸附作 用快而净化效率高。
废水的厌氧生物处理
废水的厌氧生物处理是在没有游离氧存在的条件下,兼性细菌与厌氧细菌降 解和稳定有机物的生物处理方法。在厌氧生物处理过程中,复杂的有机化合物被 降解、转化为简单的化合物,同时释放能量。 在这个过程中,有机物的转化分为 三部分进行:部分转化为CH4,这是一 种可燃气体,可回收利用;还有部分 被分解为CO2、H2O、NH3、H2S等无 机物,并为细胞合成提供能量;少量 有机物被转化、合成为新的原生质的 组成部分。由于仅少量有机物用于合 成,故相对于好氧生物处理法,其污 泥增长率小得多。 由于废水厌氧生物处理过程不需另加氧源,故运行费用低。此外,它还具有 剩余污泥量少、可回收能量(CH4)等优点。 其主要缺点是反应速度较慢,反应时间较长,处理构筑物容积大等。为维持 较高的反应速度,需维持较高的温度,就要消耗能源。 对于有机污泥和高浓度有机废水(一般BOD5≥2000mg/L)可采用厌氧生物处 理法。
废水的好氧生物处理
好氧生物处理是在有游离氧(分子氧)存在的条件下,好氧微生物降解 有机物,使其稳定、无害化的处理方法。微生物利用废水中存在的有机污 染物(以溶解状与胶体状的为主),作为营养源进行好氧代谢。这些高能 位的有机物质经过一系列的生化反应,逐级释放能量,最终以低能位的无 机物质稳定下来,达到无害化的要求,以便返回自然环境或进一步处置。 废水好氧生物处理的最终过程可用下图表示。
藻类去除重金属的原理
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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, 吸附分为物理吸 附和生物吸附, 其中以生物吸附为主; 累积是一种主动运输的过程; 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 。