（环境科学专业论文）pva固定化微藻脱氮除磷研究.pdf

ab s t r a c t i n p a r t 1 , t h e m e t h o d s o f i m m o b i l i z a t i o n w e r e s t u d i e d . t h e e ff e c t s o f d e n i t r i f i c a t i o n a n d p h o s p h o r u s r e m o v a l b y m i c r o a l g a e i m m o b i l i z e d w i t h m o d i f i e d p v a - s u l f a t e m e t h o d , w e r e s t u d i e d u n d e r d i ff e r e n t c o n d i t i o n s . i n c o m p a r i s o n s t u d y o n t h r e e i m m o b i l i z a t i o n m e t h o d s , i t w a s f o u n d t h a t 1 . a l g i n a t e b e a d s w o u l d b e d e s t r o y e d i n 3 0 m g l l p h o s p h o r u s s o l u t i o n , a n d l e a d t o l e a k a g e o f a l g a e . 2 . t h e p v a b e a d s c r o s s l i n k e d w i t h b o r i c a c i d , h a d n o t r a n s p a r e n c e . i t i s n o t s u i t a b l e f o r g r o w t h o f a l g a e . 3 . mo d i f i e d p v a- s u l f a t e i mmo b i l i z a t i o n me t h o d a v o i d e d t h e s u c h a s a g g l o m e r a t i o n a n d o p e r a t i o n c o m p l e x i t y . t h e b e a d s w e r e d i s a d v a n t a g e s , s e mi t r a n s p a r e n t a n d h a d h i g h e r s t r e n g t h . a l g a e c o u l d g r o w w e l l i n it a n d h a d e ff e c t i v e r e m o v a l o f n it r o g e n a n d p h o s p h o r u s e n t r a p p e d c h l o r e l l a p y r e n o i d o s a p e r f o r m e d t h e b e s t r e m o v a l o f n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s i n t h r e e g r e e n a l g a e i m m o b i l i z e d b y m o d i f i e d p v a - s u l f a t e m e t h o d , s c e n e d e s m u s o b l i q u u s , c h l o r e l l a p y r e n o i d o s a , c h l o r e l l a v u l g a r i s . c o m p a r e d w i t h fr e e c o n d it i o n , i m m o b i l i z e d c h l o r e l l a p y r e n o i d o s a h a d a b e tt e r p e r f o r m a n c e o n r e m o v a l o f n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s . i m m o b i l i z a t i o n c o u l d d e l a y t h e a c t i v i t y a n d d e c r e as e t h e s a t u r a t i o n r a t e o f n u t r i e n t s a b s o r p t i o n . i t w a s f o u n d t h a t t h e a b s o r p t i o n r a t e o f a m m o n i a n i t r o g e n w a s h i g h e r t h a