固定化藻菌對富營養(yǎng)化水體的修復(fù)論文
摘要：由于社會經(jīng)濟快速發(fā)展和治理措施的相對滯后，湖泊富營養(yǎng)化已成為我國淡水湖泊面臨的最主要生態(tài)環(huán)境問題。我國已有的修復(fù)富營養(yǎng)化水體方法都具有成本高、能耗高，并且出水仍然含有相當(dāng)多、難降解有機物和重金屬等缺點，而藻茵共生系統(tǒng)能夠互相提供生長因子，提高微生物細胞濃度和純度，反應(yīng)過程控制比較容易，還能回收利用，對水的清潔度也遠遠高于普通藻類。因此，藻茵共生系統(tǒng)在修復(fù)富營養(yǎng)化有非常廣闊的應(yīng)用剪君。
關(guān)鍵詞：固定化藻茵;生物脫氮除磷技術(shù);國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
一、富營養(yǎng)化現(xiàn)狀以及危害
造成湖泊富營養(yǎng)化最主要的因素就是N、P等營養(yǎng)鹽的大量輸入，造成水生植物和浮游生物過度生長，以致于破壞水體生態(tài)系統(tǒng)平衡。進入水體的氮、磷來源主要有以下幾個方面：工業(yè)和生活污水未經(jīng)處理直接進入水體;污水廠出水;面源性的農(nóng)業(yè)污染物(農(nóng)藥等);城市來源(含磷洗滌劑等)。一般情況下認為總磷含量大于0.01-0.02mg/L，總氮含量超過0.2-0.3mg/L，水體即發(fā)生富營養(yǎng)化。近年來我國湖泊富營養(yǎng)化進程相當(dāng)迅速，據(jù)統(tǒng)計，我國富營養(yǎng)化湖泊占總調(diào)查湖泊數(shù)量的比例不斷增大，湖泊富營養(yǎng)化的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
(一)影響人類健康、魚類生長和農(nóng)作物生長
湖泊富營養(yǎng)化會與人體或動物血紅蛋白結(jié)合生成高鐵血紅蛋白，喪失輸氧功能;亞硝胺為致癌物質(zhì)，導(dǎo)致人畜患食道癌，胃癌的幾率增大。其次，水體中的游離氨影響魚鰓傳遞氧的能力，對大部分魚類來說，水中游離氨對魚的致死量為Img/L;而且富營養(yǎng)化湖泊中部分藻類死亡后，藻體分解產(chǎn)生毒素，直接毒害魚類，有可能經(jīng)食物鏈對人類產(chǎn)生威脅。最后，富營養(yǎng)化水體中的有機物會影響土壤結(jié)構(gòu)和持水率，進而影響農(nóng)作物的生長。
(二)降低湖泊的供水能力與景觀價值
富營養(yǎng)化湖泊水體中大量的藻類，浮游生物以及漂浮物會堵塞管道，給凈水設(shè)施的運行造成困難，同時增加處理成本。生成的氨氣，硫化氫和甲烷等氣體，散發(fā)難聞惡臭。且水面漂浮物嚴重，影響水域的旅游價值，進而影響湖泊的經(jīng)濟價值。
二、生物脫氮除磷技術(shù)
(一)發(fā)展趨勢
生物修復(fù)作為環(huán)境生物技術(shù)的核心部分，近年來在基礎(chǔ)和應(yīng)用研究上取得了重大進展，展示了在實際污染控制中應(yīng)用的可能性。生物修復(fù)技術(shù)和物理化學(xué)方法相比，在處理成本上占很大優(yōu)勢，比如美國軍事環(huán)境中心對1萬噸以上的污染土壤修復(fù)成本的研究結(jié)果表明，異位生物修復(fù)技術(shù)成本為230~ 300US$/t，而燃燒法的成本為740US$/t。與異位生物修復(fù)相比，原位生物修復(fù)技術(shù)成本將更低，但影響因素多，工藝條件控制難。因此，研究開發(fā)在復(fù)雜的污染體系中快速定量檢測污染物的.變化和降解微生物及其群落變化的簡便方法，生物修復(fù)優(yōu)化控制方法和理論將是今后環(huán)境生物技術(shù)的重要研究方向。
