天然藻類對(duì)廢水中TOC的去除效率研究

鄒繼穎，劉 輝，李 東，陳 意

(吉林化工學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，吉林吉林132022)

中國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，目前廢水處理率較低，水體污染嚴(yán)重.廢水處理法中，國(guó)外利用藻類比較廣泛［1］.開發(fā)利用藻類，特別是固定化藻類處理廢水，不但可以凈化污水，改善環(huán)境，而且可以回收貴重、稀有金屬或生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的藻類食品、飼料、肥料等資源，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益［2］.20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)進(jìn)一步發(fā)揮藻類凈化污水的潛力進(jìn)行了大量的試驗(yàn)性研究，藻類凈化污水的機(jī)理研究更加深入，藻類吸收并去除氮、磷營(yíng)養(yǎng)物的動(dòng)力型模型及與環(huán)境因子的相關(guān)模型相繼建立并完善［3］.當(dāng)今，在國(guó)外利用藻類處理廢水得到進(jìn)一步創(chuàng)新［4］，這些都為藻類應(yīng)用于污水處理打下了良好的基礎(chǔ)［5］.利用藻類處理廢水［6］，技術(shù)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)而且高效.本文將應(yīng)用天然藻類［7］，對(duì)不同廢水中TOC的去除效率研究分析，為藻類的利用提供科學(xué)依據(jù).以期為進(jìn)一步研究廢水的藻類處理工藝奠定了基礎(chǔ).

1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)中用到的儀器有:LRH-250-GⅡ微電腦控制光照培養(yǎng)箱、DXZ智能型人工氣候箱、Nikon E600多功能生物顯微鏡(Lovibond公司)、Tube Test LR(0～500 mg/L)、手提式不銹鋼滅菌鍋、TOC分析儀(Sievers-InnovOx Laboratory Total Organic Carbon(TOC)Analyzer).

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

培養(yǎng)藻類選用D1和SE培養(yǎng)基［8］.TOC測(cè)定采用燃燒氧化-非分散紅外吸收法用TOC(總有機(jī)碳)分析儀［9-11］.

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 藻類培養(yǎng)

用D1、SE培養(yǎng)基培養(yǎng)硅藻和綠藻，所用藻種采自于松花江龍?zhí)洞髽蛏嫌?0 m處江水(水溫6℃).含藻類江水與培養(yǎng)基溶液110比例放入100 mL培養(yǎng)瓶中，由于室溫過(guò)低，培養(yǎng)時(shí)放入光照培養(yǎng)箱中，調(diào)節(jié)晝夜溫度25/20℃，光照比12 12，培養(yǎng)7 ～15 d.

2.2 藻類對(duì)廢水的處理方法

將化工廢水、造紙廢水和生活污水放入3個(gè)(3組平行樣)250 mL錐形瓶中，將培養(yǎng)瓶中硅藻(綠藻)離心分離，將硅藻(綠藻)的藻胞放入各錐形瓶中，然后放入光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng).分別在1、2、4、7、10 d 時(shí)取 50 mL 放入離心管中于 2000 轉(zhuǎn)離心，取上清液過(guò)濾在50 mL小燒杯中，取20 mL上清液進(jìn)行TOC測(cè)定.比較不同時(shí)間不同濃度硅藻、綠藻對(duì)TOC的去除效率.

3 結(jié)果與討論

3.1 校準(zhǔn)曲線的繪制

由圖1可以看出，實(shí)際濃度與檢測(cè)濃度呈線性關(guān)系，相關(guān)性R2=0.998 1較好，能夠作為校準(zhǔn)曲線來(lái)用.校準(zhǔn)曲線能夠通過(guò)檢測(cè)濃度算出水樣的實(shí)際濃度，去除儀器檢測(cè)誤差，使水樣檢測(cè)值更接近于真實(shí)數(shù)值.

