小球藻在废水处理上的应用进展

欧阳克氙，刘建平，蔡力创

(江西省科学院生物资源研究所，330029，南昌)

小球藻在废水处理上的应用进展

欧阳克氙，刘建平，蔡力创

(江西省科学院生物资源研究所，330029，南昌)

小球藻具有独特的代谢方式，可以通过光合作用利用太阳能和无机物合成自身的原生质。小球藻除了对污水中氮、磷等营养物有较好的去除效果外，还能利用无机盐、降解多种有机物。着重介绍近几年国内外小球藻处理废水的研究进展。

小球藻；废水处理；应用进展

0 引言

目前，污水处理方法主要有物理法、化学法、物理化学法和生物法。与传统方法相比，利用生物处理法适用范围广、成本低、可以避免二次污染，不仅可以高效去除污水中的有机、无机以及重金属等污染物，还可以将藻类培养的污水深度处理和生物柴油生产系统耦合，产生一定的附加价值，具有广阔的发展前景。藻类在污水处理中的应用主要包括藻类塘、活性藻、固定化藻、非活体藻及藻类光生物反应器等方面。

小球藻是单细胞藻类，目前世界上已知的小球藻有十几种，加上它的变种可达数百种之多，生态分布广泛，对生长条件要求简单，环境耐受性强，生长速度快，应用价值高。小球藻具有独特的代谢方式，可以通过光合作用利用太阳能和无机物合成自身的原生质。小球藻除了对污水中氮、磷等营养物有较好的去除效果外，还能超负荷吸收重金属、利用无机盐、降解农药、烷烃、酚类、邻苯二甲酸酯等多种有机物。作者正在开展采用经发酵、重金属处理后的猪粪污培养小球藻，以去除和吸附氮、磷以及降解有机物，最后将小球藻用于水产养殖。本文将着重介绍近几年国内外小球藻处理含氮、磷及有机物等废水的研究进展。

1 利用小球藻去除废水中的氮、磷等营养物

藻类是以水为电子供体的光能自养型生物。在光合作用过程中，它们以光能为能源，利用简单的无机物合成有机物，不断生长繁殖。因此，藻细胞能吸收和同化大量的氮、磷等营养物质，进行光合自养作用，从而使污水中的氮、磷含量减少。

藻类在污水深度处理中去除N、P的机理分为直接作用和间接作用。藻细胞能吸收利用水中的无机N和有机N化合物作为N源，利用二氧化碳和碳酸盐作为碳源，进行光能自养生长。在有氧的条件下，磷酸盐可以直接被藻细胞吸收，并通过多种磷酸化途径转化成ATP和磷脂等有机物，而在无氧的条件下形成磷酸盐沉淀，硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐可以用于氨基酸和蛋白质等物质的合成。与此同时，藻光合作用可提升水体pH，高pH(pH10～11)具有一定的消毒促进作用[1]。藻类去除废水中氮、磷的效果受氮磷比、氮磷的形态、藻类的形态以及金属离子等因素影响。

1.1不同氮磷比

张静霞[2]采用悬浮和固定化培养方式，比较了不同氮磷比对小球藻(Chloreallasorokiniana)去除污水中氮磷能力的影响。结果表明，悬浮培养小球藻的氮磷去除率低于固定化培养组；饥饿处理24 h固定化培养小球藻的氮磷去除率较高，72 h对氮磷的去除率分别达到97%、99%；降低氮磷比对悬浮培养小球藻的氨氮去除率影响不大，但可提高固定化培养小球藻的氨氮去除率。

1.2不同形态的氮磷

刘淑坡[3]等发现，固定化蛋白核小球藻对不同形态氮和磷的去除具有一定的选择性。研究结果表明，当废水中同时存在氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮时，固定化微藻首先去除氨氮，然后依次是亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，在为期5 d的试验中其去除率分别为100%、79.2%±0.8%和61.2%±0.2%；当废水中同时存在正磷酸盐和六偏磷酸盐时，固定化核蛋白小球藻优先去除正磷酸盐，然后去除六偏磷酸盐，在为期4 d的试验中，其去除率分别为71.4%±1.6%和80.3%±1.0%。

1.3不同形态的藻类

研究发现，不同固定化载体对氮磷去除效果是不同的。王颖[6]等比较了海藻酸钠和壳聚糖2种固定化载体对污水深度处理的影响。结果表明，在一定的细胞负载范围内，对氮、磷的去除率随细胞负载的增加而增加。由叶绿素a含量得知，2种载体均不影响细胞增长。相同细胞负载，壳聚糖作为固定化载体的藻细胞对氮的去除率及叶绿素 a增长量高于海藻酸钠载体，但对磷的去除率差别不明显。傅海燕[7]等采用海藻酸钠、聚乙烯醇PVA、两者复合载体等3种不同载体，将小球藻与活性污泥固定成菌藻共生系统，以及单独菌、单独藻的凝胶小球，用于处理人工污水。结果表明，复合载体固定的菌藻共生系统氮磷去除效果最好，PVA载体的脱氮除磷效果次于复合载体优于海藻酸钠；固定化菌藻共生系统的脱氮除磷效果明显优于单独固定菌和单独固定藻，固定菌的效果较差。

