微藻对高硫酸盐及重金属模拟废水的处理与机理研究

&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 黄金是重要的战略及金融储备资源，由于其存量稀少、性质稳定及被赋予尊 贵象征等特点，已经在一定程度上成为生活必需品。然而，由于社会需求的不断 增加，黄金开采和冶炼的难度也在同步增加，其伴生的环境问题也日益突出，尤 其是废水废渣的排放。胶东地区是全国最大的黄金生产基地，但黄金冶炼过程中 会产生废酸、萃余液、含氰废水等，此类废水大多呈酸性，而且具有硫酸盐和重 金属含量高等特点，该类废水的有效处理一直是环保行业的瓶颈之一。目前针对 黄金冶炼废水的处理技术存在成本高、难达标、中水回用率低等诸多问题。然而，通常情况下，冶炼区域的废水通常为冶炼废水与生活污水的混合废水，混合后的废水中含有大量的碳、氮、磷等污染物，大大提高了该区域废水的可生化性。因此，开发新型技术对该区域内废水进行有效处理，探索实现废水资源化利用尤为重要。 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;微藻是一类能够进行光合作用的低等生物，广泛应用于食品保健品、化妆品、动物饵料饲料、生物能源和固碳、废水处理等领域。其中，废水中大量的碳、氮、磷、硫等物质，是微藻生长所必需的元素。同时，微藻具有极强的重金属吸附性能。采用微藻进行废水处理，不仅能够减轻环境污染，还可促进微藻生长。开展利用微藻进行黄金冶炼工业区域废水处理的研究，对于识别微藻在极端环境（高酸、高盐、高重金属等）中的生长状况，以及对硫酸盐、重金属去除效果等问题具有重要意义，也可为利用微藻进行工业废水治理及污染水体修复提供技术依据。 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 本研究采用了两种不同类型的微藻培养方式，即分别利用鼓泡床光反应器在 悬浮体系下培养微藻，和利用旋转微藻生物膜反应器（RAB）在挂膜培养体系下 培养微藻。本研究针对烟台地区金矿冶炼区域附近，废水中硫酸盐含量及镍、锌、钴、铬等重金属含量较高的特点，首先评价了悬浮微藻在含硫化物模拟废水和含硫酸盐模拟废水中的生长效果，结果显示，在悬浮培养条件下，高浓度硫化物对微藻的生长具有明显的抑制作用，而悬浮微藻可在含高浓度硫酸盐废水中生长。 当在 pH 为 9、水力停留时间（HRT）为 10 天、进水 SO42-浓度为 1g/L 时，悬浮微藻的生长状况最佳，悬浮微藻培养体系对 TN、COD 的去除效果较好，去除效 率分别能达到 84%和 99%，但对 TP、 SO42- 的去除能力较差，其中 TP 的出水浓度略高于进水浓度（藻类释放） ， SO42-的去除效率多在 20%附近，且连续培养模式下易发生细胞流失的问题。 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 利用旋转微藻生物膜反应器，重点研究了微藻生物膜对于酸性高硫酸盐 （1g/L 、2g/L 、4g/L）模拟废水的处理效果及在该水体环境下反应器的长期运 行状况。结果显示，旋转微藻生物膜反应器对于硫酸盐的去除效率可达 46%，去 除速率达 0.56g/L-day，且微藻生物膜对模拟废水中氨氮、TP、COD 均具有很好 的处理效果，21 天后，去除率分别达到 82.64%、99.69%、98.90%。采用电感耦合等离子光谱技术对微藻生物量中的硫含量进行了检测，发现微藻生物量中的硫含量随着进水 SO42-浓度的提高而提高，说明微藻生物膜能够有效吸收模拟废水体系中的 SO42-。采用高通量测序技术对微藻生物膜处理酸性高含硫酸盐模拟废水前后的微生物群落变化进行分析，结果显示 RAB 反应器培养的微藻生物膜有 着丰富的微生物群落，包括多种蓝细菌、绿藻、硅藻以及酸性还原细菌等。 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;利用微藻能够吸附重金属的优势，采用悬浮微藻和微藻生物膜培养体系，分 别对镍（Ni（II））、锌（Zn（II））、钴（Co（II））、铬（Cr（III）） 四种重金属离子进行吸附性研究。在工业废水常见的浓度范围内，采用 4 个固定镍、锌、钴、铬浓度，分别为 81.75mg/L、0.292mg/L、99mg/L 和 25mg/L。结果显示，微藻对重金属的吸附效果随着微藻负载量的增加而提高，对镍、锌、钴、铬的去除效率均能达到 100%，且微藻生物膜对于镍、锌和铬的吸附效果优于悬浮微藻。通过荧光共聚焦显微镜观察发现，微藻生物膜中的胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances，EPS）含量远远高于悬浮微藻中的 EPS 含量，这是造成微藻生物膜对重金属的吸附效果远远好于悬浮微藻的原因。不同微藻负载量下，微藻对重金属的吸附符合二级动力学方程，且微藻对重金属的吸附符合 Freundlich 等温线吸附模型。在此基础上，本研究以镍为例，着重研究了悬浮微藻和微藻生物膜在不同镍浓度（0、10、100、1000、5000 mg/L）、不同 pH（5、7、9）条件下的生长状况，并对微藻吸附重金属的机理进行了深入研究，结果发现，与悬浮微藻相比，微藻生物膜能够耐受浓度为 5000 mg/L 的镍溶液，且当初始镍浓度为 100-1000mg/L 时，微藻生物膜对镍的去除效率可达 90%，并能够实现生长。利用 SYTOX核酸绿细胞技术对吸附镍后的悬浮微藻和微藻生物膜生物量分析发现，微藻生物膜中活细胞含量高于悬浮微藻，这是由于微藻生物膜中大量的 EPS 对藻细胞起到了一定的保护作用。 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 最后，利用旋转微藻生物膜反应器，对微藻生物膜在硫酸盐（1000 mg/L）和镍（80 mg/L）的复合模拟废水中的生长及污染物去除效果进行了研究。结果显 示，微藻生物膜在高硫酸盐重金属复合模拟废水中可以生长且对污染物有着一定 的去除效果，镍的存在会在一定程度上抑制微藻生物膜对水体中硫酸盐的去除效 果。 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 以上研究说明，相比于传统的悬浮微藻培养体系而言，以 RAB 反应器为基 础的微藻生物膜体系对高浓度硫酸盐、高浓度重金属环境具有更好的耐受性，且 能够在以高浓度硫酸盐和重金属复合环境为基础的模拟废水中生长，并完成对水 体中污染物的去除，这对后续微藻在处理矿业冶炼区域废水方面的研究具有重要 意义。</p

