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            人大教授張光明:從源頭消除汙泥的光合細菌汙水資源化技術

            信息發布:中國水工業網 發布時間:2017-6-2 浏覽次數: 更多
             
                    2017年4月13-15日,由中國國際貿易促進委員會建設行業分會主辦,《水工業市場》雜志承辦的“2017(第12屆)水處理行業熱點技術論壇”在京召開(詳情:“2017(第12屆)水處理行業熱點技術論壇” 在京隆重揭幕),中國人民大學環境學院教授張光明在會上做了主題報告,報告主要圍繞一種打破傳統生物降解技術路線束縛的生物轉化方法展開。
             
                    張光明,中國人民大學環境學院教授,博士生導師。美國Purdue University環境工程博士。霍英東教育基金會高等院校青年教師獎獲得者,新世紀優秀人才支持計劃人選。先後承擔並參與了十余項國家項目,其中包括國家自然科學基金3項。曾獲黑龍江省技術發明一等獎。發表論文150余篇,其中SCI收錄論文98篇,EI收錄論文87篇,著作5本,獲得發明專利13項。
             
            中國人民大學環境學院教授張光明
             
            有機廢水生物轉化理論
             
                    2015年,全國廢水産量達到738億噸。廢水中的主要汙染物包括有機物(COD)、營養物質(N、P)、有毒有害物質(重金屬、POPs)、鹽等。目前對于廢水的處理工藝包括生物、化學、物理三種方法,其中生物法使用最多,占比90%。
             
                    生物處理技術可以利用微生物(活性汙泥)新陳代謝,將廢水中的有機物、營養物質、部分難降解有機物分解成CO2、N2、水。但同時微生物合成自身物質,會形成更多微生物(剩余汙泥)。這也是汙水生物處理中一個不可避免的問題。
             
                    生物轉化是上個世紀四五十年代提出的一種理論。以無毒無害的營養型廢水作爲培養基,利用其中的有機物、N、P等物質培養具有回收價值的微生物,同時去除了廢水中的COD、N、P。
             
                    目前國際上生物轉化技術,利用最多的是光合細菌。轉化途徑如下圖:
             
             
            光合細菌介紹
             
                    光合細菌是一類進行不放氧光合作用的微生物,是地球最古老的生命之一。
             
                    光合細菌代謝途徑靈活,包括光合作用、呼吸作用、發酵。同時,可以利用有機物、硫化物、氨各種基質作爲供氫體兼碳源。
             
                    我國自上世紀八十年代開始,南開大學、清華大學、上海交通大學、中科院、中國環科院等院校開展了利用光合細菌處理各種工業廢水的研究。九十年代起美國California University、法國St Martin d'Hères大學、日本NRIAIST、我國清華大學、同濟大學、浙江大學、中國科學院及河南農業大學等開始利用光合細菌處理汙水的同時産氫,以實現資源化。之後,陸續有利用光合細菌處理大豆加工廢水、味精廢水、養殖廢水、生活汙水、蜜糖廢水、酒糟廢水、豬糞廢水焦化廢水、明膠廢水、含油廢水、印染廢水等的研究出現。
             
                    光合細菌具有水體自淨的作用,在飼料餌料、高級菌肥、水體淨化、天然色素等方面均有應用,已經是市場上常見的成熟産品。
             
            研究成果
             
                    1.多種高濃度無毒無害廢水有效處理
             
                    研究表明,利用光合細菌在多種高濃度無毒無害廢水進行培養,均得到了非常好的效果,如大豆廢水、白酒廢水、檸檬酸廢水、味精廢水等。其中有一些廢水直接處理效果不佳,但加入小分子進行優化和改進後,均得到了良好的結果,如澱粉廢水、制糖廢水、乳制品廢水等。
             
                    2、菌體資源收獲
             
                    研究做了一系列的優化方法,包括低強度超聲波刺激、加改進用微量元素等,目前成果表明,汙水培養收獲的光合細菌濃度已經高于純培養基收獲的細菌濃度。
             
                    此外,光合細菌中主要成分爲蛋白質,一般可以達到50-60%的蛋白質含量,研究課題組在一個經過篩選出來的菌群進行優化培養後,目前可以達到80-90%的蛋白質含量,這也爲菌體的應用開辟了一條新的路徑。
             
                    3、光合細菌新工藝
             
                    (1)組裝了PSB-MBR反應器,出水達標,光合細菌回收率99%。
             
                    (2)組裝了PSB-EDI反應器,利用光合細菌+EDI處理並資源化回收高有機物高氨氮廢水。達到光合細菌去除廢水中有機物(95%)回收菌體資源,EDI回收水中的氨氮(90%)的作用。
             
                    (3)對高濃度有機廢水光合細菌轉化菌體價值研究發現,高濃度營養型廢水年排放COD總量約55.0萬噸,假設其中10%由光合細菌進行生物轉化,高濃度有機廢水處理中光合細菌的産率0.5,將獲得約2.2萬噸的光合細菌菌體(幹重),大規模售價爲現在的10%,即可獲利40-50億元,減少剩余汙泥産量11萬噸。
             
             
                    目前該技術小試階段已經完成,中試階段正在進行,希望未來能得到規模化應用。
             
                    (本文爲《水工業市場》根據張光明在“2017(第12屆)水處理行業熱點技術論壇”講話整理。)
             
             

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