n t h a t o f n it r a t e n i t r o g e n . i m m o b i l i z e d h i g h e r o r i g i n a l a l g a e m a s s c o u l d r e m o v e m o r e n i t r o g e n a n d p h o s p h o ru s . b u t w h e n 1 0 a l g a e m a s s w as i m m o b i l i z e d ,a s s e v e r e l e a k a g e o f a l g a e o c c u r r e d , r e m o v a l o f n it r o g e n a n d p h o s p h o ru s d e c r e as e d . c o n s i d e r i n g i t , 5 x 1 0 5 - - 1 0 w as t h e f a v o r a b l e o r i g i n a l i m m o b i l i z a t i o n a l g a e m a s s . u n d e r 2 4 h o u r s i l lu m i n a t i o n , i m m o b i l i z e d c h l o r e l l a p y r e n o i d o s a c o u l d m a i n t a i n c o n t i n u o u s p h o s p h o rus r e m o v a l . u n d e r 1 2 h o u r s i l l u m i n a t i o n , t h e r e w a s a fl u c t u a t i o n p h o s p h o ru s r e m o v a l i n t h e l i g h t a n d d a r k p e r i o d . u n d e r d a r k , p h o s p h o r u s r e m o v a l b e c a m e v e r y l o w . t h e r e s u lt s i n d i c a t e d t h a t i l l u m i n a t io n w a s t h e i m p o r t a n t f a c t o r i n i m m o b i l i z e d c h l o r e l l a p y r e n o i d o s a r e m o v i n g p h o s p h o r u s . t h e i m m o b i l i z e d c h l o r e l l a p y r e n o i d o s a a b i l i t y o f p h o s p h o r u s r e m o v a l c o u l d r e g e n e r a t e u n d e r d a r k o n c e i t h a d b e e n s a t u r a t e d . t h e i m m o b i l i z e d c h l o r e l l a p y r e n o i d o s a w a s k e p t u n d e r d a r k i n 2 d a y s , t h e a b i l i t y o f p h o s p h o ru s r e m o v a l , w h i c h w a s s a t u r a t e d i n t h e f o r m e r c i r c l e s , r e c o v e r e d . t e m s h o w e d t h a t t h e a l g a e c o u l d g r o w a n d r e p r o d u c e i n s i d e t h e c a r r i e r . t h a t i n d i c a t e d t h a t m o d i f i e d p v a - s u l f a t e i m m o b i l i z a t i o n m e t h o d w a s mi l d , a n d h a d l e s s d a m a g e t o c e l l s . i n p a rt i i , t h e e ff e c t s o f d e n i t r i f i c a t i o n a n d p h o s p h o ru s r e m o v a l b y c o - i m m o b i l iz a t i o n o f a l g a e a n d b a c t e r i a w e r e s t u d i e d . u n d e r t h r e e d i ff e r e n t a l g a e l b a