利用污水资源生产微藻生物柴油的关键技术及潜力分析

21世纪人类面临着能源与水资源的双重危机与挑战。微藻制备生物柴油和微藻深度脱氮除磷分别是开发新能源和污水深度处理方面的热点研究,但二者的单一系统均存在一定的局限性。基于微藻培养的污水深度处理与生物柴油生产耦合系统可以克服上述单一系统的局限性,在深度处理污水的同时,以污水为资源制备微藻生物柴油。藻种筛选是耦合系统的前提与重点,其筛选原则为在二级出水条件下生长快、氮磷去除效率高和单位藻细胞油脂含量高。合适的藻细胞分离收获及油脂提取技术能够降低能耗;而油渣厌氧发酵可充分回收其中的能量,同时减少油渣对环境造成的不利影响。根据耦合系统的工艺特点,每年全国利用该耦合工艺以生活污水为原料生产微藻生物柴油的潜力约397万t。     

“污水-微藻-能源”串联技术新进展

水资源危机和能源危机给人类社会的可持续发展带来前所未有的挑战。微藻具有特殊的生理生态功能和突出的优点,是开展污水净化和生物质能源生产的不二选择。文章在简介微藻清除水体氮磷的特点、作用机理及其影响因素、微藻生产生物质能源的优势、油脂积累机制及其影响因素的基础上,提出一种基于微藻为中介以实现污水氮磷去除与生物质能源开发的串联技术体系。该＂污水-微藻-能源＂串联技术体系从微藻自身的生理生态特色出发,将其在污水净化与生物质能源生产上的优势有机结合起来,实现从污水中索要营养物质供微藻生长需要,以低成本、高效开发利用微藻生物质能源,为共同协调解决水资源危机和能源危机提供了新的思路与途径。通过探讨＂污水-微藻-能源＂串联技术体系的核心理念与开发基础,指出串联技术体系必须重视优质微藻品种的选育、光合生物反应器优化、耦合系统的完善以及高附加值胞内物质后续开发等几个关键技术环节。文章最后展望其发展趋势与应用前景。＂污水-微藻-能源＂串联技术体系的开发应用,有望缓解当前社会面临的水环境污染和能源紧缺双层压力,实现社会、经济、资源与环境的可持续发展,具有极其广阔的应用前景。     

利用实际市政污水培养小球藻及优化外加碳源

为探究不同工段市政污水培养小球藻过程中生物量与氮、磷、化学需氧量(COD)的去除效率,利用灭菌前后的进水、初沉池出水、污泥脱水液培养小球藻,经过7 d培养,在未灭菌污泥脱水液中获得最大藻生物量1.17 g/L;总氮、总磷、氨氮、COD的去除率分别为85.3%、99.0%、90.4%、62.0%.为进一步提高污泥脱水液培养小球藻的生物量,对比两种低成本外加碳源CO_2和粗甘油不同浓度(CO_2:5、10、15、20%;粗甘油:1、2、4、6 g/L)下的藻生物量与污水处理效果.结果在5%CO_2和2 g/L粗甘油条件下得到最大藻生物量,分别为1.57 g/L和1.45 g/L,氨氮的去除率分别为95.1%和99.3%,总氮的去除率分别为95.5%和97.5%.本研究表明未灭菌污泥脱水液更适合小球藻的培养,外加碳源于该工段污水中可提高藻生物量和氮的去除,结果可为能源微藻培养耦合实际市政污水处理和生物柴油副产物粗甘油的再利用提供基础参考.     

人工湿地生态系统提高氮磷去除率的研究进展

介绍了人工湿地及其去除污水中氮磷的机理，并从湿地植物、基质和微生物三个方面系统地阐述了目前人工湿地系统提高氮磷去除率的研究进展情况；提出了可以通过改良湿地系统设计提高氮磷净化效果、利用培养优化菌种与调节环境条件促进湿地系统氮磷的转化及通过在基质中添加合适的附料、提高人工湿地系统植物多样性从而增加氮磷的吸附吸收的建议，为人工湿地污水净化技术的应用研究提供了有益的参考。     

固定化藻膜去除水中氮磷的模拟研究

针对富营养化水体生物修复和污水深度处理氮磷的去除,将细颤藻、水绵、水网藻、栅裂藻固定在纤维填料上,形成固定化藻膜。用固定化藻膜处理模拟富营养化湖水、实际富营养化湖水、城市污水二级出水、低质量浓度生活污水,考察固定化藻膜去除氮磷的效果。实验结果表明,固定化藻膜具有良好的去除磷、氨氮能力,对水中有机物去除也有一定的促进作用。对TP质量浓度小于5.0mg·L-1,NH4 -N质量浓度小于34.0mg·L-1的污染水体,四种藻膜都有良好的去除氮磷能力,其中栅裂藻去除TP、NH4 -N的能力最强。综合除污能力和藻细胞的可固定性,水绵应是最佳的备选藻种。研究结果显示,固定化藻膜具有良好的除污性能,预示了悬浮载体将在水体生物修复、氧化塘污水处理方面具有重要的潜在应用价值。     

固定化菌藻系统及对污水中氮磷营养盐的净化效果

利用海藻酸钙分别包埋固定小球藻、活性污泥及其两者混合物.研究固定态小球藻与悬浮态小球藻对污水中氮磷营养盐的处理效果,实验结果表明固定态藻对氮磷的去除效果明显优于悬浮态藻,其原因主要由于海藻酸钙凝胶对氮磷的吸附,系统pH值提高引起氨的气提及磷酸盐的沉淀作用.研究固定化藻、同定化活性污泥及共固定化菌藻分别对污水中氮磷营养盐的处理效果,在同等条件下,固定化菌藻对氮磷的去除效果优于固定化活性污泥和固定化藻类.这项研究显示菌藻共生在污水处理中具有较大的潜力.     

