養殖廢水處理設備總承包

養殖廢水處理設備總承包 新型一體化污水處理設備是我公司設計開(kāi)發(fā)的一種將壓力溶氧、射流曝氣、內循環(huán)流化床、生物膜過(guò)濾等多項污水處理技術(shù)融為一體的處理設備；具有節省投資、節約用地、運行成本低的優(yōu)勢，更可實(shí)現全自動(dòng)無(wú)人值守。利用該設備處理城鎮污水，其出水水質(zhì)可以達到GB18918-2002《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》一級A排放標準。
 

該設備適用范圍
1、適用于住宅區，賓館、飯店、療養院、學(xué)校、村莊、集鎮等。
2、適用于車(chē)站、飛機場(chǎng)、海灣碼頭、工廠(chǎng)、礦山、旅游景區等。
3、適用與生活污水類(lèi)似的各種工業(yè)有機廢水及養殖屠宰廢水等。

利用微藻進(jìn)行污水處理的歷史追溯已久. 早在20世紀50年代，Oswald等就提出利用微藻處理污水的設想. 此后，以藻-菌共生體系和高效藻類(lèi)塘為代表的懸浮生長(cháng)藻類(lèi)塘系統在分散式污水處理中得到了廣泛的工程應用. 但這類(lèi)系統因占地面積大、處理效果不穩定等局限性，一直未能成為污水處理的主流工藝. 近年來(lái)，在市政污水處理廠(chǎng)深度凈化需要以及渴望從污水中獲得生物柴油的驅動(dòng)下，微藻污水處理在世界范圍內重獲新生.

　　微藻生長(cháng)過(guò)程需要大量吸收氮(N)、磷(P)等營(yíng)養元素，可直接降低二/三級出水中N、P等污染物的含量. 通過(guò)固定二氧化碳(CO2)、產(chǎn)生氧氣(O2)、提高pH等間接作用，微藻還能創(chuàng )造出有效去除水中殘留有機物和病原性微生物的環(huán)境條件. 此外，微藻也具有吸附重金屬等有害物質(zhì)的能力. 因此，微藻具有成為污水深度凈化技術(shù)的良好潛力. 在污水二/三級處理中，去除營(yíng)養元素的常見(jiàn)藻種包括: ①綠藻門(mén)的小球藻(Chlorella)、葡萄藻(Botryococcus)、柵藻(Scenedesmus)和微綠球藻(Nannochloris)等，其中尤以小球藻(Chlorella)和柵藻(Scenedesmus)的研究報道為多;②藍藻門(mén)的節旋藻屬(Arthrospira sp.)、顫藻屬(Oscillatoria sp.)和席藻屬(Phormidium);③硅藻門(mén)的三角褐指藻(P. tricornutum)等.以上種屬的N、P去除效果可參見(jiàn)Cai等的綜述文章. 在藻種選擇的基礎上，微藻培養系統(反應器)的構建是實(shí)現微藻污水處理工程化應用的關(guān)鍵. 按微藻的生長(cháng)方式不同，微藻培養系統可分為懸浮培養和附著(zhù)培養兩大類(lèi). 懸浮培養系統可進(jìn)一步分為開(kāi)放式和封閉式兩類(lèi)：①開(kāi)放式系統主要指各類(lèi)塘系統，典型的如高效藻類(lèi)塘和跑道式藻類(lèi)塘等;②封閉式系統主要指各類(lèi)光生物反應器，分為管式(垂直、水平、螺旋)、圓柱式、薄板式和袋式等. 附著(zhù)式系統包括光生物膜(平板)反應器和藻細胞固定化. 考慮到污水處理的實(shí)際情況(水量大，建造、運行成本等)，開(kāi)放培養系統仍將是微藻污水處理的主流反應器構型.

