微藻污水處理與生物質能耦合技術綜述.docVIP

微藻污水處理與生物質能耦合技術綜述摘要：指出瞭微藻具有生產周期短、生物質營養豐富、吸收水中的氮、磷和大氣中的二氧化碳等優點,是污水處理與生物質能耦合技術的不二選擇。介紹瞭微藻在污水處理中的工作機理和微藻作為生物質能原料的原理和主要工藝過程,分析瞭微藻在污水處理和生物質能耦合上的可能性和存在的問題,對微藻污水處理與生物質能技術進行瞭綜述 關鍵詞：微藻;生物質能;脫氮除磷;耦合技術 收稿日期：2011-08-29 作者簡介：傅曉娜（1988―），女,四川成都人,四川大學建築與環境學院環境工程專業碩士研究生 通訊作者：姚剛(1957―)，男,河南商城人,德籍華人,高級研究員,客座教授,博士生導師,主要從事環境工程各方向和環境管理方面的 研究工作 中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944(2011)11-0100-05 1引言 水資源危機是指淡水消耗量超過可用淡水資源量的20%,而事實上,全球的淡水消耗量在1995年就已經超過20%,達到瞭27%~30%。我國人口眾多,水資源匱乏,用水需求旺盛,但水體污染嚴重,尤其是氮、磷等化學物質排放到水體,引起藻類異常繁殖,造成水質富營養化問題,長期不能得到有效解決。與此同時,全球40%的人口嚴重缺水,水資源的可持續利用問題迫在眉睫。經過凈化處理的可再生水可用作於城市和農村的非飲用水,如灌溉用水、景觀用水,部分還可作為工業用水,不失為解決水資源緊張問題的新途徑。因此,開發利用高效、低成本的水質深度處理技術,是解決水資源危機的重要手段之一 早在20世紀50年代,Oswald和Gotaas就提出利用微藻處理污水的想法。近幾年來,國內外對進一步發揮藻類凈化污水的潛力進行瞭大量研究,在藻類凈化污水的機理研究方面取得瞭很大進展［1］。與傳統方法相比,利用藻類處理污水可以克服傳統污水處理方法易引起的二次污染、潛在營養物質丟失、資源不能完全利用等弊端,同時能夠有效去除造成水體富營養化的氮、磷等營養物質,具有廣闊的應用前景。利用微藻產油作為生物柴油來源的構想,早在1980年就有相關學者提出,但並未受到重視。直到近年來因原油價格的攀升,開發再生能源的意識逐漸提高,微藻生物質能有著能源密度高、易儲運、含硫低等優點,可以直接作為民用燃料和內燃機燃料,以微藻生產生物柴油的想法受到各界關註 2微藻污水處理技術 2.1微藻對氮、磷的去除原理 中國湖泊的富營養化問題嚴重,巢湖、太湖、滇池等幾大湖泊中氮磷含量較高,造成矽藻、藍藻、綠藻等藻類大量繁殖,不僅會使水中溶解氧降低,而且藻類釋放的藻毒素亦會影響水生生物的生長繁衍。但同時微藻可以用來去除污水中的氮、磷等營養物質,並以有機物的形式將其儲存在藻細胞中［2］。微藻細胞利用二氧化碳和碳酸鹽等作為碳源,通過光合作用進行自養生長,水中的氨氮、硝態氮和亞硝態氮等無機氮和各類有機氮便合成藻體氨基酸和蛋白質等必須營養物質。水中的磷可直接被藻細胞吸收,並通過多種磷酸化途徑轉化成ATP、磷脂等有機物（圖1） 圖1微藻對氮、磷的吸收原理示意 同時,微藻的光合作用造成水體pH值升高,導致正磷酸鹽和NH3#8226;H2O分別通過形成沉淀和揮發的形式去除,從而間接去除氮磷。此外,微藻光合作用形成的高pH值,也可起到一定的消毒作用［3］ 2.2微藻對重金屬的去除原理 重金屬種類較多,具有微量、穩定、毒性大等特點,通過食物鏈在生物體內富集,不僅會危害水生生物的生長繁衍,也是造成多種人體疾病的罪魁禍首,是潛在危害性最大的水體污染物之一［4］。可通過各種水生植物和微生物,尤其是微藻細胞的生物吸附、積累、排泄、凈化4個步驟來去除重金屬 微藻細胞對中重金屬的吸收是包含瞭物理、化學、生物反應和各種機理的復雜過程。根據該過程是否消耗能量,微藻對重金屬的吸收方式可分為主動和被動吸收兩種方式,前者是指新陳代謝的藻類與金屬之間的相互作用,重金屬離子通過主動運輸的方式被吸收到微藻細胞內,吸收速度慢,持續時間長,不可逆,需要細胞新陳代謝提供能量;後者則是通過物理和化學反應將重金屬離子吸引到微藻細胞表面,吸附速度慢,持續時間短,可逆,不需要能量［5］ 微藻細胞壁的組成對重金屬離子的吸收起決定作用。微藻的細胞壁是由多糖、蛋白質、脂質組成,因此它具有很高的黏度和較大的表面積且呈負電性。這些組成陳分包含瞭許多容易和重金屬離子結合的基團,如羧基,酰胺基,羥基,硫代醇,硫代醚,咪唑,磷基,硫基等。其次,微藻細胞膜具有高選擇性和半透性,這對生物吸附吸收重金屬的效率有決定性作用。目前被廣泛接受的微藻對重金屬的吸收機理主要有表面絡合,離子交換,氧化還原,微沉降等 3微藻生物質能源生產技術 微藻細胞的主要化學成