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藻类在污水处理中的应用
摘要
藻类能够去除污水中的氮、磷营养物质及重金属，还能与菌类形成复杂的共生系统，促进污水的净化。本文总结了藻类塘及固定藻等藻类技术在污水处理领域的应用，也介绍了藻类的检测作用。作为一种良好的净水材料，藻类有着良好的应用前景。关键词：污水处理；藻类技术；稳定塘
藻类细胞微小，形体多样，适应性强，分布广泛。作为一种易得的生物资源，藻类正在被应用于食品、生物燃料等领域，在污水处理方面的作用也越来越受到重视。
1.藻类处理污水原理
1.1 对营养物质的去除
藻类的近似分子式为10626311016，在生长过程中，藻类以C2为碳源，吸收氮磷等营养物质，通过藻类细胞中的叶绿素的光合作用产生藻类自身的细胞物质，完成藻类增殖并在这个过程中释放氧气[1]。反应方程式为：
1.2对重金属的去除
用于去除重金属的常用藻类为绿藻门、褐藻门和红藻门，它们的细胞壁有着共同特点：含有大量的多糖及蛋白质，而多糖和蛋白质中含有多种功能基团，可以与重金属结合。
藻类对重金属的吸附过程分为两个阶段：第一阶段与代谢无关，金属离子通过络合、离子交换等作用附在细胞表面；第二阶段为生物富集过程，即与细胞代谢直接相关的过程，在此阶段中金属被运送至细胞内，并储存起来[2]。1.3菌藻共生系统净化污水
在净化污水的过程中，藻类和细菌形成复杂的共生系统，促进了污水的净化[3]。好氧菌将含碳有机物降解为二氧化碳和水，对含氮有机物进行氨化，继而进行硝化，生成氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐，将含磷有机物最后降解为正磷酸盐。氧化降解过程中产生的能量为细菌的代谢活动提供能量。而细菌降解有机质产生的C2又成为藻类的主要碳源，促进了藻类的光合作用。在藻类新陈代谢的过程中，藻类能将细菌代谢中产生的物质吸收转化为藻类的细胞物质。藻类光合作用释放出的氧，增加了水中的溶解氧，促进了好氧菌的代谢活动，使其能够维持正常的生命活动。
2.利用藻类技术处理污水的工艺
2.1稳定塘
稳定塘又名生物塘，是一种利用水塘中的微生物和藻类对污水和有机废水进行生物处理的方法。该方法与自然水体的自净过程相似，多用于小型污水处理。其工作原理为：利用“藻菌共生系统”进行废水净化。
在稳定塘中最为流行的是兼性塘，其塘深一般为1.5～2.5m，上层是好氧区，藻类的光合作用和大气复氧作用使其有较高的溶解氧,由好氧微生物起净化污水作用；中层的溶解氧逐渐减少，称兼性区（过渡区），由兼性微生物起净化作用；下层塘水无溶解氧，称厌氧区，沉淀污泥在塘底进行厌氧分解。其工作原理如图所示。
稳定塘的综合成本低，并能进行污水资源化，但占地面积大，处理效果受气候影响，因此一般用于农村及城镇地区。2.2高效藻类塘
高效藻类塘[5]不同于传统的稳定塘，主要表现在三个方面：
（1）塘深较浅,一般为0.3～0.6m；
（2）停留时间较短，比一般的稳定塘的停留时间短7～10日；
（3）有一个垂直于塘内廊道的、连续搅拌装置。
高效藻类塘可以认为是普通稳定塘的优化升级，能够强化细菌和藻类之间的相互作用，具有比普通氧化塘更加丰富的生物相，因此可以大大提高处理污水的有机负荷。2.3藻类固定技术
藻类固化技术是指利用物理或化学手段将游离的藻类细胞定位于限定的空间区域，使其成为一种既保持本身代谢活性，又可在连续反应后回收利用的生物体系[6]。
在污染物排放标准比较严格而单纯依靠传统处理难以达标的情况下，藻类固定法成为有效的废水处理辅助方法。将藻类固定法与传统处理法结合起来，可扬长避短，改善处理效果。
3.藻类的监测及检测作用
大部分藻类对环境敏感，可以作为环境监测指标。比较常见的指示种类：藻类多样性、生物量、形态。其中，以某种藻类的存在或消失为检测指标，是最经典的一种方法。
（1）水体严重污染的指示藻：绿色裸藻、静裸藻、小颤藻；
（2）水体中度污染的指示藻：被甲栅藻、四角盘星藻、环绿藻、脆弱刚毛藻、蜂巢席藻；
（3）清洁水体的指示藻：肘状针杆、簇生竹枝藻等。
藻类在水污染检测方面最常用的是室内的毒性测试[7]。污水虽然经过了处理，但是重金属不能被生物降解，污水处理厂产出的污泥在作进一步处理之前进行生物测试是非常有必要的。
4.总结与展望
利用藻类技术处理污水工艺具有自然环保的特点，有着良好的应用前景。其典型工艺——稳定塘技术，综合成本低，并能进行污水资源化，非常适合农村及小城镇地区，应当大力推广。另一种工艺—— 藻类固定技术，能够与传统的工艺结合起来，达到更好的水处理效果，是一个很有潜力的发展方向。
在环境监测等方面，藻类技术具有操作简单、检测灵敏及现象直观的优势，可以广泛的加以利用。
5.参考文献
[1]张自杰, 林荣忱.排水工程（下册）[M].北京：中国建筑工业出版社, 2000:263-264 [2]支田田, 程丽华, 徐新华,等.藻类去除水体中重金属的机理及应用[J].化学进展, 2011(8):1782-1794.[3]Munoz R, Guieye B.Algal–bacterial procees for the treatment of hazardous contaminants: a review[J].Water research, 2006, 40(15): 2799-2815.[4]王宝贞.水污染治理新技术[M].北京：科学出版社, 2004:159-165.[5]Nurdogan Y, Oswald W J.Enhanced nutrient removal in high-rate ponds[J].Water Science & Technology, 1995, 31(31):33–43.[6]王新, 李培军, 巩宗强,等.固定化细胞技术的研究与进展[J].农业环境科学学报, 2004, 20(2):120-122.[7]李朔.藻类在污水处理中的角色及价值[J].节能与环保, 2005(04):18-20.
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