利用小球藻處理啤酒廠廢水處理的研究進(jìn)展

利用小球藻處理啤酒廠廢水處理的研究進(jìn)展

目前，傳統(tǒng)的廢水處理技術(shù)仍能從廢水中去除有機(jī)物，減少bad和cod，但水中仍然含有大量養(yǎng)分，容易引起水體富營(yíng)養(yǎng)化。去除廢水中的重金屬大多采用物理法或物理化學(xué)法,但此法藥劑耗量大、處理成本高。氧化塘是一種和下游生物技術(shù)結(jié)合起來(lái)的較簡(jiǎn)單的廢水處理方法。氧化塘和下游的滴流生物濾器或活性污泥結(jié)合起來(lái)可以經(jīng)濟(jì)有效地去除廢水中的N、P,不僅處理效果好,而且處理費(fèi)用僅僅是傳統(tǒng)處理方法的50%。小球藻是氧化塘中的主要藻類之一,在氧化塘處理廢水的過(guò)程中起著重要的作用,并且還可異養(yǎng)培養(yǎng),將富含養(yǎng)分的無(wú)毒廢水進(jìn)行資源化處理。本文著重介紹了近幾年國(guó)內(nèi)外利用小球藻處理廢水的研究進(jìn)展。小球藻(Chlorella)是單細(xì)胞藻類,大約有10個(gè)種,生態(tài)分布廣泛,小球藻生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)需求簡(jiǎn)單,能夠在含有99%的水、1%的無(wú)機(jī)鹽和溶解性氣體的嚴(yán)格無(wú)機(jī)培養(yǎng)基中連續(xù)自養(yǎng)生長(zhǎng),易于培養(yǎng),生長(zhǎng)速度快,應(yīng)用價(jià)值高。早在20世紀(jì)40年代,美國(guó)、日本、德國(guó)和以色列就開始了小球藻規(guī)模培養(yǎng)的研究。最近,小球藻異養(yǎng)技術(shù),特別是高細(xì)胞濃度培養(yǎng)技術(shù)的研究證實(shí)小球藻既能光能自養(yǎng),也能異養(yǎng)培養(yǎng)。小球藻能超負(fù)荷吸收重金屬、利用無(wú)機(jī)鹽、降解農(nóng)藥、烷烴、酚類、鄰苯二甲酸酯等多種有機(jī)物。1廢水處理與資源充分利用的研究食品發(fā)酵工廠廢水中沒(méi)有或很少含有毒物質(zhì),但含有蛋白、磷、鉀、鐵和一些微量元素,且COD、BOD都很高,大量排放會(huì)造成水體污染和資源浪費(fèi)。食品發(fā)酵工廠的廢水很適合小球藻的生長(zhǎng),因此有學(xué)者對(duì)利用小球藻處理食品發(fā)酵工廠廢水進(jìn)行了研究,力圖將廢水處理與資源充分利用結(jié)合起來(lái)。蔣培森等選用蛋白核小球藻處理啤酒廠廢水污泥。將廢水污泥的抽提液以不同比例與培養(yǎng)基混合,以不加抽提液的培養(yǎng)基為對(duì)照,然后分別接種等量的蛋白核小球藻。在25℃,10h光照/d(5000Lux)和每天搖動(dòng)兩次的條件下培養(yǎng),10d后發(fā)現(xiàn)在廢水污泥抽提液與培養(yǎng)基之比為80:20時(shí),無(wú)論是藻生物量還是粗蛋白含量都在幾組處理中是最高的,與對(duì)照相近。日本的山崎繁久等在海生小球藻的培養(yǎng)液中添加白酒釀造的蒸餾廢液,然后在恒溫箱內(nèi),充氣,光照等條件下培養(yǎng)7d。結(jié)果表明,蒸餾廢液能促進(jìn)海生小球藻增殖。本實(shí)驗(yàn)室初步研究表明,小球藻在無(wú)光異養(yǎng)條件下能利用啤酒廠廢水中多種營(yíng)養(yǎng)成分。小球藻去除廢水中的銨態(tài)氮并將它們轉(zhuǎn)化為細(xì)胞中的蛋白質(zhì)、葉綠素等含氮物質(zhì),并顯著地降低廢水中的COD、BOD。2藻類對(duì)鎘離子的去除能力Pascucci等將銅、鐵、鎳、鋁、鋅等金屬化合物與蛋白核小球藻的混合物分別接種于蒸餾水、海水、廢水中。經(jīng)過(guò)培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)銅、鎂能夠被最有效去除。Gonzalez等報(bào)道在一個(gè)廢水池中發(fā)現(xiàn)了自然生長(zhǎng)的單細(xì)胞藻類小球藻和一種細(xì)菌共同生存。并進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)這兩種微生物被人工固定在藻酸珠子時(shí)能共存,小球藻的色素單位產(chǎn)量提高,小球藻的細(xì)胞單位產(chǎn)量基本上保持恒定,所以可以利用細(xì)菌和小球藻共生來(lái)處理廢水。Mohapatra等研究了小球藻解除水銀毒害作用的能力。Liang等發(fā)現(xiàn)小球藻能夠在含有重金屬及過(guò)量銨的廢水中生長(zhǎng),處理廢水的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了廢水中資源的利用。Hammouda等報(bào)道以四尾柵藻(Scenedesmusquadricauda)和小球藻為主體的藻類培養(yǎng)—廢水凈化—水產(chǎn)養(yǎng)殖的聯(lián)合體系。