東臺農村污水處理一體化設備廢水凈化裝置

隨著化石能源的耗竭以及溫室效應的日益顯著，尋找更為節能和環境友好的污水處理工藝變得更為迫切。廢水中氮磷過剩是引發水體富營養化的主要原因之一。這些氮磷是細菌、真菌和微藻可以利用的營養物質。微藻廢水處理是環境可持續的綠色工藝，探索藻菌共培養降解廢水污染物的協同代謝調控機制具有科學意義。傳統的廢水處理通過硝化和反硝化作用，把廢水中的污染物轉化成無害的化合物。雖然處理廢水中的碳、氮和磷效率很高，但是需要補充能量，營養物質也會損失。傳統的廢水處理過程非常復雜，過程控制難度大，還會造成溫室氣體排放。利用微藻進行廢水處理，既能降低能耗，又能促進氮磷等營養物質的循環利用。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在20世紀50年代由Oswald等提出，逐步發展為高效藻類塘技術，該技術通過增加攪拌等使得塘中藻類的生長得以強化，在藻類和細菌的協同作用下，有機物、氮、磷和其他污染物的去除效率得到大幅提高。相比于傳統污水處理中以細菌和原生動物為主體的活性污泥來說，藻類的蛋白質含量高，收獲后可用作動物飼料或餌料。

　　近年來，微藻廢水處理在農業、工業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、藻菌絮體、過程集成、可持續開發和技術經濟評估等問題。

為滿足對蛋白和水產品的需要，全球范圍內的水產養殖業規模逐步擴大，產生的農業廢水也在逐年增加。室外開放培養微藻保持嚴格無菌是困難的。Halfhide等研究發現，微藻無菌和有菌處理水產廢水的生物量都可達0.35g/L，硝基氮(NO3-)去除率也都大于95%，但是無菌條件下COD去除率只有25%～30%，而有菌處理條件下可以達到75%以上。魚菜共生是生態化的農業生產系統。在魚菜共生系統中魚會產生糞便等進入水體，Addy等加入小球藻和魚形成一個動態平衡，穩定pH在7，氨氮(NH4+)和亞硝酸鹽都可以有效去除，結果也證明，微藻比蔬菜對氮去除效果好。Xu等在養魚廢水中加入微藻，COD、TN和TP去除率達50%以上。養豬廢水中的TN1356mg/L，TP63.5mg/L，Ganeshkumar等用微藻直接處理養豬廢水，TN去除率僅有40.88%，TP去除率3.1%。將養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%。微藻處理農業廢水潛力巨大，需要結合各地實際情況，從生態農業和循環經濟角度出發，做好藻種選育、工藝優化和產品開發工作。

　　采用成熟的液體培養基可以保障微藻快速生長，但是工業廢水中的成分與傳統培養基還有很大差別。Hyu等發現，如果不添加其他成分，混合微藻處理能清除動物糞便廢液、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最好，但是生物量僅有0.4g/L，這限制了微藻對氮的進一步利用。Gao等研究發現，海鮮加工廢水中的TN為120mg/L，經微藻處理45d后可以較好去除，如果經過曝氣或稀釋，處理時間能縮短至19d。Memon等發現制糖廢水中的COD可達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去除率能達到80%。Solovchenko等發現酒精蒸餾廢水的COD高達20g/L，經過預處理，將pH調控至6～7，對之后的廢水處理至關重要。傳統的厭氧硝化廢水處理后產生大量活性污泥，需要處理。Ge等在微藻培養體系中加入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等發現，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%。如果在實際活性污泥濃縮液中再加入1g/L的廢甘油，生物質產率能達到0.46g/(L·d)，油脂含量能達到27%，污染物的去除率均大于86%。但是加入甘油質量濃度大于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的去除沒有顯著差異，但是TN去除率降低到77.2%。Daneshvar等發現藻種選擇在廢水處理中也很關鍵，同樣處理乳業廢水，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等指標外，工業廢水還包括重金屬離子和有毒有害化學品等成分，需要多個步驟進行凈化。微藻可以作為整體工藝的一個環節，可以提高工業廢水效率。

東臺農村污水處理一體化設備廢水凈化裝置　　

城市廢水的組成與工農業廢水有差異。一般來說，城市廢水經過一級處理后，可以通過微藻進行深入處理。比如，Wang等進行城市廢水一級處理后，TN和TP質量濃度分別從20～80mg/L和3～7mg/L降低到5～30mg/L和0.2～3mg/L，再用傳統方法處理需要耗費能量，也難以繼續去除廢棄物，而利用微藻就可以達到凈化目的。食品廢棄物厭氧消化廢水中COD和NH4+均較高，Cheng等發現通入15%CO2可以促進小球藻生長和污染物的去除，同時，用臭氧進行前處理比用曝氣進行前處理對COD、TN和TP的去除更有效。Katam等直接從湖中采集的混藻也對餐廚廢水中的TN、TP和總有機碳(TOC)有大于85%的去除效果。

　　工農業廢水以及城市廢水中可能均含一些有害物質。這些物質含量不高，但是持續累積會對環境和人類健康造成危害，比如農藥、抗生素等。微藻去除廢水中有害化合物的機制包括降解或吸附。水培番茄廢水中含有多種殺蟲劑，包括甲霜靈、嘧霉胺分解。抗生素一般對藻類具有細胞毒性。在廢水中抗生素也會發生光解和水解。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種微藻的吸附發揮了重要作用。如果僅憑光解和水解，去除7氨需要300h。結合光降解和吸附，Norvill等用高速藻類塘處理含100μg/L四環素的城市廢水，其中四環素的去除率可達93%～99%。Hom-Diaz等用室外1200L的光生物反應器處理包含大量藥物化合物的廢水，對抗炎藥