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1、固定化小球藻除磷脱氮数据初步研究分析一 研究背景小球藻（俗称为绿藻） ，是五亿四千年前就已经在地球上繁衍的生物。 它是一种单细胞的绿色微藻类，不管是生态环境的巨变，还是自然灾害的侵袭，都没能毁灭它，其稳定的基因始终没有改变。这种生物直到一百多年前人类发明了显微镜以后，生物学家拜尔尼克（M.W.Beyernick） 博士才发现了它； 把希腊文 Chlor(绿色)和拉丁文表示细小物质Ella 组合，将其命名为 Chlorella。小球藻生息在淡水中，它借助阳光、水和二氧化碳，以每隔20 小时分裂出 4 个细胞的旺盛繁殖能 力，不停地将太阳能量转化生成蕴涵多种营养成分的藻体，并在增值中释放出大量的氧
2、气；而它的光合能力高于其他植物10 倍以上。基于这种生命活力及产生的高能营养物质，人们赞美它是“罐装的太阳” 。日本九州大学教授、日本绿藻研究所副所长、植物学界权威中村博士实验研究发现小球藻可以作为全营养食品提供给人类， 使人体生理机能维持健康和正常运转。基于小球藻如此旺盛的生命力和稳定的基因结构，人们开始注意到它在环境领域当中的作用， 最早的有 Gonzalez 等将小球藻与植物生长促进细菌共固定化在海藻酸盐凝胶当中，发现藻类的产量和生长在藻菌共生系统中都得到了良性的发展。 接着又有国内外许多研究者利用的藻菌的互利共生作用， 在开发藻菌系统的固定化材质， 最佳生长条件以及在除磷脱氮和有机物降
3、解上展开了大量的研究， 也取得了一定的成果。 为解决城市污水的氮磷超标排放提供新途径和思路。 如天津城建学院从主体反应器和光源的设计和应用入手， 建立并优化了固定化藻菌共生系统， 确定了系统对氮， 磷和有机污染物的去除特性研制出大量制备固定化小球的试验装置。从上个世纪 80 年代以来，很多研究者都对其作出了大量的研究，因此在对如此海量的研究和数据当中，能够对以前的结论当中总结和发现系统对于氮磷的去除特性，生长规律等，为以后的研究提供参考。二 数据分析1，固定化载体研究熊振湖等人分别利用PVA和海藻酸钙做载体固定小球藻和活性污泥放入模拟废水 （200mgL的葡萄糖，4lmgL的硝酸盐氮，53mg
4、L的磷酸盐磷，及其它微量元素）当中培养，发现有机合成的聚乙烯醇的效果要比化学配制的海藻酸钙处理效果较好。其中PVA磷的72h去除率达到了92.21%。但在接下来的研究中发现PVA载体中磷的去除率达到了92.21%。这可能是因为在培养过程中海藻酸钙不稳定，分解，造成小球藻的泄露，从而引起实验的误差。此项研究中， N,P虽然都得到了较高的去除率但仍然没有达到国家污水处理排放标准N不大于0.3mg/L,P不大于0.02mg/L。而且对于两种介质的传质效率并没有做严格和深入的研究，这也为我们的研究提供了一个方向。2.水利条件水力条件也是影响污水处理效果的一个关键因素， 其中主要的标准时水力停留时间和污
5、泥的浮沉状态。针对于此，很多研究者将固定化小球置于特定的反应器内，进行各项研究，比较常用的是气旋式反应器和流化床处理技术。图4 气升式内循环反应器图5 流化床气升式内循环反应器（模拟废水：NH4-N 50mgL，P 10 mgL）流化床（模拟污水 NH4-N 为 15mgL，P 为 4mgL）普通静止培养（模拟污水3#NH4-N为306mgL，P为51mgL）从以上数据图表上，可以看出三种培养模式下，虽然处在不同的营养盐浓度条件。氨氮和磷的去除率有明显的不同， 对于氨氮， 最大去除分别为 29.8%(-14.9mg/L),62%(-9.3mg/L), 68%(-20.8mg/L)。 对于磷：1
6、9.7%，80%,70%.从这里可以看出静止培养的去除率最高，废水的性质也较稳定。而P的去除率较氨氮也较高。理论上，在气升式反应器内，小球藻充分与污水接触，且受到均匀的光照条件，光合作用更加的充分，强烈，除磷脱氮的效率应该更加有效。但从实际去污效率上来看，虽然小球藻核的包裹和污泥比例有所差别，但从整体上来看，去污的效率还是较之于其他两个来说，比较低，原因可能是由于不断运动的小球藻容易从海藻酸钙的介质中脱落，造成的误差 也可能是由于反应的浓度太大，填充率不够而产生的。而对于磷的去除，在藻菌系统中主要是聚磷菌的聚磷作用，而这种作用受硝态氮的极大影响，硝态氮存在时，反硝化反应会优先消耗降解有机物，从
7、而抑制聚磷，从而影响聚磷菌在好氧条件下对磷的吸收。而在此并未进行工程上的厌氧好氧池的处理，这势必会影响到磷的去除，但如果我们增大小球藻的比例，增强藻类对磷和硝态氮的利用。或许可以得到解决。系统对N，P的吸收主要是依靠细菌的硝化和聚磷作用以及小球藻对其的利用。所以我们可以运用系统过程的某些理论，确定一个近似的模型来描述系统的吸收过程，建立相对应的带参方程，再根据实验以及实验的数据来求解参数，并验证模型的正确性。3 3污水处理生存条件研究污水处理生存条件研究小球藻和菌类的生长所需要的物质条件和生长环境都有所不同，所以寻找一个适合系统稳定并具有高效处理能力的环境也成为了很多研究者的研究方向。 基本上
