養殖廢水處理設備總承包 新型一體化污水處理設備是我公司設計開發的一種將壓力溶氧、射流曝氣、內循環流化床、生物膜過濾等多項污水處理技術融為一體的處理設備；具有節省投資、節約用地、運行成本低的優勢，更可實現全自動無人值守。利用該設備處理城鎮污水，其出水水質可以達到GB18918-2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A排放標準。
 

該設備適用范圍
1、適用于住宅區，賓館、飯店、療養院、學校、村莊、集鎮等。
2、適用于車站、飛機場、海灣碼頭、工廠、礦山、旅游景區等。
3、適用與生活污水類似的各種工業有機廢水及養殖屠宰廢水等。

利用微藻進行污水處理的歷史追溯已久. 早在20世紀50年代，Oswald等就提出利用微藻處理污水的設想. 此后，以藻-菌共生體系和高效藻類塘為代表的懸浮生長藻類塘系統在分散式污水處理中得到了廣泛的工程應用. 但這類系統因占地面積大、處理效果不穩定等局限性，一直未能成為污水處理的主流工藝. 近年來，在市政污水處理廠深度凈化需要以及渴望從污水中獲得生物柴油的驅動下，微藻污水處理在世界范圍內重獲新生.

　　微藻生長過程需要大量吸收氮(N)、磷(P)等營養元素，可直接降低二/三級出水中N、P等污染物的含量. 通過固定二氧化碳(CO2)、產生氧氣(O2)、提高pH等間接作用，微藻還能創造出有效去除水中殘留有機物和病原性微生物的環境條件. 此外，微藻也具有吸附重金屬等有害物質的能力. 因此，微藻具有成為污水深度凈化技術的良好潛力. 在污水二/三級處理中，去除營養元素的常見藻種包括: ①綠藻門的小球藻(Chlorella)、葡萄藻(Botryococcus)、柵藻(Scenedesmus)和微綠球藻(Nannochloris)等，其中尤以小球藻(Chlorella)和柵藻(Scenedesmus)的研究報道為多;②藍藻門的節旋藻屬(Arthrospira sp.)、顫藻屬(Oscillatoria sp.)和席藻屬(Phormidium);③硅藻門的三角褐指藻(P. tricornutum)等.以上種屬的N、P去除效果可參見Cai等的綜述文章. 在藻種選擇的基礎上，微藻培養系統(反應器)的構建是實現微藻污水處理工程化應用的關鍵. 按微藻的生長方式不同，微藻培養系統可分為懸浮培養和附著培養兩大類. 懸浮培養系統可進一步分為開放式和封閉式兩類：①開放式系統主要指各類塘系統，典型的如高效藻類塘和跑道式藻類塘等;②封閉式系統主要指各類光生物反應器，分為管式(垂直、水平、螺旋)、圓柱式、薄板式和袋式等. 附著式系統包括光生物膜(平板)反應器和藻細胞固定化. 考慮到污水處理的實際情況(水量大，建造、運行成本等)，開放培養系統仍將是微藻污水處理的主流反應器構型.

　　如上所述，藻細胞用于生產生物柴油是微藻污水處理重獲新生的主要驅動力之一. 通過微藻生產生物柴油具有其他任何產油作物*的優勢：①藻細胞的光合效率高，生長速度快、周期短，其產油量為47000~190000 L · hm-2 · a-1，是農作物的7~30倍;②生物質燃油熱值高，平均達33 MJ · kg-1，是木材或農作物秸稈的1.6倍;③不需占用農業用地;④生物質(藻細胞)生產和加工成本低，尤其是以污水為底物進行藻細胞培養時. 有鑒于此，美國、歐洲、澳大利亞、日本、中國臺灣等發達國家和地區都已將微藻培養作為實現污水生態處理和可再生能源生產的戰略發展目標. 常見的產油藻種及其油脂含量文獻已述及. 工業上以產油為目的的微藻培養一般采用封閉式光生物反應器，并且往往采用純培養或單株培養的方式. 當結合污水處理目標時，因巨大的水量及污水中復雜的成分(尤其是其中包含的混合種屬)，以上培養方式將很難維持.

　　近年來，國內外學者在開發微藻污水深度凈化和可再生能源生產潛力方面進行了大量研究;在污水凈化機理、藻種篩選、反應器設計、工藝條件控制及藻細胞加工利用等方面都取得了積極的進展. 然而，無論從污水凈化本身，還是能源生產來說，藻細胞的分離、采收都一直是一個懸而未決的基礎性技術難題. 微藻細胞一般小于30 μm，帶負電荷，密度接近于水，這些特性使得藻細胞在水中往往處于穩定的懸浮狀態，很難像活性污泥那樣通過重力沉淀而實現自然分離. 結果，藻細胞會隨處理水大量流失，不僅二次污染處理水，而且導致反應器內生物量難以大量維持(一般僅為0.2~0.6 g · L-1). 低的培養密度導致去除效率低下，使得處理效果穩定性較差. 對此，往往需降低處理負荷，同時采用較長的水力停留時間(HRT)，進而導致占地面積加大. 目前普遍應用的藻類塘系統HRT一般為2~6 d，當量人口占地一般>10 m2. 顯然，其占地面積要比二/三級污水處理主體單元還要龐大許多，這在用地緊張的城市中是很難被接受的.