c t e r i a p r o p o r t i o n , t h e d e n it r i f i c a t i o n r e m o v a l c o u l d a l l r e a c h 1 0 0 %. b u t t h e r e m o v a l o f p h o s p h o ru s w a s c o r r e l a t i v e w i t h t h e a l g a e m a s s . t h e e x p e r i m e n t i n d i c a t e d t h a t b a c t e r i a w a s t h e m a i n c o n t r i b u t o r f o r d e n i t r i f i c a t i o n , a n d j u s t a s a l g a e w a s t h e m a i n c o n t r i b u t o r f o r p h o s p h o ru s r e m o v a l . p h o s p h o rus r e m o v a l b y c o - i m m o b i l i z a t i o n o f a l g a e a n d b a c t e r i a f o l l o w e d fi r s t - r a t e k i n e t i c s , s o m o s t o f t h e p h o s p h o ru s c o u l d b e r e m o v e d i n 2 4 h o u r s . b u t d e n i t r i f i c a t i o n w a s d i f f i c u l t t o b e s u m m a r i z e d w i t h a s i m p l e f o r m u l a , a l t h o u g h in t h e f i r s t s e v e r a l h o u r s i t t r e n d e d t o f o l l o w i n g t h e f i r s t - r a t e k i n e t i c s . i n t h e l a b - s c a l e t e s t , w h e n h r t w as 2 4 h o u r s , b o t h r a t e s o f d e n i t r i f i c a t i o n a n d p h o s p h o ru s r e m o v a l c o u ld r e a c h m o r e t h a n 4 0 % b y c o - i m m o b i l i z a t io n o f a l g a e a n d b a c t e r i a , w h e r e a s c o d r e m o v a l r a t e w a s o n l y 4 3 %. d i ff e r e n t h r t w a s s t u d i e d i n c o n t in u o u s m o d e s . i t w a s f o u n d t h a t t h e g r e a t e s t r e m o v a l r a t e c o u l d a l m o s t r e a c h u n d e r h r t = 1 2 h o u r s , a n d c o u l d h a r d l y i n c r e a s e e v e n i f h r t i n c r e a s e d . t h e e n v i r o n m e n t f a c t o r s i n fl u e n c i n g t h e i m m o b i l i z e d a l g a e n e e d f u r th e r s t u d i e s , a n d m o r e s t u d i e s o n p r a c t i c a l w a s t e w a t e r a r e n e e d e d . k e y w o r d s : p v a i m m o b i l iz a t i o n mi c r o a l g a e d e n i t r i f i c a t i o n p h o s p h o rus r e m o v a l 前 胜. 目 第一节 富营养化的类型 一 天然营养化 世界上许许多多湖泊，他们在数千年前，或者更远年代的幼年时期，处于贫 营养状态。然而，随时间的推移和环境变化，湖泊一方面从天然水中接纳氮， 磷等营养物质，一方面土壤的自 然淋溶， 渗透， 也使大量的营养元素进入湖内， 逐渐增加湖泊水体的肥力，大量的浮游生物和其他水生生物的生长就成为可能， 这就为草食性的甲壳纲动物，昆虫和鱼类提供了丰富的食料。