　　如上所述，藻細胞用于生產(chǎn)生物柴油是微藻污水處理重獲新生的主要驅動(dòng)力之一. 通過(guò)微藻生產(chǎn)生物柴油具有其他任何產(chǎn)油作物*的優(yōu)勢：①藻細胞的光合效率高，生長(cháng)速度快、周期短，其產(chǎn)油量為47000~190000 L · hm-2 · a-1，是農作物的7~30倍;②生物質(zhì)燃油熱值高，平均達33 MJ · kg-1，是木材或農作物秸稈的1.6倍;③不需占用農業(yè)用地;④生物質(zhì)(藻細胞)生產(chǎn)和加工成本低，尤其是以污水為底物進(jìn)行藻細胞培養時(shí). 有鑒于此，美國、歐洲、澳大利亞、日本、中國臺灣等發(fā)達國家和地區都已將微藻培養作為實(shí)現污水生態(tài)處理和可再生能源生產(chǎn)的戰略發(fā)展目標. 常見(jiàn)的產(chǎn)油藻種及其油脂含量文獻已述及. 工業(yè)上以產(chǎn)油為目的的微藻培養一般采用封閉式光生物反應器，并且往往采用純培養或單株培養的方式. 當結合污水處理目標時(shí)，因巨大的水量及污水中復雜的成分(尤其是其中包含的混合種屬)，以上培養方式將很難維持.

　　近年來(lái)，國內外學(xué)者在開(kāi)發(fā)微藻污水深度凈化和可再生能源生產(chǎn)潛力方面進(jìn)行了大量研究;在污水凈化機理、藻種篩選、反應器設計、工藝條件控制及藻細胞加工利用等方面都取得了積極的進(jìn)展. 然而，無(wú)論從污水凈化本身，還是能源生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，藻細胞的分離、采收都一直是一個(gè)懸而未決的基礎性技術(shù)難題. 微藻細胞一般小于30 μm，帶負電荷，密度接近于水，這些特性使得藻細胞在水中往往處于穩定的懸浮狀態(tài)，很難像活性污泥那樣通過(guò)重力沉淀而實(shí)現自然分離. 結果，藻細胞會(huì )隨處理水大量流失，不僅二次污染處理水，而且導致反應器內生物量難以大量維持(一般僅為0.2~0.6 g · L-1). 低的培養密度導致去除效率低下，使得處理效果穩定性較差. 對此，往往需降低處理負荷，同時(shí)采用較長(cháng)的水力停留時(shí)間(HRT)，進(jìn)而導致占地面積加大. 目前普遍應用的藻類(lèi)塘系統HRT一般為2~6 d，當量人口占地一般>10 m2. 顯然，其占地面積要比二/三級污水處理主體單元還要龐大許多，這在用地緊張的城市中是很難被接受的.

　　從能源生產(chǎn)角度看，滿(mǎn)足工業(yè)利用要求的藻細胞原料其生物量應達到300~400 g · L-1(干質(zhì)量). 因此，常規培養下的藻液需濃縮1 000倍以上后方能在工業(yè)上加以利用. 這一高能耗的分離、濃縮過(guò)程是微藻能源生產(chǎn)中的主要能耗成本(占微藻生物質(zhì)生產(chǎn)總成本的20%~50%. 過(guò)高的生產(chǎn)成本使得藻類(lèi)生產(chǎn)生物柴油與化石燃料相比仍處于劣勢.

　　養殖廢水處理設備總承包可見(jiàn)，藻細胞分離、采收困難是限制微藻技術(shù)大規模工業(yè)化應用的重要瓶頸. 微藻分離、采收常用的方法包括離心法、過(guò)濾法(包括膜濾)、氣浮法、直接重力沉降法和絮凝法等. 離心法是快速、可靠的分離采收方法. 但由于其*的能耗和投資運行成本，在目前技術(shù)條件下并不具備大規模工程應用的潛力. 過(guò)濾法僅在分離絲狀藻時(shí)能耗和成本較低; 對于非絲狀藻極易形成膜污染，能耗和運行成本很高，不能滿(mǎn)足高效、低成本采收的要求. 氣浮法僅適用于采收單細胞藻類(lèi)，在污水混合培養的條件下不能普遍適用; 此外，由于要產(chǎn)生大量的微小氣泡，其投資和運行成本/能耗亦很高，甚至可能高過(guò)離心法. 直接重力沉降法是成本低廉的分離、采收方法. 但其耗時(shí)長(cháng)，分離效果和可靠性差.

