应用耐盐混合藻固定烟气中的CO2和处理重金属废水研究

• 作 者: 杨建英
• 机 构: 中国科学院大学
• 发表日期: 0年期
• 关键词: 燃煤烟气 二氧化碳 重金属废水 耐盐混合藻

减少二氧化碳(CO2)排放是全球环境演变的重要议题。煤炭是CO2主要的排放源之一，其中燃烧排放的烟气中含有的SO2、 NOx、烟尘等有害成分增加了大气污染的危害。煤炭占中国一次能源利用的70％，减少煤炭燃烧烟气中的CO2及其他有害气体的排放具有非常重要的意义。　　植物的光合作用是固定并减少CO2的重要方法。藻类作为水生生态系统的初级生产者，因其具有个体小、生长速度快、代谢迅速等优势，相比较陆生植物而言，固定CO2速率较高。此外，藻体在重金属污染环境的修复领域也具有很好的应用前景，利用藻活细胞处理含重金属废水也正逐步成为生物法去除重金属离子的发展方向。　　本研究从干旱区一微咸水湖中采集并培养具有耐盐，且环境适应性能较强的混合藻，对比光照、盐度、钙浓度等环境因素对藻生物量、叶绿素含量及叶绿素荧光参数Fv/Fm及对空气中CO2固定的影响，采用优化因子的控制条件进一步培养混合藻，并构建藻的两种生物反应器，并分别用于煤烟气中的CO2、SO2及NOx等气体的固定并处理尾矿淋滤液中的重金属。通过测定煤燃烧反应器运行中藻生长参数、烟气中CO2、 SO2、NOx的去除率及尾矿淋滤液反应器中的重金属浓度变化，探讨混合藻固定CO2及去除尾矿淋滤液中重金属的机理，以期为混合藻应用于固碳及重金属污染区域的生物修复提供理论依据。　　环境因素影响的结果显示，当光照强度为200 mol·m-2·s-1时，该混合藻生长迅速，生物量及叶绿素含量分别达到最大32.75 g·L-1和4.64 mg·L-1，且固定空气中CO2的效果也较好。该混合藻生长和固定空气中CO2的适宜条件为200 mol·m-2·s-1的光照强度、1.2％的盐度、100 mg·L-1的钙浓度。　　该混合藻在盐度为0.5％、1.2％时能较好的生长。尤其当盐度为1.2％时，其生长状态好于0.5％盐度。而当盐度达到3.5％时，即明显抑制混合藻的生长。该藻在钙浓度为0-400 mg·L-1范围内均可生长。0-100 mg·L-1浓度时，随着钙浓度升高，藻生长及固定空气中CO2趋势与钙浓度呈正相关关系。在优化条件200μmol·m-2·s-1的光照强度、1.2％的盐度、100 mg·L-1的钙浓度条件下，进一步培养该混合藻构建了两类反应器。煤燃烧反应器运行结果显示，该混合藻对煤烟气中的CO2、 SO2、NOx去除效果较好。添加了100 mg·L-1的Ca(Ⅱ)对藻生长及去除烟气中CO2、 SO2、NOx等气体成分有促进作用;且通入烟气中含10％(v/v) CO2时，去除效果最佳。在处理尾矿淋滤液的实验中，结果显示混合藻对Ca(Ⅱ)及其中重金属、类金属As具有较高的耐受性。三个反应器(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)中尾矿淋滤液中所含重金属及Ca(Ⅱ)浓度不同，在配位络合、藻钙化等化学作用下，各反应器中重金属的去除率有所差异。相比淋滤液中总As的去除率(52-73％)，Cd和Pb的去除率均较高，其均值范围达到91％-93％。　　由上可见，本研究筛选出的耐盐混合藻对烟气中CO2、SO2、NOx成分具有较强的吸附能力，并能较易去除尾矿淋滤液中重金属及类金属，为废气消减及含重金属的废水生物修复的示范应用提供了数据支持和理论基础。