圖1 TOC校準(zhǔn)曲線

3.2 藻類性造紙廢水的處理

酸性造紙廢水原樣經(jīng)TOC檢測(cè)儀測(cè)得TOC值為443.6 mg/L，硅藻、綠藻放入酸性造紙廢水原樣中1 d后變成褐色，藻類死亡.稀釋5倍后能夠存活.堿性造紙廢水原樣經(jīng)TOC檢測(cè)儀測(cè)得TOC值為997.4 mg/L，硅藻、綠藻放入堿性造紙廢水原樣中1天后變成褐色，藻類死亡，經(jīng)檢測(cè)水樣pH為14，堿性過(guò)高藻類無(wú)法存活，稀釋20倍后才能夠存活.將酸性造紙廢水和堿性造紙廢水分別稀釋，稀釋倍數(shù)見(jiàn)表1，加入藻類培養(yǎng)，測(cè)定硅藻、綠藻對(duì)造紙廢水的處理.

表1 硅藻、綠藻對(duì)造紙廢水的處理結(jié)果比較

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，酸性造紙廢水濃度過(guò)高硅藻并不能存活，稀釋5倍，能夠存活但去除效率不高，7天去除效率只有30.2%;濃度太低去除效率也不高，7天去除效率為31.5%;而稀釋10倍、20倍，較高一點(diǎn)，去除效率為 36.8%、38.4%.由此可知硅藻、綠藻并不適合單獨(dú)處理高濃度酸性造紙廢水，因?yàn)樘幚砀邼舛葟U水不符合污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中TOC最高允許排放濃度20 mg/L［12-13］.

在高濃度酸性造紙廢水中，綠藻對(duì)TOC去除效率不高，對(duì)廢水中TOC的去除效率與濃度成反比，對(duì)低濃度 TOC廢水去除效率較高，達(dá)到37.9%、39.0%，處理后廢水達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，能夠直接排放.

硅藻、綠藻對(duì)酸性造紙廢水中TOC的處理效率差距不是很大，都在25% ～40%之間，處理效率都不是很高，硅藻對(duì)TOC濃度高的酸性造紙廢水處理能力高一些，而綠藻對(duì)低濃度酸性造紙廢水處理能力高一些.總體來(lái)說(shuō)硅藻對(duì)酸性造紙廢水的處理效果更好.

由實(shí)驗(yàn)可知藻類的生存與水中pH值影響較大，pH過(guò)大藻類無(wú)法生存，導(dǎo)致死亡.硅藻對(duì)堿性造紙廢水中TOC去除效率隨著培養(yǎng)天數(shù)的增加，去除效率逐漸提高，7 d去除效率為 39.6%、40.1%.綠藻不適合處理高濃度的堿性造紙廢水，特別是pH值過(guò)高的廢水.對(duì)于原水樣稀釋20倍、40倍后隨著培養(yǎng)天數(shù)的增加，去除效率逐漸提高，廢水TOC去除效率為36.4%、33.4%，只有稀釋40倍處理后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，稀釋20倍處理后不達(dá)標(biāo).

硅藻對(duì)堿性造紙廢水中TOC的去除效率高于綠藻，因?yàn)楣柙宓淖钸m生長(zhǎng)環(huán)境為pH值為8［14］，所以硅藻能夠更好的處理弱堿性的廢水.而綠藻不適合生長(zhǎng)于堿性的環(huán)境中，所以處理效果不如硅藻.

3.3 藻類對(duì)化工廢水的處理

化工廢水原水樣經(jīng)TOC檢測(cè)儀測(cè)得TOC值為92.6 mg/L，接種藻類后，一天硅藻、綠藻都沒(méi)有死亡，將化工廢水稀釋1倍、2倍、4倍，TOC的濃度分別為 92.6、50.7、29.4 mg/L，分別加入硅藻、綠藻進(jìn)行培養(yǎng)，其結(jié)果如下.

隨著培養(yǎng)天數(shù)的增加，去除效率逐漸提高.濃度越高，綠藻對(duì)TOC的去除效率就越高，去除效率達(dá)60%，對(duì)于TOC濃度在30 mg/L的廢水出去效率只有48.3%.對(duì)于處理的高濃度廢水效果不顯著.

