微藻污水处理技术及其应用

微藻污水处理技术及其应用

李玲1，张冬雨1,2，邱琦1,2，张朝彬1,2，马立新1,2

（1，天津长芦汉沽盐场有限责任公司，天津300480；2，天津长芦汉盐科瑞生物科技有限公司，天津300452）

摘要：微藻作为一种环保、可再生的生物资源，具有良好的污水处理潜力。本文探讨了微藻污水处理技术在不同类型污水处理领域的应用，包括市政污水、农业污水、工业污水以及水体修复和生态景观。介绍了常见的混合藻体系和藻菌共生体系，并对未来的发展进行展望。

关键词：微藻；污水处理；生态环境

1 引言

微藻是一类单细胞或多细胞的自养型生物，其生长对营养要求较低，生长速度快。在光照条件下，能够通过生物吸附和光合作用，高效利用污水中的氮、磷等营养物质合成复杂的生物质储存在体内，从而达到净化水质的目的，而产生的氧气，能够避免水体因缺氧而形成恶臭气味。同时微藻的蛋白质含量高，油脂含量和产率也很可观，收获后可以用为动物饲料、饵料，制备生物柴油原料。所以利用微藻处理污水是一项可有效回收能量和营养组分的资源化技术。据统计，每年大约有 1011 吨碳元素和 2×1010 吨氮元素被微藻的光合作用固定，相当于 3×1021J化学能。

2 微藻在不同类型污水处理中的应用

微藻污水处理技术在污水处理中的应用具有广泛的潜力，以下是微藻污水处理技术在不同污水处理领域的具体应用：

2.1 市政污水处理

市政污水来源广泛，组成复杂多样，排放量和水质特征具有明显的时空波动性。最核心的二级处理环节通常采用活性污泥工艺或生物膜工艺，传统方法处理大量耗能也难以继续去除的悬浮和溶解性有机物质，利用微藻就能够高效净化，许多情况下几乎完全去除氨、硝酸盐和总磷。污水厂内的优势种群四季都以绿藻、蓝藻和硅藻为主，藻菌共生是主要生物形式，其中藻类主要是伪双点贾丝藻、粗壮细鞘丝藻、水华微囊藻、水溪绿球藻、单生卵囊藻、斜生栅藻和二形栅藻，真菌菌株主要是橙黄红酵母、白假丝酵母、自地霉、绿色木霉，菌藻之间存在协同共生作用[1]。

2.2 农业污水处理

农业污水主要来自于养殖废水和农田灌溉废水，通常含有含量更高的有机物质、氮、磷等污染物。微藻污水处理技术可以应用于农业污水处理，通过微藻的生长过程，将污水中的有机物质转化为生物质，实现对农村污水的净化和资源化利用。刘林林[2]等使用多种微藻进行养猪废水处理，结果表明 15株微藻均可有效去除猪场养殖污水中的氮磷，其中去除率在60%以上的有7种藻，实验结果见下表：

表 不同微藻对养猪废水中氮磷的去除效果

2.3 工业污水处理

微藻治理工业污水具有重要意义，除了氮、磷和COD等指标，更重要的是去除重金属污染物如钙、铬、锌等，以及碳氢化合物、杀虫剂以及表面活性剂等有机化学毒素，这就需要多个步骤进行净化。由于工业污水中的成分与传统培养基差别较大，会影响微藻的快速生长，Hyu[3]等发现，混合微藻处理能完全清除沼渣废液和纺织废水中的磷，但是对氮的去除率仅为16.7%和 70.1%。其中，微藻在生长最好的纺织废水中的生物量也仅有 0.4 g/L，这很大程度的限制了微藻对氮的进一步利用。Memon[4]等发现，在糖废水中加入0.08g/L的聚丙烯酸酯多元醇，小球藻和恶臭假单胞菌对 COD的去除率从55%提高到了80%。田丹等[5]发现，蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）藻细胞密度为1×106cell/mL时，对海水中Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附最大吸附量别为4.84、37.7、5.6μg/L，吸附能力为Cd2+＞Pb2+＞Hg2+。多溴二苯醚是阻燃剂，在使用中会被释放到水体。Wang等[6]发现了4个可以耐受600μg/L的多溴二苯醚的藻株，其中1株小球藻的7d去除率可以达到82%～90%，但加入500～700mg/L的苯酚则会抑制小球藻生长。

2.4 水体修复和生态景观

水体中存在的富营养化问题，如蓝藻水华的产生，往往源于水中过多的氮、磷等养分。微藻可以利用水中的养分进行生长，将过多的养分吸收和转化为生物质，从而改善水体环境，减少藻类水华的发生。此外，微藻在污水处理过程中的生长也可以被利用作为生态景观。例如，人工污水处理湿地中常常会添加微藻，利用其吸附和转化污染物的能力，同时形成绿色植物景观，提升生态环境质量。

3 微藻污水处理体系

经过长年的发展，微藻污水处理体系已经技术种类繁多，但在自然条件下的开放式藻类池一般都无法保持较纯的单一藻种，常见的主要有混合藻体系和藻菌共生体系，下面将分别进行介绍。

3.1 混合藻体系

在长期的开放式污水处理运行过程中发现小球藻、栅藻、衣藻和颤藻等藻种容易成为跑道池中的优势藻种。Chen等[7]将由栅藻、小球藻和伪鱼腥藻等组成的混合藻处理厌氧消化后的奶牛场废水，在总溶解态氮（TDN）9-175mg/L的范围内，去除率从58%最高98.1%，对应的总溶解态磷（TDP）0.4-2.3mg/L的浓度，去除率保持在51.9%到56.0%的范围。

3.2 藻菌共生体系

藻菌共生体系是利用藻类和细菌两者之间在功能上的协同作用来处理污水的一种全新生态系统。藻菌共生系统处理污水机理是：污水中的有机污染物，由好氧细菌进行氧化分解，产生NH4+、PO43-以及释放CO2等；而微藻则在光照的条件下，利用NH4+、PO43-和CO2等为营养物质，通过细胞内叶绿素进行光合作用，合成微藻自身细胞所需物质，并释放出O2供细菌继续氧化分解有机物。

藻类与硝化细菌共同作用，使NH4+去除速率从纯藻类处理的44 mg/（L·d）提高到100mg/（L·d）。藻菌共生体系作用处理焦化废水，能够完全降解其中的苯酚，而纯藻类体系仅能去除27.3%同时，藻菌共生体系的NH4+去除率和油脂产率也是纯藻类体系的2.3倍和1.5倍[8]。目前建立的藻菌共生体系包括微藻—细菌体系、微藻—真菌体系和多藻多菌体系等。

4 展望与总结

未来的微藻污水处理技术将继续进行技术创新和提升，包括微藻品种的筛选和改良、培养条件的优化、污水处理工艺的改进等方面。通过引入基因编辑技术等生物技术手段，提高微藻对污水中特定污染物的吸附能力和代谢能力，从而提高废水处理效率。将微藻废水处理技术与其他领域的技术进行融合，实现微藻多领域融合与综合利用。

参考文献：

[1]刘建强.市政污水微藻种类鉴定及污水培养小球藻研究［D］南昌大学.2011.

[2]刘林林，黄旭雄，危立坤，等．15株微藻对猪场养殖污水中氮磷的净化及其细胞营养分［J］．环境科学学报，2014，34(8):1986-1994.