螺旋藻廢水處理工藝及其應(yīng)用

楊 敏，張傳光，嚴(yán)谷芬，JEFFREY X．HA(美)

(1．云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南昆明650034;2．云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南昆明650201)

螺旋藻廢水處理工藝及其應(yīng)用

楊 敏1，張傳光2，嚴(yán)谷芬1，JEFFREY X．HA(美)1

(1．云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南昆明650034;2．云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南昆明650201)

綜述了高鹽螺旋藻生產(chǎn)廢水的處理新工藝—螺旋藻廢水處理工藝。該處理工藝包括電滲析(ED)法綜合性能高、反滲透(RO)法處理效率高的特點(diǎn)，工藝的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)程海周邊螺旋藻生產(chǎn)廢水達(dá)標(biāo)零排放并資源化利用的目標(biāo)。

螺旋藻;高鹽廢水;電滲析;反滲透

螺旋藻是一種主要分布于熱帶、亞熱帶地區(qū)淡水及鹽堿性湖泊中的多細(xì)胞絲狀藍(lán)藻(Blue Green Algae)，又稱藍(lán)細(xì)菌(Cyanaobacteria)，屬藍(lán)藻門(Cyanophyta)、顫藻目(Oscillatoriales)、顫藻科(Osciallatoriaceae)螺旋藻屬(Spirulina)。螺旋藻具有高蛋白、低脂肪、低糖類等特點(diǎn)，并含有多種維生素、礦物質(zhì)、微量元素等生理活性物質(zhì)。其蛋白質(zhì)含量為50%～70%、碳水化合物為15%～20%、礦物質(zhì)7%、脂類6%～9%，具有極高的營養(yǎng)價(jià)值和保健價(jià)值。1g螺旋藻干粉的營養(yǎng)價(jià)值相當(dāng)于1000g任一種水果或蔬菜的總和［1］。

程海是云南省九大高原湖泊之一、也是全球三個(gè)可天然生長螺旋藻的湖泊之一，位于云南省麗江市永勝縣，屬長江流域金沙江水系但又與金沙江隔絕的一個(gè)內(nèi)陸封閉型高原海水湖泊。由于降水補(bǔ)給量小于蒸發(fā)量，程海已逐年鹽化，目前湖水含鹽量約1678.3mg/L，pH為9.1～9.3。20世紀(jì)80年代始，螺旋藻養(yǎng)殖業(yè)在此迅速發(fā)展，除自然因素外，養(yǎng)殖過程中排放的大量廢水進(jìn)一步加劇了程海湖富營養(yǎng)化及鹽堿化，對(duì)程海的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。

程海周邊共有螺旋藻生產(chǎn)企業(yè)5家，螺旋藻生產(chǎn)用水皆取自程海。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1t干藻平均產(chǎn)生廢水約550t，5家生產(chǎn)企業(yè)年干藻粉產(chǎn)能約800t，即每年將會(huì)有約44萬t螺旋藻養(yǎng)殖廢水排入程海。程海綜合防治規(guī)劃已將“程海螺旋藻養(yǎng)殖廢水治理工程”列入水污染防治規(guī)劃的主要項(xiàng)目之一［2］。此前程海周邊部分螺旋藻企業(yè)也采用了一些技術(shù)進(jìn)行廢水處理，但處理效果不佳。按照湖泊環(huán)境保護(hù)要求，企業(yè)會(huì)因?yàn)閺U水不能達(dá)標(biāo)排放而面臨停產(chǎn)、破產(chǎn)的窘境。因此，對(duì)于企業(yè)而言找到合適、有效的螺旋藻養(yǎng)殖廢水處理工藝技術(shù)是使企業(yè)起死回生的關(guān)鍵。

1螺旋藻養(yǎng)殖廢水水質(zhì)及排放特點(diǎn)

1.1螺旋藻養(yǎng)殖廢水水質(zhì)特點(diǎn)

螺旋藻養(yǎng)殖廢水的水質(zhì)特點(diǎn)主要集中表現(xiàn)在鹽度高和可生化性差兩方面。通過對(duì)程海周邊螺旋藻養(yǎng)殖企業(yè)排放的廢水水質(zhì)監(jiān)測(cè)(表1)可知，其全鹽量＞2000mg/L。養(yǎng)殖廢水若直接排入程海將進(jìn)一步加劇其鹽堿化;直接用于農(nóng)業(yè)灌溉，需將廢水中可溶鹽量控制在1000mg/L以下，否則會(huì)造成土地鹽漬化、土壤板結(jié)、農(nóng)作物爛死等嚴(yán)重的負(fù)面影響［3］。另外，采用普通生物工藝處理時(shí)高含鹽量會(huì)導(dǎo)致水的活度過低，造成細(xì)胞內(nèi)水分外滲造成失水而失去活性［4］。目前普遍認(rèn)為B/C＜0.3的廢水屬于難生物降解廢水，該比值越高，表明廢水采用好氧生物處理所達(dá)到的效果越好［5］。而程海螺旋藻養(yǎng)殖廢水B/C=0.32(表1)，說明生化工藝對(duì)該廢水的處理難度較大。