当这些植物和动 物死亡后，它们的肌体沉积在湖底， 积累形成底泥沉积物。 残存的植物和动物 肌体不断分解，由 此释放出的营养物质依照食物链的途经进入其他动物肌体内。 很显然，按照这种方式和途径，经过千年甚至万年的天然演化过程，原来的 平营养湖泊就逐渐演化成富营养湖泊。湖泊营养物质的这种天然富集，湖水营 养物质浓度逐渐增高而发生水质变化过程，就是通常所称的天然营养化。 从天然环境中获得的氮磷营养一般数量都非常微少，水质演化的过程极其缓 慢，往往需要以地质年代来描述天然营养化的进程。 二. 人为营养化 随着人类对环境资源的开发利用活动日 益增加，特别是进入本世纪以来，工 农业生产大规模地迅速发展，工业化带来了城市化现象，使得不断增加的人口 集中在一些水源丰富的地区。居住的城市化，使得大量含有氮、磷营养物质的 生活污水排入附近的湖泊、水库、河流， 增加了这些水体的营养物质的负荷量。 工业发展促近和带动了农业的进步。为了提高农作物产量，使用的化学肥料 和牲畜的粪便逐年增加，经过雨水冲刷和渗透， 有更多的营养物质流失而最终 输入水体中。 在水产养殖方面，为了达到渔业高产，一些国家和地区有采用投放饵粪的传 统习惯。这样，投放饵料粪便成为水体接纳氮磷营养物质的主要渠道。 上面这些人为因素的影响，使得湖泊水体在一定时间内，有原来的营养物质 浓度低的贫营养状态，逐渐演变为具有高浓度营养物质的富营养水体。为了区 别于前面所属的天然富营养化，我们把这种由于人为活动因素而使水质富营养 化的过程叫做人为富营养化。这是当代许多国家的政府和公众关注的环境问题 之一，治理这种水污染需花费昂贵的代价。 三. 天然富营养化与人为富营养化的异同 天然富营养化和人为富营养化的共同点在于它们都是由于水体中氮磷营养 物质的富集而使水质恶 化的过程，表现出水体的生物生张繁殖能力提高、藻类 异常增殖现象。 但是，这两种过程具有实质性的区别。天然富营养化是湖泊水体生长发育 老化消亡整个生命史中必经的夭然过程，这个过程极其漫长，常常需要以 地质 或世纪来描述其过程。天然富营养化过程中，伴随明显的湖泊形态学变化，例 如湖泊由深变浅、面积逐渐下降、容积下降等等。另外，造成天然富营养化的 氮磷营养物质，通常是很难控制的。因此，湖泊天然富营养化的结果，标志着 湖泊己经进入老年期，这样的湖泊称为老年湖.所以，天然富营养化通常是不 可逆过程，湖泊继续演变，湖底抬升，水草丛生，变为沼泽地，从而导致湖泊 最终消亡。 人为富营养化则不同，它演变的速度非常快，往往只需要几十年时间即可使 水体由贫营养化状态变为富营养化状态.在湖泊形态学方面，人为富营养化过 程中并无明显的变化。突出的变化主要表现在湖泊的生物具有很高的生长繁殖 能力。 人为富营养化并非不可逆过程，控制人类活动所产生的营养物质的排放， 采取有效的措施，对己 输入湖泊水体的营养物质进行治理，经过一段时间，这 样的水体通常都可以逆转，恢复到原来的状态。所以，人为富营养化的湖泊， 并不一定意味着湖泊己经老化或者正在消亡，它主要表明湖泊水质遭受到了 严 重污染。 第二节 富营养化的危害 富营养化水体在很多用途方面，都被认为是劣质水体。 下面，分别从几个方面来讨论富营养化状态对水质的影响和危害。 一 使水味变得腥臭难闻 在富营养化状态的水体中生长着很多藻类，其中有一些藻类能够散发出 腥味异臭。这些散发腥味异臭的藻类，影响水体周围的空气，也影响水质。 现在己经知道， 象蓝藻类的束丝藻属( a p h a n i z o m e n o n ) 和鱼腥藻属( a n a b a e n a ) 都散发出类似猪圈中令人讨厌的青草腐烂时的臭味:绿藻门的空球藻属 ( e u d o r i n a )散发出的气味则象鱼腐烂时的腥臭。 此外，硅藻门中某些藻属 如针杆藻属 ( s y n e d r a ) 也能发出 腐质恶臭。 在春末和夏季， 秋天温度较高的 时期，水藻大量腐殖，成团的藻类死亡分解腐烂时，经过放线菌等微生物的 分解作用，使这些水藻散发出更加浓烈的的使人恶心的腥臭。 藻类散发出的这种腥臭，向湖泊四周的空气扩散，直接影响、烦扰人们 的正常生活，给人们不舒适感觉，同时，这种腥臭味也使水味难闻，大大降 低了水质质量。 二. 降低水体的透明度 在富营养化水体中，生长着以 蓝藻、 绿藻为优势种类的大量水藻。这 些水藻浮在湖水表面， 形成一层 “ 绿色浮渣， 。由 于表层水体悬浮着密集的水 藻， 使水质变得混浊， 透明 度明显降低， 富营养严重的水质透明 度仅有0 . 2 m , 湖水感观性大大下降。 水味腥臭和透明度下降，将会使得大量的城市和郊区湖泊水体在功能、 用途方面大大降低效益。这是因为城郊湖泊水体在现代城市生态系统中所处 的重要位置所决定的。但是，如果这些湖泊水体呈现富营养化状态，水味、 水色和透明度等感观性状的恶化，则丧失了它应有的美学价值，湖泊水体的 旅游、观赏的美学价值受到严重影响。 三. 消耗水体的溶解氧 富营养湖泊的表层，藻类可以获得充足的阳光，从空气中获得足够的二氧 化碳进行光合作用而放出氧气，因此表层水体有充足的溶解氧。但是，在富 营养湖泊的深层，情况就不同了。首先，由于表层有密集的藻类，因而使得 阳光难以透射进入湖泊深层;而且，阳光在穿射水层的过程中，被藻类吸收 而衰减，所以深层水体的光合作用明显的受到限制而减弱，因而溶解氧的来 源也就随之减少。