8、都是从污水中氮磷的含量和比值， 藻类和细菌的在水中的存在状态和是否对藻类和细菌进行饥饿处理这三个方面进行探索。并取得了一定研究成果。1 营养盐浓度+（ I# NH4-N为756mg/L，P为146mg/L；2#NH4-N为552mg/L，P为97mg/L；3#NH4-N为306mg/L，P为51mg/L；共固定化菌藻对市政污水中氮磷去除的研究 潘辉等）图12 不同营养盐浓度对氨氮和磷的去除率的影响氮磷比对藻菌系统除磷脱氮效率影响上述数据表明，藻菌系统在低浓度下的24h除N,P处理效果较好，能达到60%以上。高负荷的营养盐浓度反倒会抑制活化污泥的活性，不利于氮磷的去除。氮磷比也是影响系统除氮磷效
9、率的因素， 氮磷比维持在5:1的水平， 固定化菌藻对氮和磷的需求基本能达到平衡，生长繁殖速率也较大，对氮和磷的去除效果也较好。藻菌系统在氮磷的比例固定的情况下，2 饥饿处理李 贺等： 固定化小球藻对市政污水中N，P营养盐的深度处理图13 饥饿处理对小球藻除磷脱氮效果的影响（张静霞）饥饿处理对小球藻的除磷脱氮效果有明显的影响， 经过饥饿处理后的小球藻无论是在脱除速度还是效果上都要明显优于未处理的样品。 因为经过饥饿处理后小球藻内某些蛋白质和有机组分被分解了， 从而加大了对氮磷的需求， 尤其是对磷的吸收更是有极大的处理效果。去除效率提高了10%左右。但也有研究表明经过饥饿处理后的小球藻的生长速率有
10、所变慢。3 固定化与悬浮状态图14 悬浮藻和固定化对污水中氨氮和磷的去除效果（固定化与游离态小球藻脱氮除磷对比研究;严 清,孙连鹏）(藻菌混合固定化及其对污水的净化*王爱丽 宋志慧 王福明)单固定藻类和细菌以及藻菌系统去污研究时间t/d固定化藻和固定化藻菌生长数量比较对固定化与游离态小球藻脱氮、除磷进行对比研究，结果表明固定化藻对N和P的净化效率比悬浮态藻分别平均高20和0。固定化藻技术不仅保留了悬浮态藻的优点，对藻细胞起到了保护作用，延长藻细胞的生长期，有利于细胞更多地吸收氮、磷，而且使得藻对氮、磷的去除率有较大提高。对于单固定藻和单固定细菌以及共固定化的研究表明，藻菌共固定的方式更好利用了
11、细菌和藻类在生理上的互助作用， 藻类的光合作用为细菌的分解提供了丰富的氧气， 而细菌也在一定程度上促进了藻类的生长繁殖。 在对氮磷的处理上也有明显的提高， 分别提高了40%和20%左右，所以共固定化大大的提高了生物对氮磷的去除效率，具有良好的应用前景。四四 结论结论利用菌一藻体系处理城市生活污水是一种高效、 快速、经济的处理方法，尤其是对污水中的磷的去除效果最好，这往往是Phoredox,UCT除氮脱磷工艺所不及的。它不仅具有良好的固液分离能力，还节省了污泥曝气和处理的费用。同时， 因为藻菌系统的应用研究还处在实验室模拟的阶段， 而且只是对于低浓度的废水有较高的处理能力，所以要想利用营养操纵来
12、实现藻类除氮脱磷池生物量的合理性， 必须控制其中有机物的含量；而且，在之前的研究当中，并未对系统的破坏因素和耐受条件 （如重金属，pH）进行评价和实验， 必须加强前置处理工艺的思考和实验探索。 否则将会导致藻类种群的受损或不可逆性破坏，使该处理系统失败。再次，对实际生活污水中成分远比模拟的废水复杂， 且具有较高的浊度和色度， 所以要解决好该系统藻类 SS的形式的流失及其综合利用问题；藻类代谢过程是否会产生对人体有害的毒素。从工程的角度来说藻菌系统还存在以下问题：第一针对包埋载体和简约，稳定的固定化方法的开发还存在困难。 第二， 反应器适用于固定化藻菌共生的反应器设计研究还有待总结提高，固定化系
13、统中共生微环境的形成与维持、 共生传质、藻与菌的增殖衰减和平衡以及代谢机理、 环境因子和操作参数对藻菌混合固定化共生系统影响的静态和动态研究需要系统化和建立相应模型；第三，还没有进行过藻菌系统大规模应用的工艺的探索， 缺乏相关实际的经验。这些都构成了藻菌系统工程化应用的障碍。总之， 藻菌系统的研究还处在基础的应用探索阶段， 为城市污水处理提供了一条新的途径。但距离藻菌系统的真正应用还任重而道远。参考文献参考文献【1】 陈耀璋，张丽明固定藻去除氨氮的研究J环境科学，1984，5(4)：4-8【2】 CHEVALIER P，DE LA NOUE JWastwater nutrient remova
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