　　從能源生產角度看，滿足工業利用要求的藻細胞原料其生物量應達到300~400 g · L-1(干質量). 因此，常規培養下的藻液需濃縮1 000倍以上后方能在工業上加以利用. 這一高能耗的分離、濃縮過程是微藻能源生產中的主要能耗成本(占微藻生物質生產總成本的20%~50%. 過高的生產成本使得藻類生產生物柴油與化石燃料相比仍處于劣勢.

　　養殖廢水處理設備總承包可見，藻細胞分離、采收困難是限制微藻技術大規模工業化應用的重要瓶頸. 微藻分離、采收常用的方法包括離心法、過濾法(包括膜濾)、氣浮法、直接重力沉降法和絮凝法等. 離心法是快速、可靠的分離采收方法. 但由于其*的能耗和投資運行成本，在目前技術條件下并不具備大規模工程應用的潛力. 過濾法僅在分離絲狀藻時能耗和成本較低; 對于非絲狀藻極易形成膜污染，能耗和運行成本很高，不能滿足高效、低成本采收的要求. 氣浮法僅適用于采收單細胞藻類，在污水混合培養的條件下不能普遍適用; 此外，由于要產生大量的微小氣泡，其投資和運行成本/能耗亦很高，甚至可能高過離心法. 直接重力沉降法是成本低廉的分離、采收方法. 但其耗時長，分離效果和可靠性差.

　　絮凝法是分離水中粗分散和膠體物質應用廣泛的方法，在20世紀80年代就已經用于微藻的分離采收(. 懸浮藻液經絮凝后能實現高效重力沉淀分離; 分離的藻細胞能直接被截留在反應器內，達到維持高生物量和保障出水水質的目的. 從單純的藻細胞采收角度來說，絮凝法是處理大量稀藻液時經濟、可行的方法. 雖然藻細胞經絮凝沉淀后還不能直接達到工業應用的要求，但已能顯著降低后續濃縮過程的能耗和成本. 因此，絮凝法已被視為實現微藻大規模分離采收的方法. 根據是否需要添加絮凝劑可分為“外加絮凝劑法”和“自發性絮凝法”兩大類. 其中，外加絮凝劑法根據所使用的絮凝劑種類又可分為無機絮凝劑法、有機高分子絮凝劑法和生物絮凝劑法. 自發性絮凝按照發生機理可進一步分為高pH誘導的自發性絮凝和胞外聚合物(EPS)引起的自發性絮凝.

　　本文將從對微藻表面特性和絮凝機理的簡要介紹出發，系統總結各種絮凝分離方法的研究應用現狀，進而對各種方法進行綜合比較，以期明確微藻絮凝分離的發展方向.

　　2 微藻表面特性和絮凝機理 2.1 微藻懸浮液聚集穩定性的理論框架

　　擴展DLVO(XDLVO)理論是膠體化學中描述膠體穩定性的經典理論之一，已成功應用于描述活性污泥系統微生物細胞間的粘附聚集(絮凝)過程. 研究證實，該理論同樣適應于描述微藻懸浮液中藻細胞的聚集過程. 在XDLVO理論中，膠粒間的相互作用主要考慮了以下3種非共價鍵的相互作用力：①范德華力(Lifshitz-van der Waals interaction)，它是色散力、極性力和誘導偶極力之和; ②靜電力(Electrostatic interaction)，源自膠粒表面所帶電荷的靜電相互作用; ③Lewis酸-堿水合作用力(Lewis acid-base interaction)，源自極性組分間的電子轉移. 膠粒間的總表面位能(GTOT(d))為以上作用力的位能之和：

　　式中，GLW(d)為范德華作用力位能，GEL(d)為靜電作用力位能，GAB(d)為Lewis酸-堿水合作用力位能.(d)表示作用力的大小和性質為膠粒間距的函數. 理論上，GTOT(d)>0則膠粒間相互排斥，處于聚集穩定狀態; GTOT(d)<0則膠粒相互聚集. 典型的總位能曲線一般包含兩個低位穴能(膠粒間距由遠及近分別為第二低位穴能Em2和低位穴能Em1)，兩者之間存在一斥力能峰(Eb). 當膠粒相互靠近，到達第二低位穴能點(Em2)時，膠粒間處于一種可逆的粘附狀態;外界條件稍有變化則粘附的膠粒又將相互分離，是一種不牢固的粘結狀態. 只有膠粒的動能足夠大，足以克服斥力能峰到達低位穴能(EEm1)時才能形成牢固的粘結狀態，即發生絮凝)

　　2.2 藻細胞表面特性與聚集穩定性

　　決定總表面位能(式(1))的3種基本作用力中，范德華力一般表現為引力，其大小取決于膠粒間距、單位體積內的粒子數量和和粒子的極化率等. 而靜電力和Lewis酸-堿水合作用力的性質和大小則取決藻細胞的表面電勢和親/疏水性等表面特性.

