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固定化藻菌对湘江N.P以及重金属(Hg.Cr)的去除

时间:2016-09-13 10:24来源:未知 作者:360期刊网 点击:

  固定化藻菌对湘江N.P以及重金属(Hg.Cr)的去除

  王茜田林玉周耀辉

  摘要:针对湘江的水体富营养化(N、P元素超标)以及重金属(Hg、Cr)的严重污染问题,本文提出了藻菌固定化技术,它是一种经济有效的污水生物处理技术,既可很好地处理N、P、重金属、有机物,又可实现资源的回收利用,具有巨大的社会与经济效益。并且藻菌固定化技术具有强可控性、强重复性、长作用时间、高利用率等优点,被广泛应用生产生活。

  关键词:湘江;重金属;藻菌固定化:脱氮除磷

  目前湘江流域水段主要污染物有氨、氮、镉、砷等20多种有毒物质。2008年水松地区主要工业企业砷、镉排放量分别达到2.52吨和4.45吨,分别占全市砷、镉总排放量的69.420/0和91.3%,是湘江衡阳段干流重金属污染的主要污源。找出经济高效的处理方法迫在眉睫。生物修复法费用低、耗能低,并针对湘江水污染情况,提出藻菌固定化技术,将细菌固定在藻类,加强其稳定性。

  一、藻菌固定化技术与载体

  藻类固定化技术是一项新型的生物修复技术,它指利用物理和化学手段将游离微生物(细胞)或酶,定位于限定的空间区域并使其保持活性和可以反复使用的一种基础技术。有效固定化藻类系统需要保持藻类活性,光合作用良好,藻类连续生长,保持高的藻细胞浓度,系统中藻细胞流失少。而载体对于藻类的固定生长起着关键的作用。

  藻菌固定化的方法:

  (一)吸附法与交联法

  吸附法又叫载体结合法,是依据带电的微生物细胞和载体之间的静电、表面张力和粘附力的作用,而使微生物细胞固定在载体表面和内部形成生物膜的方法。交联法是用(双或多)功能试剂进行酶蛋白之间的交联,是酶分子和多功能试剂之间形成共价键,凝集呈网状,生成不溶于水的二维交联聚集体,除了酶分子之间发生交联外,还存在着一定的分子内交联。该方法结合强度高、稳定性好,但反应激烈,微生物活性损失大且交联剂昂贵。

  (二)包埋法

  欧洲学者MehtaSK和GaurjP对比了固定藻和自由藻对Cu、Ni的去除效果,结果显示自由藻细胞在45min内对Cu、Ni的去除率分别为60%和53%,而60min内固定藻细胞对Cu的去除率大于90%,对Ni的去除率也接近70%。AKHTAR、Nasreen等2007年研究得出固定化小球藻可以高效去除水溶液中的C,3+,吸附处理效率达98%之多。这种固定化小球藻可以在O.lm。1/L的硝酸中高效再生,而且经过五个周期的循环使用仍然没有明显的损失,并且它的吸附能力要比大多数常用的从水、废水中去除C,3+的方法(如:吸附剂、生物吸附、离子交换树脂法1要好。

  二、藻菌固定化在处理水中污染物的机制

  (一)藻菌固定化对N、P的去除机制

  藻类在生长过程中吸收C02及水体中的氮磷等营养物质,并通过细胞中的叶绿素的光合作用转化为藻类自身的细胞物质,合成氨基酸和蛋白质,释放出氧。根据Stumm和M。rg。n提出的藻类;子子式近似为C106H2630110N16P,藻类光合作用的方程式如下:106C0216N 阳光106C02 + 16N03-+ HP042-+ 122H20 + 18H +-}C106H2630110N16P+13802。

  而Owwald[2]分析得出的藻类光合反应的方程式则为:阳光106C02+16NH4++HP042-+ 236H20—}C106H2630110N16P+11802+171H20+14H+。藻类通过光合作用,把污水中NH4+.N03-、N02-、H2P04-等无机离子和尿素等有机物质所含有的N、p等元素缔合到碳骨架上,形成藻类细胞,同时,产生的02有利于有机物浓度的降低。

  (二)藻菌固定化对重金属(Hg、Cr)的去除机制

  藻类富集重金属的过程:固定化载体表面对重金属离子的吸附作用、重金属离子向固定化载体内部的扩散传质作用、微生物对重金属的吸附作用、微生物离子对重金属离子的离子交换作用等。总的来说,重金属是由固定化载体和微生物联合去除的。

  三、藻茵固定化在水处理的国内外研究进展

  (一)藻菌固定化去除N、P的研究进展

  郑佩等采用固定化菌藻微球可有效修复污染的实际湖水,微球可重复使用3~4个循环,在前4个循环中,每个循环历时96h,TN平均去除率达80u/OL;TP平均去除率达900'/0以上;COD平均去除率达85%以上。这预示着固定化菌藻微球在富营养化湖水的修复方面具有良好的应用前景。陈丽萍等人得出固定化藻菌能够促进藻体生长,小球藻和栅藻的固定化藻菌的藻体生长明显高于固定化小球藻和固定化栅藻,并且固定化藻菌对氮磷的去除效果优于固定化微藻和悬浮态微藻,培养4d后,固定化小球藻菌处理的污水中NH4+-N和P043--P质量浓度由初始分别为25和30mg/L下降到2和Omg/L,固定化栅藻菌完全去除水体中的NH4+-N和P043--P。

  (二)藻菌固定化去除重金属(Hg、Cr)的研究进展

  陈小霞等利用固定化小球藻对Cr6+的去除进行了研究,结果显示,利用包埋法制得的固定化小球藻有较高的C,6+去除率;在pH为6~7的范围内,当Cr6+的浓度低于15mg/L时,固定化小球藻对Cr6+可以达到比较好的去除效果。国外对固定藻类处理金属离子的研究相对要早些,研究规模也较大,研究水平已达到了一定的高度。近几年在这方面做了较多探索,研究发现固定化小球藻在合适条件下对Hg2+、Cr2+和Cu2+等离子有较好的吸附效果。

  四、结语,

  菌藻共固定化对NH4+-N的去除率明显高于单独的固定化菌、藻。藻菌的生长状况和不同的生物代谢过程,和细菌与藻类互作过程及相互作用发生的内在机制有关。在未来的新型污水处理系统中,人们的关注点不应仅局限于污染物的去除,而应将藻菌固定化与实际应用相耦合,实现污水处理系统的实践。固定化藻菌技术处理废水的研究,是一项符合可持续发展战略的课题。

  参考文献:

  [1]彭明江,杨平等.固定化藻类去除氮、磷的研究进展,2005

  [2lOswaldW,GotaasHB.Photosynthesisinsewagetreatment[J].AmericanSocietyofCivilEngineersTransactions,-1 957.

  [3]郑佩,陈芳艳,唐玉斌,等.固定化菌藻微球的制备、表征及其对富营养化湖的修复[Jl.环境工程学报.2014.

  [4]陈丽萍,沈俏会,方文哲等.藻菌固定化用于市政污水深度脱氮除磷及藻体产油研究[Jl,科技导报.2015.

  [5]陈小霞,梁世中,吴振强,等.固定化小球藻去除Cr6+的研究[Jl.海洋通报,2002.

  (王茜田林玉周耀辉:南华大学。)

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