其次，湖泊藻类死亡后不断地向湖底沉积，不断地腐烂分 解，也会消耗深层水体大量的溶解氧，严重时可能使深层水体的溶解氧消耗 殆尽而呈厌氧状态，使得需氧生物难以生存。这种厌氧状态，可以触发或者 加速底泥积累的营养物质的释放， 造成水体营养物质的高负荷，形成富营养 水体的恶性循环。 四.向水体释放有毒物质 富营养对水质的另一个影响是某些藻类能够分泌、释放有毒性的物质。 例如，蓝藻门的不定腔球藻 ( c o c l o s - p h a e r i u m d u b i u m )， 铜锈微囊藻 ( m i c o c y s t i s a e r u g i - n o s a ) 等藻能够分泌藻青阮 ( p h y c y a n ) 这样的带有毒 性的物质，这种有毒的物质进入水体后，若被牲畜饮入体内，可引起牲畜肠 胃道炎症。人若饮用也会发生消化道炎症，有害人体健康。 五. 影响供水水质并增加制水成本 湖泊常常是生活饮用水和工业用水的供给水源。随着生产发展和人民生 活水平的提高，城市和工矿区对饮用水和工业供水的需求量与日 俱增。然而， 富营养化水体在作为供给水源时，会给制水厂带来一系列问题。 首先，在夏日高温藻类增值旺盛的集结，过量的藻类会给制水厂在过滤 过程中带来障碍，水藻可能经常堵塞过滤池。为了消除堵塞现象，需要改善 或者增加过滤措施. 其次，富营养水体由于缺氧而产生硫化氢、甲 烷和氨气等有毒气体，而 且水藻产生的某些有毒物质，在制水过程中，更增加了水处理的技术难度。 既影响制水厂的出水率，同时也增加了制水成本费用。 为了清除藻类，消除毒素，结果又加大了杀菌剂的投放量;研究表明， 加氯消毒过程中将生成三氛甲烷等有机物质和致突变物质，加氯量愈多，生 成的致突变物质愈多。为了使出厂水质达到标准， 水厂必须增加曝气装置。 如此等等，明显增加了制水厂的投资，降低了经济效益。尽管水厂采取种种 措施，努力提高出厂水质，但是，仍然不能达到令人满意的程度。 六. 对水体生态的影响 在正常情况下，湖泊水体中各种生物都处于相对平衡的状态。但是，一旦水 体受到污染而呈现富营养状态时，水体的这种正常的生态平衡就会被扰乱， 生物种群量就会显示出剧烈的波动;某些生物种类明显减少，而另外一些生 物种类则明显增加。这种生物种类演替就会导致水生生物的稳定性和多样性 降低，破坏了湖泊的生态平衡。 由于生活污水和工业废水大量排放入湖，以及放养草食性鱼类等因素的 影响，水生高等植物受到严重影响，种群数量发生了明显的改变，湖泊生态 环境发生了急剧的变化。 例如武汉东湖，过去占 湖优势种类的黄丝草几乎绝 迹，而大茨藻则生长的很茂盛，在浮游植物中，表征水质富营养状态的蓝藻、 绿藻则逐渐上升成为优势种类。 七. 对渔业的影响 从渔业角度看，在贫营养和富营养水体之间的选择的界限是很小的。 在富营养水体，水质较肥，浮游生物丰富，为以吞食浮游生物和碎屑为 主的鲍鱼、缩鱼、鲤鱼、螂鱼提供了充足的食料，有利这些鱼类的生长，有 助于提高鱼产量。所以，一定程度的富营养对渔业来说，并不意味着弊而是 利。 在贫营养水体中，因为浮游生物稀少，这对以吞食浮游生物为主的鱼类 的生长显然是不利的。但是，贫营养水体对某些需氧量高的冷水鱼，例如鳍 鱼，蛙鱼等鱼类的生长是有利的。如果贫营养水体演变成为富营养，则这样 一些冷水鱼的生长就会受到明显的抑制。而其他一些相应鱼种甚至一些杂鱼 可能生长起来，于是鱼的种群结构发生变化， 影响鱼的质量。 第三节 我国及天津富营养化的状况 综上所述，富营养化 ( e u t r o p h i c a t i o n ) 是指由 于人类的活动 ， 水体中 营养成分 ( 如氮、磷等 ) 增加 ， 引起植物过量生长和整个水体生态平衡的改变 ， 因而造成 危害的一种污染现象。 我国是下一个用多湖泊的国家，面积在 1平方公里以上的湖泊，全国共有 2 3 0 0个。湖泊总面积约 7 1 7 5 7平方公里，约占 全国总面积的 0 . 8 %。随着现代 经济的迅速发展，农业技术的进步，城镇的排污量和人口不断增加，使污染湖 泊水体的因素日 益增多，大量的营养物质 ( 如氮、磷等) 不断流入湖泊，湖泊 富营养化日 趋严重。根据我国对3 7 个主要湖泊的调查资料，以及根据国内外评 价湖泊富营养化的经验制定的指标，3 7个湖泊的富营养状况，具有中营养型和 中 一富营养型的占5 5 .8 %，富营养型的占 1 4 .7 %,重富营养型的占 8 .8 % 。其中 富营养型和重富营养型的湖泊在国民经济中的地位十分重要，这是由于它们往 往地处文化、经济中心城市，如杭州西湖、武汉东湖都是我国著名风景城市内 湖。 特别值得重视的是，近十几年来 ，我国湖泊富营养化的趋势发展很快，大 多数湖泊的富营养化情况十分严重。此外我国的天然表面水体的富营养化率已 高达3 0，江河的富营养化甚至已与沿海的赤潮连在一起。可以说 ， 富营养化 是我国水体尤其是城市水体最严重的污染之一。故对湖泊富营养化的预防治理 已成当务之急。 于桥水库是天津市唯一的水源地，也是引滦入津工程的大型调蓄水库。于 桥水库富营养化程度直接影响着引滦水质的好坏，也是关系天津人民身心健康、 社会稳定和国民经济发展的大事。