WLX十堰地埋式一體化屠宰污水處理設(shè)備
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底物水平
N、P等營(yíng)養(yǎng)元素的缺乏將刺激微藻EPS的生產(chǎn)，這與細(xì)菌、真菌等微生物*. 基于此，在運(yùn)行中可采用高密度培養(yǎng)以獲得較低的F/M值，以自然形成底物受限的工藝條件. 而微藻生長(zhǎng)的另一重要底物——無(wú)機(jī)碳(IC)受限則將抑制EPS的生產(chǎn). 如，Cordoba-Castro等發(fā)現(xiàn)斜生柵藻(Scenedesmus obliquus)的EPS生產(chǎn)隨CO2的供給而增加：在高CO2供給條件下(4%)，微藻的生長(zhǎng)和EPS產(chǎn)量都大;而CO2供給下降后EPS的生產(chǎn)也隨之降低.從強(qiáng)化EPS生產(chǎn)的角度來(lái)看，在實(shí)際運(yùn)行中無(wú)疑應(yīng)加強(qiáng)IC的供給. 然而，如Pragya等所指出，為強(qiáng)化基于高pH的自絮凝則應(yīng)限制IC供給，以達(dá)到盡可能高的pH條件.因此，對(duì)IC的調(diào)控應(yīng)權(quán)衡其對(duì)高pH和EPS兩種自絮凝正反兩方面的綜合效應(yīng).
4.4.5 微藻種屬
無(wú)論是基于高pH的自絮凝還是基于EPS的自絮凝，其絮凝條件和效果都將隨目標(biāo)藻種不同而異(參見4.2節(jié)和4.3節(jié)部分). 這可能是由于藻細(xì)胞在表面特性和特性上的不同而導(dǎo)致的. 如，電負(fù)性較高的藻細(xì)胞需要更多帶正電的沉淀物生成. 又如多細(xì)胞和大型絲狀藻種比單細(xì)胞藻種更容易絮凝沉降. 在這方面需要綜合考慮微藻種屬的污水凈化能力、藻細(xì)胞的利用價(jià)值等，選擇性富集易于絮凝沉降的藻種.
4.4.6 溶解性有機(jī)物
與外加混凝劑類似(參見3.1.2部分)，水中溶解性有機(jī)物(DOM)對(duì)自絮凝也會(huì)產(chǎn)生顯著的抑制作用. 這些DOM既可能是原水中帶來(lái)的腐殖質(zhì)，也可能是藻類代謝產(chǎn)生的有機(jī)物(AOM). Beuckels等(2013)表明，腐殖酸和藻酸鹽將顯著抑制磷酸鈣誘導(dǎo)的自絮凝，而葡萄糖和乙酸等小分子卻沒有影響.同樣，Wu等(2012)發(fā)現(xiàn)AOM對(duì)*誘導(dǎo)的自絮凝有強(qiáng)烈的抑制作用，當(dāng)AOM從零增加至70 mg · L-1時(shí)，小球藻的自絮凝效率從92%降低至7%.其原因很可能是DOM將優(yōu)先與Ca2+、Mg2+等離子結(jié)合，從而阻止了磷酸鈣和*等沉淀物的產(chǎn)生. 另外，由于DOM本身帶負(fù)電，因此會(huì)額外增加電性中和所需的絮凝劑用量. 鑒于此，Beuckels等(2013)指出，DOM的抑制作用很可能是很多實(shí)際情況下，磷酸鈣/*等沉淀物的相關(guān)生成條件都已超過(guò)臨界值，但自絮凝卻沒有發(fā)生的原因所在.在這方面迫切需要更進(jìn)一步的系統(tǒng)研究.