Research Progress of Microalgae Wastewater Treatment Technologies

Water pollution is one of the prominent environmental problems at present. With the continuous emergence of various emerging water treatment technologies, cheap and efficient ecological treatment technologies have been developed rapidly, among which the application of microalgae biotechnology is extensively attentioned. The water treatment technology of microalgae was mainly classified according to the culture method of microalgae, including open pond culture system, closed photobioreactor culture system and immobilized culture system. Microalgae wastewater treatment technology can realize the simultaneous removal of nitrogen, phosphorus, refractory organics and heavy metals in sewage, and can be applied to different types of water treatment such as municipal sewage, aquaculture wastewater and industrial drainage. In the treatment process, the selection of algal species, the control of operating conditions and the selection of reactor will have a significant impact on the treatment effect. In this paper, the mechanism, efficiency and process characteristics of the removal of organics, nitrogen, phosphorus, heavy metals and other pollution factors by microalgae were reviewed. The progress and existing problems of microalgae wastewater treatment technology at home and abroad were summarized

Research progress of reverse osmosis membrane biofouling and its prevention strategy for desalination application

随着反渗透技术在海水淡化及废水处理等方面的应用推广,反渗透膜污染问题显得越来越突出,尤其是不可逆的微生物污染,现已成为一个世界性难题.本文基于反渗透膜微生物污染的研究现状及进展,总结归纳微生物污染过程中三个关键阶段包括微生物粘附、生长和扩散的形成特点,发生机制及其影响因素;全面论述微生物污染膜的表面评价方法及膜性能评价方法如水利参数评价等的优缺点;针对微生物污染膜形成的不同生长阶段分别提出相应的防控策略如预处理、水利运行参数调控、反渗透膜的改性及清洗等;最后提出分离膜微生物污染研究的发展方向

一种具有自清洁功能的疏水膜及其制备方法和应用

本发明涉及一种疏水膜，具体说是一种具有自清洁功能的疏水膜及其制备方法和应用。疏水膜是通过静电纺丝技术制备的一种高分子纳米纤维膜，其表面进行纳米化修饰提高表面疏水性；疏水膜与水的接触角达到140°-180°。本发明将静电纺丝技术与表面纳米化技术相结合，制备工艺简单，制备的疏水膜具有自清洁功能、孔隙率高，可应用于空气净化过滤器、膜蒸馏和油水分离等领域

A self-cleaning function of the film and its preparation method and application

本发明涉及一种疏水膜，具体说是一种具有自清洁功能的疏水膜及其制备方法和应用。疏水膜是通过静电纺丝技术制备的一种高分子纳米纤维膜，其表面进行纳米化修饰提高表面疏水性；疏水膜与水的接触角达到140°‑180°。本发明将静电纺丝技术与表面纳米化技术相结合，制备工艺简单，制备的疏水膜具有自清洁功能、孔隙率高，可应用于空气净化过滤器、膜蒸馏和油水分离等领域

具有疏油性质的分离膜及其应用

本发明涉及一种具有疏油性质的分离膜，通过浸泡或喷涂方法在多孔基膜表面修饰富含全氟烷基化合物涂层，经过固化处理，提高分离膜的疏油性质，可应用空气过滤、膜蒸馏脱盐、油水分离等气体和液体处理领域，提高膜的耐污染性能

The multi-layer composite nano-fiber and its application

本发明涉及一种多层复合纳米纤维膜及其应用，该复合纤维膜拥有高的截留效率，较低的阻力，可广泛应用于空气净化、油水分离及料液脱盐等领域。该多层复合结构的纳米纤维膜由不同直径的高分子纳米纤维构成，直径从10nm‑10μm渐变，分离功能从粗效到高效，对PM2.5、PM10粉尘颗粒的去除率达100%，对噬菌体的去除率大于99.9%。在膜蒸馏过程中的水通量可达10‑100LMH，截盐率大于90%。对含油废水处理，其脱油效率大于90%

多层复合纳米纤维膜及其应用

本发明涉及一种多层复合纳米纤维膜及其应用，该复合纤维膜拥有高的截留效率，较低的阻力，可广泛应用于空气净化、油水分离及料液脱盐等领域。该多层复合结构的纳米纤维膜由不同直径的高分子纳米纤维构成，直径从10nm-10μm渐变，分离功能从粗效到高效，对PM2.5、PM10粉尘颗粒的去除率达100%，对噬菌体的去除率大于99.9%。在膜蒸馏过程中的水通量可达10-100LMH，截盐率大于90%。对含油废水处理，其脱油效率大于90%