近 1 0 多年来，于桥水库流域经济高速增长， 城乡居民生活水平迅速提高，由此引起的废水排放量成倍增加，特别是含氮磷 废水，通过河道流入水库，使水库中氮磷浓度逐年增加! 引滦入津工程投入使 用后，于桥水库不仅接纳本流域来水，同时还接纳滦河来水，因此，于桥水库 的水质特性受两大水系的影响! 随着季节、气候的变化，于桥水库的水质呈明显 的周期性变化， 冬季水质好于夏季，一般 1 , 2 月份水质最好，透明度最高，夏 季7 , 8 月份藻类大量生长，透明 度极低，水质最差。 于桥水库富营养化的发展 趋势令人担忧，如何控制其富营养化速度极为迫切。 第四节 防治富营养化的措施 发生富营养化除了水体接纳了过多的氮、磷以外，还需要满足一定的自 然条 件，如适宜的光照、温度、水流状况等等.由于这些自 然条件非人为所控制， 且引起富营养化的根本原因是向水体输入了过量的氮、磷，所以如何限制与削 减进入水体的氮、磷总量就成为解决这一问题的根本方法. 一 源头防止 为了减少农田及地面径流向水体输入的氮磷量， 应对裸露地面进行绿化， 恢复植被，控制水土流失，防止土壤中的氮、磷汇入水库、湖泊等受纳水体， 这样既保持了土壤的功能，又减少了氮磷向水体的输入。 逐步禁止生产和使用含磷洗衣粉。由于含磷洗衣粉对污水中磷含量的贡献 大约占 2 0 % 左右z ，所以采取此措施能在一定程度上减轻污水中磷的负荷，并且 实施起来投入最小。这些方法可以 从源头上减少氮、磷营养盐向水体的输入。 二. 对己 发生富营养化的水体进行恢复 以生态手段恢复已发生富营养化的水体。如构建合理的生态系统，利用生 物对氮磷的代谢作用， 将其吸收，形成微生物、植物、动物等协同良 好的关系， 同时不断以收获生物的方式，将沉积在水域中的氮磷水平逐步降低。 对水域进行疏浚、清淤，将沉积在水底氮磷直接移出，但该方法投资巨大， 往往不易大规模进行。 三. 工程防治 由于氮、磷是人体正常代谢的产物，生活污水中的主要组成，且是多种工业 废水中常见的成分 ( 见表 1 ) ,所以水中不可避免会有一定量的氮、磷成分。为 此寻求更加高效的污水处理方法，就成为营养物质输入水体前的防止手段。 目 前常用的脱氮除磷处理工艺及其去除效果见表 2 。 从表中可以看出，总体 而言，生物法的脱氮除磷效果较好，而物理与化学方法相对差些。从表 3 脱氮 的几种方法比较看，脱氮除磷各种工艺中，生物法的投资最少。 表 ，各种行业原水、排放水的氮、磷浓度3 原水 排放水 行业类别 总磷 ( m g / d总氮 ( m g / d 黔 最大 平均 黯 .“jj一，夕00 八二，j-八曰 姜月-口-八曰 均-00 平-巧 农业( 畜牧 农业 ) 食品原料 制造业 纤维工业 造纸业 化学工业 金属产品 制造业 电器机械 制造业 运输机械 制造业 水道业( 下 水 道业 ) 旅馆. 其他 住宿业 保健及废 弃物处理 业( 粪便处 理业) 其他服务 业和畜场 不能分类 的行业( 工 厂排水公 用工程处 理业) 总磷恤s / 1 ) j d , li t56.8 796 均-2 平-31 0 . 0 9 】 2 3 42 7 . 90 . 8 0 2 0 0 1 4 . 9 9 8 . 46 . 5 00 . 8 0 07一46 nu-1 62一80-27 j一nu 14 5 0 13 115 .4 13 .6 8 4 . 1 4 1 . 5 4 8 8 2 4 . 3 1 7 . 9 1 2 9 1 2 . 8 1 0 . 1 0 . 2 7 6 0 6 4 . 51 2 . 6 2 0 . 1 2 5 3 . 6 4 . 0 0 4 . 6 0 2 . 3 1 1 . 2 0 4 . 1 0 8 6 1 6 . 3 8 4 . 1 2 1 2 . 6 08 . 0 0n d0 . 2 70 . 1 43 8 2 . 5 2 1 . 9 5 . 1 8 1 4 0 . 1 1 3 6 4 1 7 . 2 5 1 4 .4 5 3 . 6 4 7 6 n d 1 . 0 8 1 0 . 5 7 】 2 . 5 18 264 . 5 6 2 42 9 7 1 7 . 4 2 . 0 6 5 . 1 0 0 . 2 7 1 5 . 6 52 . 1 9 9 1 . 5 6 . 1 7 ) - 一9 . 5 0 3 . 2 6 5 . 3 0 1 6 . 7 2 1 . 9 2 4 . 3 3 5 1 0 1 3 8 9 . 2 00 . 4 4 】1 . 1 0 表 2各种污水处理工程氮、磷的去除率3 处理方法总磷( % )总氮( % ) 最大最小平均最大 最小平均 活性污泥处理 9 9 . 8 一5 7 7 4 1 . 89 8 . 0 一 3 5 . 9 4 3 . 7 活性污泥 絮凝沉淀处理 9 7 . 88 5 . 58 9 . 89 8 .24 6 . 96 7 . 1 活性污泥一 加压上游处理 8 5 . 3 7 8 . 8 散水滤床处理 5 1 . 39 . 43 0 . 44 9 . 0 2 2 . 93 6 . 0 厌氧消化处理 6 7 . 0 一 1 4 2 1 4 . 11 7 . 3 一 1 0 2一6 . 7 污泥处理 6 0 . 8 -4 4 . 