基于微藻细胞培养的水质深度净化

胡洪营，李鑫，杨佳

生态环境学报, Ecology and Environmental Sciences, 2009年, 03期, P1122-1127

关键词：再生水，污水再生利用，水质净化，微藻细胞培养

水资源危机是21 世纪人类面临的最大挑战之一。随着人类经济活动的发展，氮磷等营养物质大量排入水体，引起水体富营养化，导致藻类异常繁殖和水质恶化。与此同时，全球40%的国家与地区面临着缺水问题，水资源的可持续利用迫在眉睫。利用再生水作为城市第二水源为解决城市水资源的紧缺问题提供了一条新途径，但再生水中较高含量的氮磷容易引起浅水型景观水体的富营养化，影响再生水的景观利用。因此，开发高效、低成本的水质深度净化技术，是解决当前水资源危机的重要手段之一。

微藻具有生长速率快、收获时期短、光合利用效率高等特点，每年固定的CO2 大约占全球净光合产量的40%，是目前所知的唯一可能代替化石能源的原料。同时，微藻生长过程中会吸收大量氮磷，可作为污水厂三级处理单元深度净化污水。正是结合了上述优势，近年来微藻技术的应用引起了越来越多的关注。

微藻的氮磷去除原理

自从Oswald 在1958 年提出利用藻细胞去除氮磷的概念以来，基于藻细胞培养的污水处理技术有了快速发展，高效藻类塘（High ratealgal pond, HRAP）和藻细胞光生物反应器（AlgalPhotobioreacor, APBR）等微藻培养装置相继出现，并逐步走向应用。微藻对氮磷的去除原理，如图1所示。

图1 藻类在污水深度处理中的净化作用机理

微藻去除氮磷的优势

废水二级处理出水的进一步脱氮除磷是国内外研究的难题和热点。传统的生化二级处理除磷工艺使大量的磷从污水转移至剩余污泥中，从根本上看，仍然不能消除磷对生态环境的影响。藻类是自养型生物，其生长对废水中的营养要求较低。藻细胞以光能作为能源，利用氮、磷等营养物质合成复杂的有机质。作为一种新型的“绿色”技术，利用藻细胞去除氮磷主要有以下优势：（1）能源（太阳光）充足；（2）去除氮磷的同时可固定CO2；（3）去除氮磷无需投加外部碳源；（4）处理出水中含有丰富的溶解氧；（5）无污泥处置问题，无二次污染；（6）获得的藻细胞利用途径多（如动物饲料、生物沼气、生物柴油等）。

李鑫等人对栅藻LX1 去除氮磷的研究中，固定初始TP 质量浓度为1.30 mg/L 时，培养13 d 后栅藻LX1在不同初始TN 质量浓度条件下对氮磷的去除情况如图2 所示。可见，栅藻LX1 对TP 的去除效果良好，培养至第11 天TP 去除率均接近100％。在初始TN 质量浓度不高于15 mg/L 的条件下，栅藻LX1 对TN 也有很高的去除率（83%~99%）。

图2 不同初始TN 质量浓度下栅藻LX1 对氮磷的去除

污水处理中的常用藻种

在污水二、三级处理中，常见报道的藻种如表1所示。其中，目前研究较多的为栅藻（Scenedesmus）、小球藻（Chlorella）和螺旋藻（Spirulina）。

表1 去除营养元素的优势藻种