利用小球藻處理啤酒廠廢水處理的研究進展

目前，傳統的廢水處理技術仍能從廢水中去除有機物，減少bad和cod，但水中仍然含有大量養分，容易引起水體富營養化。去除廢水中的重金屬大多采用物理法或物理化學法,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結合起來的較簡單的廢水處理方法。氧化塘和下游的滴流生物濾器或活性污泥結合起來可以經濟有效地去除廢水中的N、P,不僅處理效果好,而且處理費用僅僅是傳統處理方法的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程中起著重要的作用,并且還可異養培養,將富含養分的無毒廢水進行資源化處理。本文著重介紹了近幾年國內外利用小球藻處理廢水的研究進展。小球藻(Chlorella)是單細胞藻類,大約有10個種,生態分布廣泛,小球藻生長的營養需求簡單,能夠在含有99%的水、1%的無機鹽和溶解性氣體的嚴格無機培養基中連續自養生長,易于培養,生長速度快,應用價值高。早在20世紀40年代,美國、日本、德國和以色列就開始了小球藻規模培養的研究。最近,小球藻異養技術,特別是高細胞濃度培養技術的研究證實小球藻既能光能自養,也能異養培養。小球藻能超負荷吸收重金屬、利用無機鹽、降解農藥、烷烴、酚類、鄰苯二甲酸酯等多種有機物。1廢水處理與資源充分利用的研究食品發酵工廠廢水中沒有或很少含有毒物質,但含有蛋白、磷、鉀、鐵和一些微量元素,且COD、BOD都很高,大量排放會造成水體污染和資源浪費。食品發酵工廠的廢水很適合小球藻的生長,因此有學者對利用小球藻處理食品發酵工廠廢水進行了研究,力圖將廢水處理與資源充分利用結合起來。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基混合,以不加抽提液的培養基為對照,然后分別接種等量的蛋白核小球藻。在25℃,10h光照/d(5000Lux)和每天搖動兩次的條件下培養,10d后發現在廢水污泥抽提液與培養基之比為80:20時,無論是藻生物量還是粗蛋白含量都在幾組處理中是最高的,與對照相近。日本的山崎繁久等在海生小球藻的培養液中添加白酒釀造的蒸餾廢液,然后在恒溫箱內,充氣,光照等條件下培養7d。結果表明,蒸餾廢液能促進海生小球藻增殖。本實驗室初步研究表明,小球藻在無光異養條件下能利用啤酒廠廢水中多種營養成分。小球藻去除廢水中的銨態氮并將它們轉化為細胞中的蛋白質、葉綠素等含氮物質,并顯著地降低廢水中的COD、BOD。2藻類對鎘離子的去除能力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。經過培養后發現銅、鎂能夠被最有效去除。Gonzalez等報道在一個廢水池中發現了自然生長的單細胞藻類小球藻和一種細菌共同生存。并進一步研究發現這兩種微生物被人工固定在藻酸珠子時能共存,小球藻的色素單位產量提高,小球藻的細胞單位產量基本上保持恒定,所以可以利用細菌和小球藻共生來處理廢水。Mohapatra等研究了小球藻解除水銀毒害作用的能力。Liang等發現小球藻能夠在含有重金屬及過量銨的廢水中生長,處理廢水的同時實現了廢水中資源的利用。Hammouda等報道以四尾柵藻(Scenedesmusquadricauda)和小球藻為主體的藻類培養—廢水凈化—水產養殖的聯合體系。利用藻類處理廢水,可以使廢水的COD、BOD5達到排放標準。并研究了不同的藻類去除磷、氮的模式,結果表明藻類都能有效的去除磷、氮,去除率達到100%。重金屬去除率可達到64.2%~100%。小球藻對重金屬的超負荷吸附能力取決于許多因素,如溫度、重金屬濃度、培養基的營養成分、pH值等。Rollemberg等研究小球藻吸附鎘離子的機理。結果表明,廢水中的氫離子濃度和堿性金屬陽離子間的競爭對小球藻吸附鎘離子功能有影響。Muyssen等研究發現通過誘導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,經過100d的誘導期后,提高了其對鋅的忍受度。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出最強的處理鎳的能力,處理5min后廢水中鎳去除率達97%;處理90min后廢水中鎳的濃度進一步下降到0.4mg/L,去除率達99%。利用四尾柵藻處理含有30mg/L鎳和30mg/L鋅的廢水,5min后發現超過98%鎳和鋅被同時去除,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,經過小球藻處理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。進一步比較單位生物量處理金屬的能力,小球藻具有最強的吸收鎳和鋅的能力。Wang等研究發現廢水中主要的營養物質如磷、氮等影響了小球藻超負荷吸收鉻和硒的能力。實驗中通過測定金屬富集系數來評價小球藻對金屬的吸收能力。結果表明,當加入一定濃度的磷時,小球藻吸收金屬的能力下降。3固定化小球藻對含酚廢水水質的影響王翠紅等采用海藻酸鈉作為包埋劑,制成具有一定強度直徑為4mm的海藻酸鈉小珠,每個小珠含1.8×105個小球藻。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72h處理后,出水酚濃度可降至0.306mg/L,達到國家地面水一級排放標準。結果表明,采用固定化小球藻處理含酚廢水,出水透明度高、穩定、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。實驗中,在這3種藻培養液中分別加入10種不同結構的單偶氮染料,在溫度為25℃±1℃,12h光照(光照強度450Lux),12h黑暗,以及光照時每3h振蕩充氣一次的條件下培養。結果表明,蛋白核小球藻生長最好,脫色率最高;在10種單偶氮染料中對酸性紅B的脫色率最高可達89.8%。Ogbonna等研究發現,在異養和光合自養條件下類球紅細菌(Rhodobactersphaeroides)、小球藻都能利用廢水中的有機物來生長,尤其在異養條件下,類球紅細菌和小球藻都能高效地處理廢水。結果表明,它們中的任何一種菌株單獨處理廢水時不能同時完全去除醋酸鹽、丙酸鹽、銨鹽、硝酸鹽及磷酸鹽。但把兩者結合起來處理廢水,就能同時去除上述物質。因兩者各有所長,所以可以根據廢水的成分而決定類球紅細菌和小球藻的最佳比例,以達到最佳的處理效果。4小球藻的營養成分利用小球藻處理廢水,可有效地去除廢水中的有機物質、磷、氮和重金屬,處理水可用于農田灌溉和工業生產。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(≥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