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固定化藻菌对富营养化水体的修复

时间:2016-09-10 14:51来源:未知 作者:360期刊网 点击:

  固定化藻菌对富营养化水体的修复

  王茜秦晓晓周耀辉

  摘要:由于社会经济快速发展和治理措施的相对滞后,湖泊富营养化已成为我国淡水湖泊面临的最主要生态环境问题。我国已有的修复富营养化水体方法都具有成本高、能耗高,并且出水仍然含有相当多、难降解有机物和重金属等缺点,而藻茵共生系统能够互相提供生长因子,提高微生物细胞浓度和纯度,反应过程控制比较容易,还能回收利用,对水的清洁度也远远高于普通藻类。因此,藻茵共生系统在修复富营养化有非常广阔的应用剪君。

  关键词:固定化藻茵;生物脱氮除磷技术;国内外研究现状

  一、富营养化现状以及危害

  造成湖泊富营养化最主要的因素就是N、P等营养盐的大量输入,造成水生植物和浮游生物过度生长,以致于破坏水体生态系统平衡。进入水体的氮、磷来源主要有以下几个方面:工业和生活污水未经处理直接进入水体;污水厂出水;面源性的农业污染物(农药等);城市来源(含磷洗涤剂等)。一般情况下认为总磷含量大于0.01-0.02mg/L,总氮含量超过0.2-0.3mg/L,水体即发生富营养化。近年来我国湖泊富营养化进程相当迅速,据统计,我国富营养化湖泊占总调查湖泊数量的比例不断增大,湖泊富营养化的危害主要表现在以下几个方面:

  (一)影响人类健康、鱼类生长和农作物生长

  湖泊富营养化会与人体或动物血红蛋白结合生成高铁血红蛋白,丧失输氧功能;亚硝胺为致癌物质,导致人畜患食道癌,胃癌的几率增大。其次,水体中的游离氨影响鱼鳃传递氧的能力,对大部分鱼类来说,水中游离氨对鱼的致死量为Img/L;而且富营养化湖泊中部分藻类死亡后,藻体分解产生毒素,直接毒害鱼类,有可能经食物链对人类产生威胁。最后,富营养化水体中的有机物会影响土壤结构和持水率,进而影响农作物的生长。

  (二)降低湖泊的供水能力与景观价值

  富营养化湖泊水体中大量的藻类,浮游生物以及漂浮物会堵塞管道,给净水设施的运行造成困难,同时增加处理成本。生成的氨气,硫化氢和甲烷等气体,散发难闻恶臭。且水面漂浮物严重,影响水域的旅游价值,进而影响湖泊的经济价值。

  二、生物脱氮除磷技术

  (一)发展趋势

  生物修复作为环境生物技术的核心部分,近年来在基础和应用研究上取得了重大进展,展示了在实际污染控制中应用的可能性。生物修复技术和物理化学方法相比,在处理成本上占很大优势,比如美国军事环境中心对1万吨以上的污染土壤修复成本的研究结果表明,异位生物修复技术成本为230~ 300US$/t,而燃烧法的成本为740US$/t。与异位生物修复相比,原位生物修复技术成本将更低,但影响因素多,工艺条件控制难。因此,研究开发在复杂的污染体系中快速定量检测污染物的变化和降解微生物及其群落变化的简便方法,生物修复优化控制方法和理论将是今后环境生物技术的重要研究方向。

  (二)藻菌共固定化体系

  活性污泥法是目前广泛采用的污水处理方法,它能利用细菌对多种营养物质的吸收和降解能力有效去除水体中的污染物。和传统的悬浮生物处理法相比,固定化微生物处理工艺具有处理效率高,稳定性强,能纯化和保持高效菌株,生物浓度高,污泥产量少,固液分离效果好等优点,因此受到了广泛关注。通过试验可以证明固定化硝化与反硝化混合污泥可以实现单级生物脱氮,效果好于未固定污泥。

  三、国内外研究现状

  在国内,生物修复法因具有处理效果好,无二次污染,费用低等优点在水处理领域受到青睐。由于微生物应用于水处理分悬浮法和固着法,悬浮法在处理水质的过程中,存在微生物难以与水体分离,不易收获,易引起二次污染等重大问题,而微生物固定化技术是刹用物理或化学的方法将微生物固定在某一特定空间内,使其既不溶于水又能保留微生物固有的活性,而能重复连续使用的生物工程技术。

  比如李映霞等研究表明固定化螺旋藻的生长期略滞后于悬浮态螺旋藻,但固定化螺旋藻生长期更长;悬浮态下,螺旋藻对TN、TP最大去除率分别为35.3%和34.6%;固定化后螺旋藻对TN、TP最大去除率分别达到了45.2%和56.3 010,说明经固定化后显著提高了螺旋藻对N、P去除能力。严清等对固定化和游离态小球藻脱氮除磷效果进行了对比研究,结果表明固定化藻在2d内对氨氮和磷酸盐的去除率比游离态藻分别高出23.14%和35.19%;固定化后初期内会对藻细胞的生长产生一定的影响,使得其生长慢于游离态藻,但在较短时间内即可恢复细胞活性,继续生长,说明固定化过程并未对细胞造成不可恢复的损伤,固定化还可以保护细胞免受外界环境的影响,延长藻细胞的使用期。

  在国外技术中,自从Hattori在20世纪50年代首次完成对大肠杆菌的固定化后,微生物固定化技术已迅速发展成为比较完备的方法体系。Tam、Travieso等利用固定化藻菌系统对污水进行脱氮除磷,效果明显好于游离态藻脱氮除磷的效率,且固定化后的藻菌有效期更长。Yanyan Su等利用藻和活性污泥共生系统处理废水中营养物质和有机物并研究藻和活性污泥的比例对去除结果的影响,结果表明微生物的比例对COD的去除影响不大,但对氮磷去除影响较大;10d内,藻与活性污泥比例为5:1的组对氮磷最高去除率分别达到91.Ot7.Oo和93.5t2.5%,相比其他比例条件对氮磷的去除率高约5~40%。

  四、结语·

  微生物固定化技术与传统生物水处理技术相比效果要好,稳定性强,受外界环境影响小,保持高效优势微生物,微生物浓度大,易收获、减少二次污染等优点,目前业内越来越多的学者开始重视对藻菌固定化的研究。对固定化体系脱氮除磷机理的研究发现,对于磷的去除吸附、同化和共沉积作用是其主要去除作用,而氨氮在吸附同化过程中还有挥发作用是其主要的去除机理。这对于今后研究其他脱氮除磷的方法是一个比较好的借鉴。

  参考文献:

  [1]王建龙,生物固定化技术与水污染控制[M].北京:科学出版社.2002

  [2]lwema A.Meunier A.Influence of nitrate on acetic acid in-duced biological phosphoruS removal[J].Wat.Sci.Techn01.2002.

  [3】李映霞.王亚运,田芳,等,固定化螺旋藻对污水中氮磷的去除能力研究[J】.安徽农业科学.2010.

  [4]严清.孙连鹏.固定化与游离态小球藻脱氮除磷对比研究[J].能源环境保护.2008.

  (王茜秦晓晓周耀辉:南华大学。)

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