RLB孝感一體化養(yǎng)殖污水處理設(shè)備
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各種生物絮凝劑在微藻分離采收中的應(yīng)用
4.1 概述
微藻有時能在沒有添加任何絮凝劑的情況下發(fā)生絮凝，這一現(xiàn)象被稱為自發(fā)性絮凝(Auto-flocculation)首先描述了這一現(xiàn)象. 他們發(fā)現(xiàn)：藻類塘中的微藻在溫度較高且光線充足的時候能自然地形成絮體.此后，很多學(xué)者都證實了類似現(xiàn)象的存在并開展了相關(guān)研究. 目前形成的基本共識為，微藻自發(fā)性絮凝是由兩種不同機(jī)理引發(fā)的：
(1)在高pH下，鈣、鎂等離子形成帶正電的沉淀物，起到電性中和作用從而引發(fā)絮凝. 文獻(xiàn)中的自發(fā)性絮凝一般即指此類. 高pH可以是由微藻光合作用消耗水中無機(jī)碳(Inorganic Carbon，IC)自然形成，也可通過人工添加堿性物質(zhì)(石灰，氫氧化鈉等)而形成. 嚴(yán)格來說，只有前者才符合自發(fā)性絮凝的定義. 但考慮到兩者的實質(zhì)都是形成帶正電的沉淀物，本文在此將兩者一并納入高pH誘導(dǎo)的自發(fā)性絮凝范疇.
(2)部分藻種在其活動中能產(chǎn)生大量具有絮凝作用的胞外聚合物，起到生物絮凝劑的作用(參見3.3節(jié)部分)從而引發(fā)絮凝. 高效藻類塘中常見的集星藻屬(Actinastrum)、微芒藻屬(Micractinium)、柵藻屬(Scenedesmus)、空星藻屬(Coelastrum)、盤星藻屬(Pediastrum)及膠網(wǎng)藻屬(Dictyosphaerium)等常通過該機(jī)理形成大的群落結(jié)構(gòu)(50~200 μm)而得以自然沉降. 文獻(xiàn)中常將其歸為生物絮凝一類(參見3.3節(jié)部分). 因為該情況下的生物絮凝劑為藻細(xì)胞自身所產(chǎn)生，本文在此也將其納入自發(fā)性絮凝并定義為EPS引起的自發(fā)性絮凝.
4.2 高pH誘導(dǎo)的自發(fā)性絮凝
如上所述，高pH誘導(dǎo)的自發(fā)性絮凝其實質(zhì)為所生成的帶正電沉淀物的電性中和作用. 因此，誘導(dǎo)此類自發(fā)性絮凝的關(guān)鍵就是明確在微藻正常培養(yǎng)條件下所能形成的沉淀物種類和性質(zhì). 污水中一般含有大量的鈣、鎂、碳酸根和磷酸根等離子，在堿性條件下比較容易形成的沉淀物主要包括：磷酸鈣，*和碳酸鈣. 大量研究證實，碳酸鈣本身帶負(fù)電，多只能通過網(wǎng)捕和卷掃作用實現(xiàn)非常有限的絮凝效果. 磷酸鈣和*帶正電，理論上都可誘導(dǎo)自發(fā)性絮凝. 但兩者形成的具體條件差別較大，以致文獻(xiàn)中的結(jié)論常常容易引起誤解. 為此，以下予以詳述.
Sukenik和Shelef(1984)*定量、系統(tǒng)性地研究了高pH下的微藻自絮凝現(xiàn)象，結(jié)論性認(rèn)為，磷酸鈣是誘導(dǎo)自絮凝的關(guān)鍵沉淀物.他們的試驗包括兩部分：①戶外培養(yǎng)系統(tǒng)的自絮凝試驗: 采用間歇培養(yǎng)，周期為8 d; 前7 d連續(xù)通入CO2使pH維持在7.0; 第8天停止CO2供應(yīng)和攪拌，監(jiān)測絮凝效果和相關(guān)水質(zhì)參數(shù)(pH，TSS，PO43--P，Ca2+，Mg2+，堿度)的變化情況. ②室內(nèi)絮凝試驗(Jar Test): 取處于對數(shù)增*的二形柵藻和小球藻置于和戶外培養(yǎng)系統(tǒng)相同的培養(yǎng)基，調(diào)節(jié)pH為2.5～10.5進(jìn)行絮凝試驗(80 r · min-1 1 min，30 r · min-1 15min，沉淀15 min)，監(jiān)測絮凝效果和相關(guān)水質(zhì)參數(shù)變化. 戶外培養(yǎng)試驗結(jié)果表明，系統(tǒng)停止CO2供應(yīng)和攪拌24 h后，體系pH迅速升至8.9，PO43--P、Ca2+同步降低，高效絮凝(96%)形成，而Mg2+維持不變(表 4). 由此初步證明，自發(fā)性絮凝是由高pH下的磷酸鈣沉淀誘導(dǎo)的. 室內(nèi)絮凝試驗結(jié)果顯示：pH 5.0～7.5時無絮凝發(fā)生. pH>8.5后形成了高效絮凝(～98%)，與戶外試驗結(jié)果*. 進(jìn)一步試驗顯示，在PO43--P為6.2 mg · L-1的情況下，Ca2+(2.0 mmol · L-1)在pH≥8.5時就能生成沉淀并引發(fā)絮凝;而Mg2+(2.0 mmol · L-1)要在pH≥10.5后才能生成沉淀進(jìn)而引發(fā)絮凝. 如果沒有PO43--P存在，則Ca2+在整個堿性范圍內(nèi)都不能引起絮凝.