硅藻對(duì)化工廢水處理效果與濃度有一定的關(guān)系，隨著培養(yǎng)天數(shù)的增加，去除效率逐漸提高，對(duì)于50 mg/L和90 mg/L的廢水去除效率相同，達(dá)58.7%，相對(duì)于TOC低濃度的廢水去除效率較低.硅藻、綠藻對(duì)化工廢水7 d去除效率比較，見(jiàn)圖2.

圖2 硅藻、綠藻對(duì)工業(yè)廢水去除效率比較

由圖2可以看出，綠藻對(duì)化工廢水中TOC去除效率要比硅藻好些，去除效率7天能夠達(dá)到60%.綠藻、硅藻對(duì)TOC高濃度工業(yè)廢水處理效果要比低濃度的處理效果好.如果延長(zhǎng)培養(yǎng)時(shí)間，硅藻、綠藻處理化工廢水能夠達(dá)到更好的效果.

3.4 藻類對(duì)生活污水的處理

生活污水原水樣經(jīng)TOC檢測(cè)儀測(cè)得TOC值為42.7 mg/L，接種藻類后，一天硅藻、綠藻都沒(méi)有死亡，藻類都有活性.將生活污水稀釋1倍、2倍，TOC 的濃度分別為 41.1、22.6 mg/L，分別加入硅藻、綠藻進(jìn)行培養(yǎng)，其結(jié)果如下.

綠藻對(duì)生活污水中TOC濃度隨著培養(yǎng)天數(shù)增加，去除效率逐漸提高，7 d去除效率較好，均超過(guò)60%，處理后原生活污水稀釋1倍，2倍都達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)，處理后濃度都小于20 mg/L.通過(guò)圖3可以看出綠藻對(duì)濃度高的生活污水處理效率比濃度低的要更顯著，去除效率為66.7%，低濃度的為61.1%.隨著培養(yǎng)天數(shù)的增加，去除效率逐漸提高，硅藻對(duì)高濃度TOC生活污水去除效率較好.所以硅藻能夠應(yīng)用處理生活污水，見(jiàn)圖3.

圖3 硅藻、綠藻對(duì)生活污水的去除效率比較

由圖3可以看出對(duì)于生活污水中TOC的去除效率綠藻處理得更好，濃度高的和濃度低的生活污水綠藻的去除效率都要比硅藻高.兩種藻類處理TOC濃度高的生活污水，去除效率都要比低濃度要高.生活污水中營(yíng)養(yǎng)成分較高，化學(xué)污染較少，比較適合藻類生存，所以用藻類處理生活污水效果好.

4 結(jié) 論

研究表明，天然藻類中硅藻、綠藻對(duì)不同廢水水樣中總有機(jī)碳TOC均有一定的去除效率.不同的廢水水樣，不同的濃度，硅藻、綠藻對(duì)TOC 7 d去除效率各不相同.綠藻對(duì)生活污水中的TOC去除效率最好，去除效率為66.7%，其次是化工廢水，去除效率為61.7%.而綠藻對(duì)酸性、堿性造紙廢水的去除效率較低，都低于40%;硅藻處理化工廢水和生活污水的效果較好，去除效率為58.7%、59.6%.處理酸性、堿性造紙廢水的去除效率較低，但高于綠藻處理后的去除效率.綠藻處理化工廢水、生活污水效果好于硅藻，硅藻處理酸性、堿性造紙廢水的去除效率好于綠藻.

對(duì)于生活污水，化工廢水中TOC的處理可以應(yīng)用天然藻類中硅藻和綠藻，能夠?qū)嶋H應(yīng)用硅藻、綠藻作為氧化塘對(duì)城鎮(zhèn)生活污水，化工廢水進(jìn)行處理.天然藻類中硅藻、綠藻在廢水處理方面具有一定的價(jià)值和意義.

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