螺旋藻废水处理工艺及其应用

杨 敏，张传光，严谷芬，JEFFREY X．HA(美)

(1．云南省环境科学研究院，云南昆明650034;2．云南农业大学资源与环境学院，云南昆明650201)

螺旋藻废水处理工艺及其应用

杨 敏1，张传光2，严谷芬1，JEFFREY X．HA(美)1

(1．云南省环境科学研究院，云南昆明650034;2．云南农业大学资源与环境学院，云南昆明650201)

综述了高盐螺旋藻生产废水的处理新工艺—螺旋藻废水处理工艺。该处理工艺包括电渗析(ED)法综合性能高、反渗透(RO)法处理效率高的特点，工艺的应用实现程海周边螺旋藻生产废水达标零排放并资源化利用的目标。

螺旋藻;高盐废水;电渗析;反渗透

螺旋藻是一种主要分布于热带、亚热带地区淡水及盐碱性湖泊中的多细胞丝状蓝藻(Blue Green Algae)，又称蓝细菌(Cyanaobacteria)，属蓝藻门(Cyanophyta)、颤藻目(Oscillatoriales)、颤藻科(Osciallatoriaceae)螺旋藻属(Spirulina)。螺旋藻具有高蛋白、低脂肪、低糖类等特点，并含有多种维生素、矿物质、微量元素等生理活性物质。其蛋白质含量为50%～70%、碳水化合物为15%～20%、矿物质7%、脂类6%～9%，具有极高的营养价值和保健价值。1g螺旋藻干粉的营养价值相当于1000g任一种水果或蔬菜的总和［1］。

程海是云南省九大高原湖泊之一、也是全球三个可天然生长螺旋藻的湖泊之一，位于云南省丽江市永胜县，属长江流域金沙江水系但又与金沙江隔绝的一个内陆封闭型高原海水湖泊。由于降水补给量小于蒸发量，程海已逐年盐化，目前湖水含盐量约1678.3mg/L，pH为9.1～9.3。20世纪80年代始，螺旋藻养殖业在此迅速发展，除自然因素外，养殖过程中排放的大量废水进一步加剧了程海湖富营养化及盐碱化，对程海的生态环境造成严重破坏。

程海周边共有螺旋藻生产企业5家，螺旋藻生产用水皆取自程海。据统计，每生产1t干藻平均产生废水约550t，5家生产企业年干藻粉产能约800t，即每年将会有约44万t螺旋藻养殖废水排入程海。程海综合防治规划已将“程海螺旋藻养殖废水治理工程”列入水污染防治规划的主要项目之一［2］。此前程海周边部分螺旋藻企业也采用了一些技术进行废水处理，但处理效果不佳。按照湖泊环境保护要求，企业会因为废水不能达标排放而面临停产、破产的窘境。因此，对于企业而言找到合适、有效的螺旋藻养殖废水处理工艺技术是使企业起死回生的关键。

1螺旋藻养殖废水水质及排放特点

1.1螺旋藻养殖废水水质特点

螺旋藻养殖废水的水质特点主要集中表现在盐度高和可生化性差两方面。通过对程海周边螺旋藻养殖企业排放的废水水质监测(表1)可知，其全盐量＞2000mg/L。养殖废水若直接排入程海将进一步加剧其盐碱化;直接用于农业灌溉，需将废水中可溶盐量控制在1000mg/L以下，否则会造成土地盐渍化、土壤板结、农作物烂死等严重的负面影响［3］。另外，采用普通生物工艺处理时高含盐量会导致水的活度过低，造成细胞内水分外渗造成失水而失去活性［4］。目前普遍认为B/C＜0.3的废水属于难生物降解废水，该比值越高，表明废水采用好氧生物处理所达到的效果越好［5］。而程海螺旋藻养殖废水B/C=0.32(表1)，说明生化工艺对该废水的处理难度较大。

表1螺旋藻生产废水水质(mg/L)

1.2螺旋藻养殖废水排放特点

丽江程海周边螺旋藻生产集中在4～11月份，除生产期外无废水排放。养殖生产时间为200d/a，大量排水主要集中在7、8、9月份，11月至次年3月停止生产无废水排放，废水处理系统年空置期长。这就要求在设计废水处理方案时考虑到处理设施具有随用随停、操作方便的特点，不需要长期维护以减小运营成本。

2高盐螺旋藻废水处理技术方案设计

对于高盐废水而言，生化处理高盐废水难度大、费用高。物理化学方法中的电吸附法、膜法、电絮凝法时有应用，其中电絮凝作为污水处理的热点技术在逐步推广应用，但其牺牲阳极的Fe3+、Al3+会对螺旋藻生产造成新的污染［6］，影响产品质量。膜法作为目前应用较多的、成熟可靠的技术被提出来，其又可分有电－膜法(如:电渗析法);压力－膜法(如:超滤、反渗透法等)。