6 9 . 15 5 . 87 . 14 2 . 9 自 然上浮处理 4 6 . 8 -4 2 . 90 . 9 6 7 . 3 一5 0 . 0 1 3 . 8 加压上浮处理 1 0 0 一 1 3 2 6 1 . 78 6 . 4-4 4 . 03 5 2 加压上浮一 过滤处理 8 8 . 88 1 . 68 5 . 27 6 . 32 2 . 04 9 . 2 加压上浮一 絮凝沉淀处理 1 0 03 7 . 5 凝聚沉淀处理 1 0 0一687 0 . 68 7 . 3- 4 5 . 9 2 7 . 1 活性炭处理 2 1 . 5 一 5 石 6 . 51 5 . 4 0 . 09 . 3 反渗透臭氧分解处理 3 7 . 0 过滤处理 3 3 . 44 . 01 8 . 72 8 . 41 9 . 82 4 . 1 生物法离 子 交 换 法一 氨 的 气 提 法( 解 吸)一 氯 化 转 化 法 原理用 硝化 细 菌 使 氨 变 成 硝 酸 态 之 后 ， 靠 脱 氮 菌 变 成气体 用离子交换树脂或沸 石吸附除去氨态氮， 对饱和了的树脂或沸 石进行再生，对含有 高浓度氨的废液进行 另外处理。 添加氢氧化钙，使 p h 上升，接触大量空气， 排入大气中 添加氯气、次氯酸 钠 ，使氨氧化分 解，生成氨气 ( 电 解含 n h-n 的液 体，消除产生的氧 气 ) 可 除 去 的 氨形态 n h , - n n o i 二 n n 0 3 - - n n h , - nn h 4 - - nn h n - n 氨 的最终 形态 氨气浓缩 n h - n ， 不能确定 再生废液的处理方法 使氨大量排放到大气 中，担心产生二次污染 氨气 建设费最便宜最高高中等 转运费最便宜较高，离子交换树脂 的消耗很快 废液处理费高最高 运转问题可 参 考 活 性 污 泥 的 处理经 验 ， 操 作 简单 为确定再生浓缩液的 处理方法，因为担心 二次污染的产生，用 前处理装置.若预先 不能完全除去s s , ( 由 于离子交换树脂不能 完成)所以，也需要 前项处理 简单，解吸塔中 c a c o 水锈大量析出，需要将 其除去 难以确定使用的最 佳注入量，使用抓 气时需要安全设 各，搬运、储藏、 使用抓气危险性人 水温 的影 响 在 低 水 温 时 ， 性 能 略有降 低 ，但 在 使 用 上 没 有问题 无水温的影响在低水温时，效率低无水温的影响 二次污染无用再生废液的处理方 法，十分担心再次污 染的发生 由于大量放出氨气。对 大气产生污染及恶臭 除去残留的氯需要 添加碱 处理 水水 质( 盐类的 增加) 极微量不排放再生废液时， 不增加 在氢氧化钙的中和过程 中，由于使用酸，所以 大幅度 地增加盐类， 再度氧化，增加不明显 大幅度增加 ( 加进 的氯是氨的1 0 倍) 第五节 藻类净化污水的研究状况 在开放的贮水池中，藻类的害处由两种情况表现出来。一方面是在突然间 大量形成有机物质，这些有机物质是必须从水中除去的。另一方面是在贮水池 的水有一特别的味道，这是很不容易除去。这种气味有各不同的程度，有鱼味、 粘土味、南瓜味和霉味。这些味道的发生，是由于水中浮游生物放出一种物质 所致;这物质或者是植物体分解后分散到水的同化产物，或者是生物学释送到 水中的有机物质 ( 如由 蓝藻放出的 氨酸 a ) ， 鱼腥藻放出的 缩多氨酸， ，由 绿藻发 生的多糖6 。硅藻和金胞藻类的同化产物具有挥发油的特征，当这些藻类大量发 生时; ，会使水有一种特殊的气味。沿岸的藻类，如轮藻和根生的沉水植物，也 会影响水的 气味.多形直链藻( m d o s i r a v a r i a n s ) 在水池的壁上旺盛生长会发生恶 臭。并使在水中产生乳状的极微细的油滴，这是很难被除去的，因此，这些水 必须进行过滤或净化处理，但水还保留臭味。星杆藻属的细胞腐烂时也使水产 生一种类似的气味及味道。 许多藻类是混合营养的，并直接从水中摄取有机物质;因此净化过程是在 有机污染的水中进行，在这里，藻类可以繁殖，而且许多比在没有自 养微生物 区系水中繁殖得更快。浮游藻类在河流中的量是非常巨大的，这些藻类可加速 水体自 净过程。 底栖的藻类对污水的自净作用也有很大的意义。在它大量出现的同时，就 有细菌及其他小生物共同在土壤中、在石头上和浸沉在水中物体上，呈一薄的 胶质层。 这层胶质层的作用如同 污水沉淀池的 作用一样。 它表现有一个极大的 吸附能力，并保留胶状的溶解的有机物质和软柔分散的有机物质，并将此等物 质转送到水中。由于细菌和藻类在此薄胶质层中的作用，有机物质很快就被矿 化。自 养藻类生活在胶质层中的有各种丝状蓝藻类 ( 颇藻属( o s c i l l a t o r i a ) 、席藻 属 ( p h o r m i d i u m ) . 鞘颇藻属l y n g b y a ) ) 、 硅藻( 各种类型的， 特别是羽纹硅藻类的， 在早春其他藻类还未出 现前出 现) 、绿球藻类 ( 栅藻属( s c e n e d e s m u s ) 、盘星藻属 ( p e d i a s t r u m ) 、小球藻属( c h l o r e l l a ) ) 和丝状的绿藻 毛枝藻属( s t i g e o c l o n i u m ) 、丝 藻属( u l o t h r i x ) 等) 。