　　2.2.1 表面電勢

　　藻細胞表面覆蓋著一層復雜的EPS，其主要成分為碳水化合物(EPSC)和蛋白質(EPSP)，其他成分包括腐殖質(Humus-like Substances)、核酸(Nucleic Acids)、糖醛酸(Uronic Acids)等. 這些成分導致藻細胞表面富集了大量羧基(—COOH)和氨基(—NH2)等功能團. 這些功能團隨體系pH不同能接收或失去質子(H+)，由此形成表面電荷及電勢. 例如: 當體系處于低pH條件時，羧基和氨基都將接收H+(質子化，protonation)，形成正的表面電荷;相反，當體系處于高pH條件時，羧基將失去H+(去質子化，deprotonation)，形成負的表面電荷;在特定pH條件下，可以形成羧基失H+而氨基得H+的情況，表面凈電荷為零，即等電點. 對于微藻，其等電點一般在pH=3. 而實際微藻培養系統的pH一般在7以上. 所以，藻細胞一般帶負電，即式(1)中的靜電作用力項表現為斥力.

　　膠粒表面電勢無法直接測量，只能測量出膠粒的Zeta電位后通過計算間接得出. Zeta電位是膠粒雙電層結構中滑動面與水溶液之間的電位差，是表征分散體系穩定性的重要指標. Zeta電位值越高，膠粒之間的排斥力越大，體系越穩定. 實際培養條件下藻類的Zeta電位一般在-35~-15 mV之間. 因此，藻細胞間的靜電斥力一般較大，是藻細胞在水溶液中保持聚集穩定性的主要原因.

　　2.2.2 親/疏水性

　　藻細胞的表面親/疏水性決定了式(1)中Lewis酸-堿水合作用力的性質和大小，具體有如下規律: 疏水性藻細胞間的Lewis酸-堿水合作用力表現為引力; 親水性藻細胞間的Lewis酸-堿水合作用力表現為斥力; 親水和疏水藻細胞間的Lewis酸-堿水合作用力性質則取決于藻細胞的相對親/疏水程度，可為引力或斥力; 親/疏水程度越高，Lewis酸-堿水合作用力的值越大. 以上規律可通俗地理解為疏水細胞在水溶液中將受到水分子的“排斥”作用，因而細胞間有相互團聚(吸引)的趨勢; 而親水細胞則各自受到水分子的“吸引”，因而細胞間有分散在水溶液中的趨勢(相互排斥). 藻細胞間的靜電斥力一般大于范德華引力，因此在沒有外加絮凝劑消除靜電斥力的情況下，Lewis酸-堿水合作用力(表面親/疏性)的性質和大小對微藻懸浮液的聚集穩定性就具有決定性的影響，例如: 親水性藻細胞間的Lewis酸-堿水合作用力為斥力，因此該類藻細胞懸浮液總是能保持聚集穩定性; 只有Lewis酸-堿水合作用力為引力時(疏水藻細胞之間及特定親水-疏水藻細胞組合)，微藻懸浮液才有可能發生絮凝. 細胞親/疏水性取決于其表面功能團: 表面富含長鏈烴類的微藻種屬(如，葡萄藻屬)表現為疏水性，因為長鏈烴類主要包含甲基和亞甲基等疏水基團，而羥基和羧基等親水基團只占很小一部分; 表面富含糖醛酸、中性糖和葡糖胺等成分的微藻種屬(如小球藻)則表現為親水性，因為這些成分能形成大量羥基、羧基和氨基等親水基團.

　　2.3 絮凝機理

　　根據上述XDLVO理論，微藻絮凝的基本原理就是要通過降低/消除靜電斥力(Zeta電位)，使Lewis酸-堿水合作用力表現為引力等措施消除/降低藻細胞之間表面能的排斥能峰，使藻細胞能相互靠近到達低位穴能，從而緊密地粘結在一起形成絮體. 其中，外加無機絮凝劑的主要作用機理就是中和藻細胞表面的電負性，降低/消除靜電斥力. 外加高分子有機絮凝劑則主要通過吸附架橋原理起作用: 鏈狀高分子物質(少數情況也可能是無機絮凝劑形成的大膠粒)在靜電引力、范德華力和氫鍵力的作用下，一端吸附了某一膠粒后，另一端又吸附了另一膠粒，從而把不同的膠粒連接起來而形成絮體(圖 1). 生物絮凝劑和EPS誘導的自絮凝則可能是通過Lewis酸-堿水合作用力中的疏水引力及吸附架橋原理的綜合作用實現絮凝. 投加絮凝劑形成的沉淀物和絮體等還可通過網捕和卷掃等物理作用進一步促進藻細胞的絮凝沉降.