利用藻類處理廢水,可以使廢水的COD、BOD5達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。并研究了不同的藻類去除磷、氮的模式,結(jié)果表明藻類都能有效的去除磷、氮,去除率達(dá)到100%。重金屬去除率可達(dá)到64.2%~100%。小球藻對(duì)重金屬的超負(fù)荷吸附能力取決于許多因素,如溫度、重金屬濃度、培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分、pH值等。Rollemberg等研究小球藻吸附鎘離子的機(jī)理。結(jié)果表明,廢水中的氫離子濃度和堿性金屬陽(yáng)離子間的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)小球藻吸附鎘離子功能有影響。Muyssen等研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)誘導(dǎo)藻株能改變小球藻耐受鋅的能力。小球藻一般能耐受65μg/L鋅,經(jīng)過(guò)100d的誘導(dǎo)期后,提高了其對(duì)鋅的忍受度。Chong等研究了普通小球藻(Chlorellavulgaris)和四尾柵藻等11種藻類處理綜合廢水中的鎳和鋅的規(guī)律性。這11種藻類能在含有30mg/L鎳和30mg/L鋅的廢水中生存。其中四尾柵藻具有最大的藻生物量而呈現(xiàn)出最強(qiáng)的處理鎳的能力,處理5min后廢水中鎳去除率達(dá)97%;處理90min后廢水中鎳的濃度進(jìn)一步下降到0.4mg/L,去除率達(dá)99%。利用四尾柵藻處理含有30mg/L鎳和30mg/L鋅的廢水,5min后發(fā)現(xiàn)超過(guò)98%鎳和鋅被同時(shí)去除,表明鋅的存在并不影響四尾柵藻處理鎳的能力。小球藻處理鎳的能力僅次于四尾柵藻,經(jīng)過(guò)小球藻處理90min后,鎳的濃度從30mg/L下降到10mg/L,其處理鎳的能力幾乎不受鋅存在的影響。進(jìn)一步比較單位生物量處理金屬的能力,小球藻具有最強(qiáng)的吸收鎳和鋅的能力。Wang等研究發(fā)現(xiàn)廢水中主要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如磷、氮等影響了小球藻超負(fù)荷吸收鉻和硒的能力。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)測(cè)定金屬富集系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)小球藻對(duì)金屬的吸收能力。結(jié)果表明,當(dāng)加入一定濃度的磷時(shí),小球藻吸收金屬的能力下降。3固定化小球藻對(duì)含酚廢水水質(zhì)的影響王翠紅等采用海藻酸鈉作為包埋劑,制成具有一定強(qiáng)度直徑為4mm的海藻酸鈉小珠,每個(gè)小珠含1.8×105個(gè)小球藻。用固定化小球藻處理酚濃度為220.5mg/L的廢水,在光照6000~7000lux,溫度20~25℃,光暗比12∶12,充氣量30mL/h條件下,經(jīng)72h處理后,出水酚濃度可降至0.306mg/L,達(dá)到國(guó)家地面水一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明,采用固定化小球藻處理含酚廢水,出水透明度高、穩(wěn)定、物理性好、成本低。孫紅文等利用普通小球藻、蛋白核小球藻和斜生柵藻處理偶氮染料廢水。實(shí)驗(yàn)中,在這3種藻培養(yǎng)液中分別加入10種不同結(jié)構(gòu)的單偶氮染料,在溫度為25℃±1℃,12h光照(光照強(qiáng)度450Lux),12h黑暗,以及光照時(shí)每3h振蕩充氣一次的條件下培養(yǎng)。結(jié)果表明,蛋白核小球藻生長(zhǎng)最好,脫色率最高;在10種單偶氮染料中對(duì)酸性紅B的脫色率最高可達(dá)89.8%。Ogbonna等研究發(fā)現(xiàn),在異養(yǎng)和光合自養(yǎng)條件下類球紅細(xì)菌(Rhodobactersphaeroides)、小球藻都能利用廢水中的有機(jī)物來(lái)生長(zhǎng),尤其在異養(yǎng)條件下,類球紅細(xì)菌和小球藻都能高效地處理廢水。結(jié)果表明,它們中的任何一種菌株單獨(dú)處理廢水時(shí)不能同時(shí)完全去除醋酸鹽、丙酸鹽、銨鹽、硝酸鹽及磷酸鹽。但把兩者結(jié)合起來(lái)處理廢水,就能同時(shí)去除上述物質(zhì)。因兩者各有所長(zhǎng),所以可以根據(jù)廢水的成分而決定類球紅細(xì)菌和小球藻的最佳比例,以達(dá)到最佳的處理效果。4小球藻的營(yíng)養(yǎng)成分利用小球藻處理廢水,可有效地去除廢水中的有機(jī)物質(zhì)、磷、氮和重金屬,處理水可用于農(nóng)田灌溉和工業(yè)生產(chǎn)。另一方面小球藻含有大量可利用的葉綠素、葉黃素和其他類胡蘿卜素、豐富的蛋白質(zhì)(≥50%)、碳水化合物、B族維生素(所含的維生素B12比人體肝臟中還高)、維生素C