5 各種絮凝分離方法的比較與展望
以鐵鹽和鋁鹽為代表的金屬絮凝劑是各種絮凝方法中應(yīng)用成熟的技術(shù).其主要優(yōu)點(diǎn)是藥劑生產(chǎn)簡(jiǎn)單，絮凝條件容易控制，絮凝效果有保障. 但無(wú)機(jī)絮凝劑的用量一般很大(幾百mg · L-1藻液)，從而產(chǎn)生大量污泥. 再者，絮凝效果受pH影響較大，其pH值很可能超出微藻培養(yǎng)系統(tǒng)的正常pH范圍，且無(wú)機(jī)絮凝劑僅對(duì)部分微藻種屬有效. 不利的效果是，金屬鹽類往往對(duì)藻細(xì)胞具有毒害作用: Chen等在使用氯化鐵絮凝柵藻時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)投加量較高時(shí)，藻細(xì)胞在24 h后全部死亡;Papazi等也發(fā)現(xiàn)鋁鹽雖然絮凝效果，但會(huì)引起藻細(xì)胞裂解.此外，金屬鹽類殘留在藻細(xì)胞中還將對(duì)藻細(xì)胞的利用和終處置造成不利影響.因此，從微藻培養(yǎng)的角度來(lái)看，金屬鹽類絮凝劑并不是技術(shù)選擇. 有鑒于此，無(wú)機(jī)金屬絮凝劑似乎不可能成為微藻分離采收的主要發(fā)展方向.
與無(wú)機(jī)絮凝劑相比，有機(jī)高分子絮凝劑具有更高的絮凝效率(10～30 mg · L-1藻液)，產(chǎn)生的污泥量小，能適用于更廣泛的微藻種屬.其中，聚丙烯酰胺雖然是水處理中應(yīng)用較成熟的高分子絮凝劑，但其對(duì)微藻的絮凝效果卻不如殼聚糖、陽(yáng)離子淀粉等天然高分子絮凝劑. 且其在使用中可能會(huì)釋放出一定量具有強(qiáng)烈毒性的單體丙烯酰胺，因此其應(yīng)用前景有限. 天然高分子絮凝劑無(wú)毒，易生物降解，對(duì)微藻培養(yǎng)和藻細(xì)胞的后續(xù)利用基本無(wú)負(fù)作用，在微藻的分離采收中具有良好的應(yīng)用潛力. 但天然高聚物中只有殼聚糖等少數(shù)是陽(yáng)離子型的. 殼聚糖的絮凝效率很高，但其絮凝條件一般為酸性，超出了微藻生長(zhǎng)的正常pH范圍. 考慮到對(duì)大量藻液進(jìn)行酸化所需投加的化學(xué)藥劑用量，殼聚糖很可能在經(jīng)濟(jì)上不具備選擇性. 陽(yáng)離子淀粉在原料上可大量獲取，價(jià)格低廉，投加量非常小(幾mg · L-1藻液)，絮凝效果優(yōu)異且基本不受pH影響，具有良好的工程化應(yīng)用潛力. 后續(xù)研究的重點(diǎn)應(yīng)在于優(yōu)化其陽(yáng)離子化過(guò)程，以進(jìn)一步提高其適用性和絮凝效率，并顯著降低加工制造成本.
利用細(xì)菌、真菌等微生物生產(chǎn)的生物絮凝劑具有高效、無(wú)毒、可生物降解等優(yōu)點(diǎn). 但其各種利用方式都存在明顯缺陷：1)直接投加微生物細(xì)胞或菌-藻共同培養(yǎng)有對(duì)微藻培養(yǎng)系統(tǒng)造成污染的風(fēng)險(xiǎn);2)投加培養(yǎng)液、抽取液、提取物等方式需要一個(gè)微藻培養(yǎng)系統(tǒng)以外的單獨(dú)培養(yǎng)體系，尤其是后兩者還涉及到復(fù)雜的分離和加工問(wèn)題，這無(wú)疑會(huì)增加利用難度和成本. 可見，生物絮凝劑一般所宣稱的低成本優(yōu)勢(shì)可能在實(shí)踐中難以能成為現(xiàn)實(shí). 生物絮凝劑另一缺點(diǎn)是，某一生物絮凝劑可能只對(duì)某些特定藻種絮凝效果較好. 利用自絮凝藻種產(chǎn)生的生物絮凝劑不需要額外的培養(yǎng)體系，且無(wú)污染微藻培養(yǎng)之虞. 但自絮凝種屬的生長(zhǎng)速度一般低于非自絮凝種屬，其污水凈化能力和產(chǎn)油潛力也可能不如非絮凝藻種.因此，控制自絮凝藻種在系統(tǒng)中的比例至關(guān)重要. 這就提出了在混合培養(yǎng)中進(jìn)行種群控制的復(fù)雜要求. 與細(xì)菌、真菌等微生物產(chǎn)生的生物絮凝劑類似，自絮凝藻株的絮凝效果也將隨目標(biāo)藻種的不同而異. 理解自絮凝(EPS誘導(dǎo))藻種的絮凝機(jī)理對(duì)促進(jìn)其應(yīng)用具有關(guān)鍵意義. 目前在這方面的研究還非常不足，基本上還處于對(duì)EPS的成分分析上. DCB理論雖然能解釋很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但存在不能解釋為什么只有特定藻種才具有絮凝作用這一根本缺陷. 在此方面，由藻細(xì)胞親/疏水性決定的Lewis酸-堿水合作用力是非常有前景的理論，應(yīng)該成為后續(xù)研究的重點(diǎn).