　　絮凝法是分離水中粗分散和膠體物質(zhì)應用廣泛的方法，在20世紀80年代就已經(jīng)用于微藻的分離采收(. 懸浮藻液經(jīng)絮凝后能實(shí)現高效重力沉淀分離; 分離的藻細胞能直接被截留在反應器內，達到維持高生物量和保障出水水質(zhì)的目的. 從單純的藻細胞采收角度來(lái)說(shuō)，絮凝法是處理大量稀藻液時(shí)經(jīng)濟、可行的方法. 雖然藻細胞經(jīng)絮凝沉淀后還不能直接達到工業(yè)應用的要求，但已能顯著(zhù)降低后續濃縮過(guò)程的能耗和成本. 因此，絮凝法已被視為實(shí)現微藻大規模分離采收的方法. 根據是否需要添加絮凝劑可分為“外加絮凝劑法”和“自發(fā)性絮凝法”兩大類(lèi). 其中，外加絮凝劑法根據所使用的絮凝劑種類(lèi)又可分為無(wú)機絮凝劑法、有機高分子絮凝劑法和生物絮凝劑法. 自發(fā)性絮凝按照發(fā)生機理可進(jìn)一步分為高pH誘導的自發(fā)性絮凝和胞外聚合物(EPS)引起的自發(fā)性絮凝.

　　本文將從對微藻表面特性和絮凝機理的簡(jiǎn)要介紹出發(fā)，系統總結各種絮凝分離方法的研究應用現狀，進(jìn)而對各種方法進(jìn)行綜合比較，以期明確微藻絮凝分離的發(fā)展方向.

　　2 微藻表面特性和絮凝機理 2.1 微藻懸浮液聚集穩定性的理論框架

　　擴展DLVO(XDLVO)理論是膠體化學(xué)中描述膠體穩定性的經(jīng)典理論之一，已成功應用于描述活性污泥系統微生物細胞間的粘附聚集(絮凝)過(guò)程. 研究證實(shí)，該理論同樣適應于描述微藻懸浮液中藻細胞的聚集過(guò)程. 在XDLVO理論中，膠粒間的相互作用主要考慮了以下3種非共價(jià)鍵的相互作用力：①范德華力(Lifshitz-van der Waals interaction)，它是色散力、極性力和誘導偶極力之和; ②靜電力(Electrostatic interaction)，源自膠粒表面所帶電荷的靜電相互作用; ③Lewis酸-堿水合作用力(Lewis acid-base interaction)，源自極性組分間的電子轉移. 膠粒間的總表面位能(GTOT(d))為以上作用力的位能之和：

　　式中，GLW(d)為范德華作用力位能，GEL(d)為靜電作用力位能，GAB(d)為L(cháng)ewis酸-堿水合作用力位能.(d)表示作用力的大小和性質(zhì)為膠粒間距的函數. 理論上，GTOT(d)>0則膠粒間相互排斥，處于聚集穩定狀態(tài); GTOT(d)<0則膠粒相互聚集. 典型的總位能曲線(xiàn)一般包含兩個(gè)低位穴能(膠粒間距由遠及近分別為第二低位穴能Em2和低位穴能Em1)，兩者之間存在一斥力能峰(Eb). 當膠粒相互靠近，到達第二低位穴能點(diǎn)(Em2)時(shí)，膠粒間處于一種可逆的粘附狀態(tài);外界條件稍有變化則粘附的膠粒又將相互分離，是一種不牢固的粘結狀態(tài). 只有膠粒的動(dòng)能足夠大，足以克服斥力能峰到達低位穴能(EEm1)時(shí)才能形成牢固的粘結狀態(tài)，即發(fā)生絮凝)

　　2.2 藻細胞表面特性與聚集穩定性

　　決定總表面位能(式(1))的3種基本作用力中，范德華力一般表現為引力，其大小取決于膠粒間距、單位體積內的粒子數量和和粒子的極化率等. 而靜電力和Lewis酸-堿水合作用力的性質(zhì)和大小則取決藻細胞的表面電勢和親/疏水性等表面特性.

　　2.2.1 表面電勢

　　藻細胞表面覆蓋著(zhù)一層復雜的EPS，其主要成分為碳水化合物(EPSC)和蛋白質(zhì)(EPSP)，其他成分包括腐殖質(zhì)(Humus-like Substances)、核酸(Nucleic Acids)、糖醛酸(Uronic Acids)等. 這些成分導致藻細胞表面富集了大量羧基(—COOH)和氨基(—NH2)等功能團. 這些功能團隨體系pH不同能接收或失去質(zhì)子(H+)，由此形成表面電荷及電勢. 例如: 當體系處于低pH條件時(shí)，羧基和氨基都將接收H+(質(zhì)子化，protonation)，形成正的表面電荷;相反，當體系處于高pH條件時(shí)，羧基將失去H+(去質(zhì)子化，deprotonation)，形成負的表面電荷;在特定pH條件下，可以形成羧基失H+而氨基得H+的情況，表面凈電荷為零，即等電點(diǎn). 對于微藻，其等電點(diǎn)一般在pH=3. 而實(shí)際微藻培養系統的pH一般在7以上. 所以，藻細胞一般帶負電，即式(1)中的靜電作用力項表現為斥力.