(二)藻菌共固定化體系
活性污泥法是目前廣泛采用的污水處理方法，它能利用細菌對多種營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和降解能力有效去除水體中的污染物。和傳統(tǒng)的懸浮生物處理法相比，固定化微生物處理工藝具有處理效率高，穩(wěn)定性強，能純化和保持高效菌株，生物濃度高，污泥產(chǎn)量少，固液分離效果好等優(yōu)點，因此受到了廣泛關(guān)注。通過試驗可以證明固定化硝化與反硝化混合污泥可以實現(xiàn)單級生物脫氮，效果好于未固定污泥。
三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
在國內(nèi)，生物修復(fù)法因具有處理效果好，無二次污染，費用低等優(yōu)點在水處理領(lǐng)域受到青睞。由于微生物應(yīng)用于水處理分懸浮法和固著法，懸浮法在處理水質(zhì)的過程中，存在微生物難以與水體分離，不易收獲，易引起二次污染等重大問題，而微生物固定化技術(shù)是剎用物理或化學(xué)的方法將微生物固定在某一特定空間內(nèi)，使其既不溶于水又能保留微生物固有的活性，而能重復(fù)連續(xù)使用的生物工程技術(shù)。
比如李映霞等研究表明固定化螺旋藻的生長期略滯后于懸浮態(tài)螺旋藻，但固定化螺旋藻生長期更長;懸浮態(tài)下，螺旋藻對TN、TP最大去除率分別為35.3%和34.6%;固定化后螺旋藻對TN、TP最大去除率分別達到了45.2%和56.3 010，說明經(jīng)固定化后顯著提高了螺旋藻對N、P去除能力。嚴清等對固定化和游離態(tài)小球藻脫氮除磷效果進行了對比研究，結(jié)果表明固定化藻在2d內(nèi)對氨氮和磷酸鹽的去除率比游離態(tài)藻分別高出23.14%和35.19%;固定化后初期內(nèi)會對藻細胞的生長產(chǎn)生一定的影響，使得其生長慢于游離態(tài)藻，但在較短時間內(nèi)即可恢復(fù)細胞活性，繼續(xù)生長，說明固定化過程并未對細胞造成不可恢復(fù)的損傷，固定化還可以保護細胞免受外界環(huán)境的影響，延長藻細胞的使用期。
在國外技術(shù)中，自從Hattori在20世紀50年代首次完成對大腸桿菌的固定化后，微生物固定化技術(shù)已迅速發(fā)展成為比較完備的方法體系。Tam、Travieso等利用固定化藻菌系統(tǒng)對污水進行脫氮除磷，效果明顯好于游離態(tài)藻脫氮除磷的效率，且固定化后的藻菌有效期更長。Yanyan Su等利用藻和活性污泥共生系統(tǒng)處理廢水中營養(yǎng)物質(zhì)和有機物并研究藻和活性污泥的比例對去除結(jié)果的影響，結(jié)果表明微生物的比例對COD的去除影響不大，但對氮磷去除影響較大;10d內(nèi)，藻與活性污泥比例為5:1的組對氮磷最高去除率分別達到91.Ot7.Oo和93.5t2.5%，相比其他比例條件對氮磷的去除率高約5~40%。
四、結(jié)語·
微生物固定化技術(shù)與傳統(tǒng)生物水處理技術(shù)相比效果要好，穩(wěn)定性強，受外界環(huán)境影響小，保持高效優(yōu)勢微生物，微生物濃度大，易收獲、減少二次污染等優(yōu)點，目前業(yè)內(nèi)越來越多的學(xué)者開始重視對藻菌固定化的研究。對固定化體系脫氮除磷機理的研究發(fā)現(xiàn)，對于磷的去除吸附、同化和共沉積作用是其主要去除作用，而氨氮在吸附同化過程中還有揮發(fā)作用是其主要的去除機理。這對于今后研究其他脫氮除磷的方法是一個比較好的借鑒。
參考文獻：
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