*沉淀雖然能有效誘導(dǎo)出自發(fā)性絮凝，但其形成一般要在pH>10.5以上. 而大部分微藻在pH>9時(shí)光合作用就會(huì)受到顯著抑制甚至*停止，所以微藻的自然生長(zhǎng)很可能達(dá)不到*沉淀的生成條件. 事實(shí)上，幾乎所有基于*沉淀的自絮凝都是通過(guò)外加堿性物質(zhì)達(dá)到所需pH值(表 6)，這無(wú)疑會(huì)帶來(lái)額外的成本. 高pH還可能對(duì)藻細(xì)胞造成嚴(yán)重?fù)p傷，例如，高產(chǎn)油藻種Skeletoma costatum在pH = 10. 2時(shí)絮凝率達(dá) 80%，但回收藻體中相當(dāng)一部分細(xì)胞發(fā)生解體及胞內(nèi)成分外泄，嚴(yán)重影響后續(xù)二十碳五烯酸(EPA)提取工藝;螺旋藻(Spirulina platensis)在pH高于13時(shí)，細(xì)胞絮凝得又快又*，但此時(shí)藻細(xì)胞顏色發(fā)黃，表明其細(xì)胞已受到較為嚴(yán)重的“pH損傷”.此外，高pH值還很可能超出排放標(biāo)準(zhǔn)，需要再加酸調(diào)節(jié)到容許的范圍. 因此，基于*沉淀的自絮凝只適用于單純的微藻采收，對(duì)微藻污水處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)并不是一個(gè)合適的選擇.
基于磷酸鈣沉淀的自絮凝無(wú)需任何額外投入，在微藻自然生長(zhǎng)的pH范圍內(nèi)(8～10)就能形成，能同步實(shí)現(xiàn)除磷，對(duì)微藻活性和藻細(xì)胞的后續(xù)加工利用幾乎沒有不利影響. 因此，無(wú)論是從污水深度處理，還是從藻細(xì)胞的采收利用等角度來(lái)看都是分離采收方法之一. 尤其是隨著磷酸鹽濃度提高，其臨界pH值將顯著下降;而這在實(shí)際污水處理中恰恰是一個(gè)很容易控制的工藝條件. 鑒于此，可以提出以下幾個(gè)強(qiáng)化基于磷酸鈣沉淀自絮凝的思路：①在污水處理的主體工藝中取消強(qiáng)化生物除磷，為后續(xù)微藻處理系統(tǒng)保留高磷濃度;②采用高密度間歇培養(yǎng)方式，并*或在反應(yīng)周期末端取消外部CO2供給，以迅速且自然地形成高pH條件;③通過(guò)適當(dāng)延長(zhǎng)反應(yīng)周期、強(qiáng)化光合作用(光照、底物濃度)等進(jìn)一步促進(jìn)pH的提升. 目前存在的問(wèn)題是大部分研究都只是考察高pH下瞬時(shí)的絮凝效果. 如果微藻培養(yǎng)系統(tǒng)*處于誘導(dǎo)自絮凝所需的高pH環(huán)境，幾個(gè)非常值得關(guān)注的問(wèn)題是：①微藻種群結(jié)構(gòu)是否會(huì)發(fā)生顯著變化?② 目標(biāo)藻種能否維持優(yōu)勢(shì)?③ 微藻的特性(凈化能力、油脂含量等)是否會(huì)發(fā)生改變?這些都需要進(jìn)一步的系統(tǒng)研究來(lái)明確.