表1螺旋藻生產(chǎn)廢水水質(zhì)(mg/L)

1.2螺旋藻養(yǎng)殖廢水排放特點(diǎn)

麗江程海周邊螺旋藻生產(chǎn)集中在4～11月份，除生產(chǎn)期外無廢水排放。養(yǎng)殖生產(chǎn)時(shí)間為200d/a，大量排水主要集中在7、8、9月份，11月至次年3月停止生產(chǎn)無廢水排放，廢水處理系統(tǒng)年空置期長。這就要求在設(shè)計(jì)廢水處理方案時(shí)考慮到處理設(shè)施具有隨用隨停、操作方便的特點(diǎn)，不需要長期維護(hù)以減小運(yùn)營成本。

2高鹽螺旋藻廢水處理技術(shù)方案設(shè)計(jì)

對(duì)于高鹽廢水而言，生化處理高鹽廢水難度大、費(fèi)用高。物理化學(xué)方法中的電吸附法、膜法、電絮凝法時(shí)有應(yīng)用，其中電絮凝作為污水處理的熱點(diǎn)技術(shù)在逐步推廣應(yīng)用，但其犧牲陽極的Fe3+、Al3+會(huì)對(duì)螺旋藻生產(chǎn)造成新的污染［6］，影響產(chǎn)品質(zhì)量。膜法作為目前應(yīng)用較多的、成熟可靠的技術(shù)被提出來，其又可分有電－膜法(如:電滲析法);壓力－膜法(如:超濾、反滲透法等)。

2.1常見的高鹽廢水處理技術(shù)介紹

2.1.1超濾法

超濾是用超濾膜選擇透過分子態(tài)物質(zhì)，截留粒徑φ=2～1000μm、分子量高于500的物質(zhì);其運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較小，但是分離效率也低。對(duì)于螺旋藻養(yǎng)殖產(chǎn)生的高離子態(tài)含鹽量的廢水適用性不強(qiáng)［7～8］。

2.1.2電滲析法

電滲析(ED)是用離子交換膜選擇透過分離濃度1000～5000mg/L的離子態(tài)溶質(zhì)。其投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用一般，分離效率較高。原水回收率可達(dá)70%，同時(shí)也產(chǎn)生約30%的高鹽廢水，對(duì)于各種高鹽廢水都有廣譜的適用性，但其因高濃度尾液產(chǎn)生量較大勢(shì)必加大后續(xù)處理成本而讓生產(chǎn)難以維續(xù)［7］。

2.1.3反滲透

反滲透(RO)膜可選擇透過截留φ=0.4～600μm，分離分子量＜150的分子。具有設(shè)備投資高、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高、分離效率高的“三高”特點(diǎn)，但其設(shè)備簡單，操作也方便。原水回收率為80%左右，是一種高效的高鹽廢水處理技術(shù)，但如何解決其運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高的問題是能否將其工業(yè)化實(shí)用的關(guān)鍵［8］。

2.2高鹽廢水處理技術(shù)設(shè)計(jì)思路

考慮到單項(xiàng)設(shè)備和技術(shù)的局限性，通過技術(shù)集成、揚(yáng)長避短、合理組合集成為一新型的、適用于麗江程海螺旋藻廢水處理的工藝技術(shù)。首先，采用電滲析處理原水——螺旋藻養(yǎng)殖產(chǎn)生的高鹽廢水，充分發(fā)揮電滲析綜合性能好的優(yōu)勢(shì);然后采用反滲透法處理電滲析產(chǎn)生的30%高鹽尾液。這樣一來既能發(fā)揮電滲析投資省、運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)勢(shì)，又能發(fā)揮反滲透處理的效率高、凈化度高的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)(圖1)。

最終產(chǎn)生的少量高濃度尾液(約占處理總量的5%左右)送到高位濃水池暫存，待到非生產(chǎn)季節(jié)時(shí)利用閑置的養(yǎng)殖池自然干燥，干燥后的廢渣送垃圾填埋場處置。這部分廢渣量約為污水處理總量的0.1%以下。

3螺旋藻廢水處理工藝技術(shù)實(shí)際應(yīng)用情況

3.1處理效果

2005年12月，永勝縣程海藍(lán)寶實(shí)業(yè)股份有限公司250t/d螺旋藻廢水處理技術(shù)方案通過了專家論證，并于2006年實(shí)施并完成了省級(jí)驗(yàn)收，達(dá)到《城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918－－2002)一級(jí)A標(biāo)(表2)。