新型生物栅填料用量及对景观水体藻类的去除效果

针对天津市经济技术开发区景观河道水量大,氮磷质量浓度高的特点采用生物栅填料去除藻类.通过实验室小试和室外中试,对于生物栅填料实际应用的填料服务水体体积、曝气影响、负荷影响和HRT的影响进行考察.试验结果表明,生物栅填料应用于富营养化除藻时,生物栅填料的使用量越大越好,但是较大的使用量代表较高的处理成本,综合考虑处理成本和效果,由实验得最佳服务水体的用量为12 cm·L-1;曝气对于生物栅填料去除藻类的功能并没有影响;在不同的负荷条件下,生物栅填料都可以有效地去除藻类,并且高负荷条件下生物栅填料具有较高的藻类去除速率,在实验条件下,4 d后各个负荷条件下的藻类达到一致;生物栅填料上的浮游动物种类比较单一,只有沟渠猛水蚤(Canthocamptus staphylinus Jurine);生物栅填料对于出水水质也有一定的影响,它可以有效地去除水中有机物,氮磷和悬浮物质.     

污水处理生物转盘结构及组合工艺

针对生物转盘污水处理工艺,研究设计出能提高生物转盘处理效率的循环水轮的结构及一体化的安装工艺形式,以非能源的方式提高了系统耐冲击负荷能力和去除效率,并通过示范工程进行验证,充分肯定了该技术的高效性和实用性。     

污染水体生态治理工程中凤眼莲对水质变化的生长响应

在三级串联凤眼莲(Eichhornia crassipes)净化塘深度处理生活污水处理厂尾水的生态工程中,通过监测各级净化塘内凤眼莲的生物量、株高、根长、植株氮磷含量等指标变化,分析各指标与水体总氮(TN)和总磷(TP)质量浓度的相关性,探讨凤眼莲对水质变化的生长响应,以期为表观判断水质改善效果和明确凤眼莲在污染水体生态修复工程的适宜规模配置提供理论依据。结果表明:净化塘水体氮磷浓度显著影响凤眼莲生长,且与植株相关生长指标具有显著相关性(P0.05);一级、二级和三级净化塘内水体TN和TP质量浓度依次降低,凤眼莲生物量及茎叶生物量、生长速率、株高、叶片SPAD值、凤眼莲茎叶和根系的氮磷含量均逐级减小,而根系生物量、根冠比和根长均逐级增加;凤眼莲茎叶生物量及其所含氮磷量均高于根系,故茎叶富集水体氮磷能力强于根系;当水体TN平均质量浓度分别为7.94、4.03和2.79 mg·L~(-1),TP平均质量浓度分别为0.22、0.15和0.12 mg·L~(-1)时,凤眼莲单位面积平均生物量分别为23.09、16.73和12.87 kg·m~(-2),累积富集氮量分别为27.44、17.59和11.04 g·m~(-2),磷量分别为2.57、1.53和0.93 g·m~(-2)。综合分析,凤眼莲生物量及其分布格局、株高、根长等生长特征表现出的差异显示了其在不同水质条件下的响应策略,水体中较高的氮磷浓度更有利于促进凤眼莲生长发育及增强其富集氮磷能力。在该研究的条件下生活污水尾水的深度净化工程,仍可承载更高的尾水处理量和污染负荷量,同时通过减少生态工程的规模配置也可确保出水水质。     

微藻在南美白对虾养殖废水中的生长及净化效果

为了解不同微藻对南美白对虾养殖尾水的净化作用,通过室内微藻培养试验,分析8株微藻在南美白对虾养殖尾水中的生长性能及不同时间内其对氮磷的去除效果.结果表明,8株藻均能在南美白对虾养殖尾水中生长,其中铜绿微囊藻、衣藻和蛋白核小球藻生长较好,平均相对生长速率分别为0.309 3、0.246 9和0.215 5.8种藻对总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果差异较大,其中铜绿微囊藻、衣藻和蛋白核小球藻对TN去除效果较好,培养结束时去除率分别达到74%、69%和60%;铜绿微囊藻和衣藻均具有较好的TP去除效果,去除率达60%以上,其次为蛋白核小球藻.不同藻类对不同形态氮的吸收存在较大差异,铜绿微囊藻和衣藻具有较好的硝态氮去除效果,去除率达到70%左右;衣藻对氨氮具有较快且持久的去除率,去除率高达100%,铜绿微囊藻和蛋白核小球藻稍慢,而斜生栅藻、针杆藻和舟形藻最慢,在培养16 d后,去除率均达到90%以上;隐藻和蛋白核小球藻对亚硝态氮具有较好的去除效果,培养至第8天时即达到80%的去除率,且隐藻去除效果较持久.本研究获得了不同藻类对对虾养殖尾水的吸收利用特点,可为南美白对虾养殖过程中藻相的定向培育及养殖尾水净化提供科学参考依据.