　　膠粒表面電勢無(wú)法直接測量，只能測量出膠粒的Zeta電位后通過(guò)計算間接得出. Zeta電位是膠粒雙電層結構中滑動(dòng)面與水溶液之間的電位差，是表征分散體系穩定性的重要指標. Zeta電位值越高，膠粒之間的排斥力越大，體系越穩定. 實(shí)際培養條件下藻類(lèi)的Zeta電位一般在-35~-15 mV之間. 因此，藻細胞間的靜電斥力一般較大，是藻細胞在水溶液中保持聚集穩定性的主要原因.

　　2.2.2 親/疏水性

　　藻細胞的表面親/疏水性決定了式(1)中Lewis酸-堿水合作用力的性質(zhì)和大小，具體有如下規律: 疏水性藻細胞間的Lewis酸-堿水合作用力表現為引力; 親水性藻細胞間的Lewis酸-堿水合作用力表現為斥力; 親水和疏水藻細胞間的Lewis酸-堿水合作用力性質(zhì)則取決于藻細胞的相對親/疏水程度，可為引力或斥力; 親/疏水程度越高，Lewis酸-堿水合作用力的值越大. 以上規律可通俗地理解為疏水細胞在水溶液中將受到水分子的“排斥”作用，因而細胞間有相互團聚(吸引)的趨勢; 而親水細胞則各自受到水分子的“吸引”，因而細胞間有分散在水溶液中的趨勢(相互排斥). 藻細胞間的靜電斥力一般大于范德華引力，因此在沒(méi)有外加絮凝劑消除靜電斥力的情況下，Lewis酸-堿水合作用力(表面親/疏性)的性質(zhì)和大小對微藻懸浮液的聚集穩定性就具有決定性的影響，例如: 親水性藻細胞間的Lewis酸-堿水合作用力為斥力，因此該類(lèi)藻細胞懸浮液總是能保持聚集穩定性; 只有Lewis酸-堿水合作用力為引力時(shí)(疏水藻細胞之間及特定親水-疏水藻細胞組合)，微藻懸浮液才有可能發(fā)生絮凝. 細胞親/疏水性取決于其表面功能團: 表面富含長(cháng)鏈烴類(lèi)的微藻種屬(如，葡萄藻屬)表現為疏水性，因為長(cháng)鏈烴類(lèi)主要包含甲基和亞甲基等疏水基團，而羥基和羧基等親水基團只占很小一部分; 表面富含糖醛酸、中性糖和葡糖胺等成分的微藻種屬(如小球藻)則表現為親水性，因為這些成分能形成大量羥基、羧基和氨基等親水基團.

　　2.3 絮凝機理

　　根據上述XDLVO理論，微藻絮凝的基本原理就是要通過(guò)降低/消除靜電斥力(Zeta電位)，使Lewis酸-堿水合作用力表現為引力等措施消除/降低藻細胞之間表面能的排斥能峰，使藻細胞能相互靠近到達低位穴能，從而緊密地粘結在一起形成絮體. 其中，外加無(wú)機絮凝劑的主要作用機理就是中和藻細胞表面的電負性，降低/消除靜電斥力. 外加高分子有機絮凝劑則主要通過(guò)吸附架橋原理起作用: 鏈狀高分子物質(zhì)(少數情況也可能是無(wú)機絮凝劑形成的大膠粒)在靜電引力、范德華力和氫鍵力的作用下，一端吸附了某一膠粒后，另一端又吸附了另一膠粒，從而把不同的膠粒連接起來(lái)而形成絮體(圖 1). 生物絮凝劑和EPS誘導的自絮凝則可能是通過(guò)Lewis酸-堿水合作用力中的疏水引力及吸附架橋原理的綜合作用實(shí)現絮凝. 投加絮凝劑形成的沉淀物和絮體等還可通過(guò)網(wǎng)捕和卷掃等物理作用進(jìn)一步促進(jìn)藻細胞的絮凝沉降.