表2廢水處理監(jiān)測(cè)結(jié)果(mg/L)

3.2應(yīng)用情況

2007年，麗江程海湖天然螺旋藻生產(chǎn)基地采用該技術(shù)，處理規(guī)模為80t/d，實(shí)現(xiàn)了廢水零排放和企業(yè)的起死回生。目前，還有兩家企業(yè)已運(yùn)用該技術(shù)完成了技術(shù)改造方案的論證評(píng)審，一家企業(yè)已完成了技術(shù)改造方案。

螺旋藻廢水處理工藝技術(shù)通過當(dāng)?shù)仄髽I(yè)的實(shí)際應(yīng)用，其工藝的先進(jìn)性和可靠性得到了各方面的充分肯定。螺旋藻廢水處理工藝技術(shù)已獲得中國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授予的發(fā)明專利(專利號(hào):ZL200610048617.6);并被中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)評(píng)審確認(rèn)為“中國國家重點(diǎn)環(huán)境保護(hù)實(shí)用技術(shù)(B類)(項(xiàng)目編號(hào):2007－B－044，證書編號(hào):676)，成為2007年國家重點(diǎn)環(huán)境保護(hù)實(shí)用技術(shù)推廣項(xiàng)目(中環(huán)協(xié)「2007」10號(hào))”。螺旋藻廢水處理工藝還榮獲了中國發(fā)明協(xié)會(huì)銀獎(jiǎng)、云南省年度科技發(fā)明三等獎(jiǎng)。程海藍(lán)寶實(shí)業(yè)股份有限公司廢水綜合利用項(xiàng)目榮獲云南省2007年度優(yōu)秀工程勘察設(shè)計(jì)二等獎(jiǎng)。

4小結(jié)

螺旋藻廢水處理工藝提高了螺旋藻養(yǎng)殖產(chǎn)生的高鹽廢水的重復(fù)利用率，實(shí)現(xiàn)了廢水零排放的目標(biāo)。該工藝能量消耗低(1.5kWh/t)、藥劑耗量少、成本低(9.83元/t);工藝對(duì)原水含鹽量變化適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，設(shè)備緊湊耐用、占地少、易維護(hù)。通過了多年的實(shí)踐證明螺旋藻廢水處理工藝對(duì)于高鹽廢水處理提供了一個(gè)有效的、可行的工藝技術(shù)選擇方案，應(yīng)用前景廣泛。

［1］曾文爐，蔡昭鈴，歐陽藩．二十一世紀(jì)的理想食品——螺旋藻［J］．生物工程進(jìn)展，2001，21(5):29～35．

［2］李文崗．螺旋藻生產(chǎn)廢水治理工程實(shí)例［J］．環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2008，27(增刊):92～93．

［3］楊家曙．永勝程海螺旋藻養(yǎng)殖廢水對(duì)農(nóng)田土壤的影響分析［J］．云南環(huán)境科學(xué)，2002，21(1):56～58．

［4］趙勇，韓炳泉，俞敏．酶促活性填料處理高鹽制藥廢水［J］．污染防治技術(shù)，2011，24(1):45～53．

［5］徐美倩．廢水可生化性評(píng)價(jià)技術(shù)探討［J］．工業(yè)水處理，2008，28(5):17～20．

［6］吳劍坤，普紅平．電絮凝法處理廢水的研究 ［J］．西南給排水，2009，31(3):24～26．

［7］涂叢慧，王曉琳．電滲析法去除水體中無機(jī)鹽的研究進(jìn)展［J］．水處理技術(shù)，2009，32(5):14～17．

［8］袁詩璞．反滲透在電鍍工藝和廢水處理應(yīng)用上的局限性［J］．電鍍與涂，2010，29(2):48～52．

Spirulina Wastewater Treatment Process and Its Application

YANG Min1，ZHANG Chuan－guang2，YAN Gu－fen1，JEFFREY X．HA1
(1．Yunnan Institute of Environmental Science，Kunming Yunnan 650034 China)

This article reviews the new high－salt wastewater treatment process，that is spirulina Wastewater Treatment Process．The new process integrated the high－performance of the electrodialysis(ED)and the high efficiency of reverse Osmosis(RO)．Its application makes the spirulina production around Chenghai Lake with zero emission，and the wastewater could be utilized．

spirulina;high salt wastewater;electrodialysis;reverse osmosis

X703

A

1673－9655(2012)05－0068－03

2011－11－22

云南省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(2009CC006)。

楊敏(1962－)，高級(jí)工程師。