2.1常见的高盐废水处理技术介绍

2.1.1超滤法

超滤是用超滤膜选择透过分子态物质，截留粒径φ=2～1000μm、分子量高于500的物质;其运转费用较小，但是分离效率也低。对于螺旋藻养殖产生的高离子态含盐量的废水适用性不强［7～8］。

2.1.2电渗析法

电渗析(ED)是用离子交换膜选择透过分离浓度1000～5000mg/L的离子态溶质。其投资和运转费用一般，分离效率较高。原水回收率可达70%，同时也产生约30%的高盐废水，对于各种高盐废水都有广谱的适用性，但其因高浓度尾液产生量较大势必加大后续处理成本而让生产难以维续［7］。

2.1.3反渗透

反渗透(RO)膜可选择透过截留φ=0.4～600μm，分离分子量＜150的分子。具有设备投资高、运转费用高、分离效率高的“三高”特点，但其设备简单，操作也方便。原水回收率为80%左右，是一种高效的高盐废水处理技术，但如何解决其运转费用高的问题是能否将其工业化实用的关键［8］。

2.2高盐废水处理技术设计思路

考虑到单项设备和技术的局限性，通过技术集成、扬长避短、合理组合集成为一新型的、适用于丽江程海螺旋藻废水处理的工艺技术。首先，采用电渗析处理原水——螺旋藻养殖产生的高盐废水，充分发挥电渗析综合性能好的优势;然后采用反渗透法处理电渗析产生的30%高盐尾液。这样一来既能发挥电渗析投资省、运行费用低的优势，又能发挥反渗透处理的效率高、净化度高的优势，实现优势互补(图1)。

最终产生的少量高浓度尾液(约占处理总量的5%左右)送到高位浓水池暂存，待到非生产季节时利用闲置的养殖池自然干燥，干燥后的废渣送垃圾填埋场处置。这部分废渣量约为污水处理总量的0.1%以下。

3螺旋藻废水处理工艺技术实际应用情况

3.1处理效果

2005年12月，永胜县程海蓝宝实业股份有限公司250t/d螺旋藻废水处理技术方案通过了专家论证，并于2006年实施并完成了省级验收，达到《城市污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918－－2002)一级A标(表2)。

表2废水处理监测结果(mg/L)

3.2应用情况

2007年，丽江程海湖天然螺旋藻生产基地采用该技术，处理规模为80t/d，实现了废水零排放和企业的起死回生。目前，还有两家企业已运用该技术完成了技术改造方案的论证评审，一家企业已完成了技术改造方案。

螺旋藻废水处理工艺技术通过当地企业的实际应用，其工艺的先进性和可靠性得到了各方面的充分肯定。螺旋藻废水处理工艺技术已获得中国国家知识产权局授予的发明专利(专利号:ZL200610048617.6);并被中国环境保护产业协会评审确认为“中国国家重点环境保护实用技术(B类)(项目编号:2007－B－044，证书编号:676)，成为2007年国家重点环境保护实用技术推广项目(中环协「2007」10号)”。螺旋藻废水处理工艺还荣获了中国发明协会银奖、云南省年度科技发明三等奖。程海蓝宝实业股份有限公司废水综合利用项目荣获云南省2007年度优秀工程勘察设计二等奖。

4小结

螺旋藻废水处理工艺提高了螺旋藻养殖产生的高盐废水的重复利用率，实现了废水零排放的目标。该工艺能量消耗低(1.5kWh/t)、药剂耗量少、成本低(9.83元/t);工艺对原水含盐量变化适应性强、操作简单，易实现机械化、自动化，设备紧凑耐用、占地少、易维护。通过了多年的实践证明螺旋藻废水处理工艺对于高盐废水处理提供了一个有效的、可行的工艺技术选择方案，应用前景广泛。

［1］曾文炉，蔡昭铃，欧阳藩．二十一世纪的理想食品——螺旋藻［J］．生物工程进展，2001，21(5):29～35．

［2］李文岗．螺旋藻生产废水治理工程实例［J］．环境科学导刊，2008，27(增刊):92～93．

［3］杨家曙．永胜程海螺旋藻养殖废水对农田土壤的影响分析［J］．云南环境科学，2002，21(1):56～58．

［4］赵勇，韩炳泉，俞敏．酶促活性填料处理高盐制药废水［J］．污染防治技术，2011，24(1):45～53．

［5］徐美倩．废水可生化性评价技术探讨［J］．工业水处理，2008，28(5):17～20．

［6］吴剑坤，普红平．电絮凝法处理废水的研究 ［J］．西南给排水，2009，31(3):24～26．

［7］涂丛慧，王晓琳．电渗析法去除水体中无机盐的研究进展［J］．水处理技术，2009，32(5):14～17．

［8］袁诗璞．反渗透在电镀工艺和废水处理应用上的局限性［J］．电镀与涂，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

云南省自然科学基金重点项目(2009CC006)。

杨敏(1962－)，高级工程师。