在小的流动的河中，自 净作用过程特别快，因 在这些河水中 生 长 有 沉 水 的、 密 集的 、 具 叶 的 植 物 ( 如 狐 尾 藻 属 ( m y r io p h y ll u m ) 、 金 鱼 藻 属 ( c e r a to 户 h y l l u m ) 及其他) 。 在这些植物的叶上发生有如上述的由 藻类和细菌成形的胶 质层，这胶质层有如同过滤的作用，在短时间内使被有机物质污染的不洁净的 水改变过来。 1 9 5 2 年k l o tt e r 曾 建议， 利用人工净水池中的水提供食物，即是在其中培养 大量藻类。因此不仅可获得工艺上有用的原料，这种原料也可作为饲料。并且 也可从这些物质的一部分中提取出贵重的生物物质成分。 所以藻类虽然会影响水质，但如果采用合理的工程手段，不仅可以利用其 净化污水，甚至可以创造经济效益。 富营养化的直观表现为水中藻类异常增殖，这说明藻类对氮、磷元素比较 敏感。在适宜条件下吸收水中的营养元素，用以合成细胞及繁殖。这一生命活 动过程就降低了水中的氮、磷浓度，达到了去除污染物的目的。因而利用藻类 实现脱氮除磷是可行的。 藻类作为营养级中的初级生产者， 在其生长与增殖过程中 对氮、磷有较大 的需求，因而对溶于水中的氮、磷有固定与去除作用。早在 1 9 5 7 年藻类的这一 特性就被利用作为稳定塘去除氮、 磷的手段。 t a m ,n .f .y 等发现小球藻可在 1 0 -1 0 0 0 m g / 1 的按溶液中生长，当氮的浓度 小于4 0 m g / 1 时， 可被完全去除， 4 0 - - 8 0 m g / 1 时n去除率大 于9 5 % ， 并证明n 浓度下降与藻生长成正相关关系，说明氮被吸收消化了。按照这一结果， 城市 污水的氨氮浓度恰在此范围内，因而将小球藻用于去除城市污水中的脱氮比较 有效。 l a u ,p . s . 等比较了驯化与否对小球藻去除氮、磷能力的影响，经初沉池出水 驯化后，小球藻生理活性较高，生长代谢过程需要更多的氮、磷，污水在 2天 的停留时间内，氮、磷的去除率分别为 8 6 %, 7 0 %，比未经驯化的小球藻对氮、 磷去除率 ( 分别为 5 4 %与5 0 %)有明显提高。 g o n z a le z , l .e .， 等研究了不同反应器构型对小球藻与栅藻脱氮除磷的影响。 栅藻在圆柱形反应器中的氨氮去除率较高，而小球藻在圆锥形反应器中除磷效 果好，两种藻在圆柱形反应器中的除磷效果基本一样。 h a m m o u d a , 0 . 10 等研究了小球藻与栅藻为主的生物系统处理废水的效果。该系统 可将 c o d , b o d浓度将至排放要求。同时比较了 不同类型运行方式对氮、磷 的去除影响。在处理末期，氮、磷去除率接近 1 0 0 %. n i r m a l a , k . ” 等将念珠藻与小球藻以一系列稀释后的生活污水培养，比较了 0 , 1 0 , 2 0天后的生物生长 情况，证明两种藻可以耐受生活污水的毒性，并可 以 利用污水种的营养物质生长， 可去除污水中大部分的t o c , t n , p q 一 、 n a , ko s e n g e r ,r .m .s . z 等 研究 表明， 混合 藻比 单一 藻 净 化 污 水更 有效， 混 合 藻使 水 中d o增加了5 1 3 % , 3 0 天内 全部去除t 水中的n o ; n , n 0 2 - n , f e , z n , c u e 总之，游离藻用于废水处理，去除氮、磷的优势明显，并能同时去除水中 的的部分有机物及重金属。但存在两个比较大的问题: 一是耗时较长，如应用于实际就会出现占 地过多， 投资较大的问题; 二是如何将藻类从水中分离的问 题。 游离态的藻类虽然可以去除各种污染 物质，但是藻比重小，不易形成类似活性污泥的絮凝体，故而往往悬浮在水中， 随水流动，所以 如果无法将藻细胞从水中分离出来，其吸收去除的各种污染物 质并未从水中去除，而只是变换了形式，依然保留在水中，导致水中有机物浓 度提高，出现处理后水质反而有更加恶化的趋势，甚至会通过食物链逐级放大， 进一步加重污染物质的危害程度。 所以这两个问题处理不好，从根本上是难以将其应用于实际的。解决这两 个问题的有效方法就是细胞固定化技术。 第六节 藻类固定化脱氮除磷研究 固定化微生物技术是在固定化酶的基础上发展起来的生物工程领域中的一 项技术。八十年代初期，国内外学者开始将这一技术引入废水处理领域中，将 筛选出的有特殊降解功能的高效优良 菌种或活性污泥加以固定构成一种高效的 废水处理系统.由于它是人工强化的微生物体系，有特定的微生物封闭在高分 子网络载体上，所以它和传统悬浮生物处理法相比有许多优点。如可提高反应 器内生物浓度，具有多种酶反应体系，酶促反应速度增加，产泥量减少，而耐 毒性及抗冲击负荷能力增强，固液分离效果好， 从而提高废水处理效率， 节省 能源，处理装置缩小，减少投资，降低成本，管理方便等优点。 目 前常使用的固定化方法主要有: 吸附法; 吸附法就是将微生物细胞附着于固体载体上，细胞与载体不起任何作用。 所用载体有多孔砖、瓷环、木屑、蔗渣、