藻菌固定化技术是一门20世纪末发展起来的新兴技术，由于其具有较高微生物浓度、易于固液分离、不易受毒物影响、剩余污泥量少等优点而在污水处理领域得到广泛应用。寇希元[8]等用海藻酸钠凝胶包埋固定小球藻和活性污泥，对冲厕海水污水(模拟)中的氮磷污染物进行去除实验。结果表明，在藻菌比为2:1，固定化藻菌对氮磷的去除率分别达到95.5%和92.2%。在N/P为10时，固定化藻菌对冲厕海水污水中氮磷的去除效果最好,25～30 ℃时固定化藻菌对氨氮和磷的去除率最好，温度过高时藻和细菌细胞的活性受到抑制。固定化藻菌体系处理冲厕海水污水的较佳pH范围在6.5～8.5之间。

1.4pH与金属离子的影响

颜胜华[9]等研究了不同光照强度及不同pH值下，小球藻在悬浮和固定状态下镉对污水中正磷酸盐的吸收速率的影响。结果表明，在不同光照强度下，镉总体上降低了小球藻对磷的吸收速率。不同pH值时，无论在悬浮态还是固定态，镉都能使小球藻对磷的吸收速率下降20%～30%，由此可见固定处理并没有减少镉的影响。

2 利用小球藻降解多种有机化合物

藻类在生长繁殖过程中，能将水体中的有机化合物作为同化碳源、氮源及硫源来富集吸收，故藻类能降解如农药、碳氢化合物、多环芳烃、金属有机物等多种有机化合物。藻类在富集有机物的同时发生代谢降解。藻类、金属离子和腐殖质等可通过相互作用形成复合物，在光照条件下发生一系列的光化学过程，引发水体中有机污染物的光降解[12]。

彭章娥[13]等研究发现，含普通小球藻的水溶液经过光照后能引发其中壬基酚的光降解；藻、腐殖酸和铁离子的水溶液经过光照后，对壬基酚光降解的增强促进作用更大，在含藻腐殖酸和铁离子的水溶液中，4 h光照后壬基酚的降解率可达58%。根据此结果推测藻、腐殖酸和铁离子体系光照后能产生更多的活性物质，从而促进水中有机污染物的光降解。

普通小球藻对染料的降解必须在光的协同作用下进行，模拟太阳光的协同降解效果最好；染料的降解效果随普通小球藻的浓度与照射光强度的增加而增强，掺藻浓度16×108cells/L的染料溶液，光照5 h的脱色率达到86%以上，降解速度在染料浓度比较高的初期较大；普通小球藻在对直接大红4B溶液的降解过程中不会产生中间产物；随着降解时间的延长，溶液的pH值在不断降低[14]。此外，普通小球藻也对邻苯二甲酸二丁酯(DBP)具有明显的富集，但生物降解作用并不显著，且降解符合一级反应动力学[15]。这可能是由于DBP初始浓度过低导致藻细胞中DBP浓度很小，从而藻对DBP的降解作用不明显；DBP初始浓度较高，对普通小球藻产生了毒性效应，从而抑制了藻的生长和藻体中相关酶的活性，导致降解程度较低。在普通小球藻适宜生长温度范围内，温度升高有利于藻对DBP的生物降解。

屠云杰[16]等研究发现，蛋白核小球藻能快速有效的消除三氯杀虫酯，降解的半衰期为16.3 h，而吸附作用在一定时间后会失去，可能是藻类细胞体内凝结的缘故。总之，生物降解和生物吸附是农药逸散的主要因素，水解的贡献较小，而光解基本上可以忽略。所以蛋白核小球藻能够对三氯杀虫酯进行持续有效的去除毒性作用。此外，欧晓明[17]等也发现蛋白核小球藻具有降解 HNPC-A9908 的能力：在20 mg/L、100 mg/L、400 mg/L的浓度下，5 d内HNPC-A9908的降解率分别为90.50%、66.02%和43.19%，日平均降解速率分别为3.60 mg/L、13.20 mg/L、34.55 mg/L，其降解动力学方程可用二级反应动力学方程很好地拟合，拟合度达到83%以上；蛋白核小球藻对HNPC-A9908也具有一定的富集能力，当浓度为20 mg/L、100 mg/L、400mg/L时达到最大富集的时间分别为24 h、48 h、48 h，富集量分别为11.58 mg/gFW、15.15 mg/gFW、16.42 mg/gFW，此后随时间的延长而逐步降低。

吴敏[18]等研究发现，微囊藻毒素降解菌S3和椭圆小球藻L1共固定化后，比单独固定化菌对MC-LR有更好的降解效果，共固定的藻可促进降解菌S3的生长。固定化细胞对毒素的降解能力较稳定，受环境温度和pH变化的影响较小，重复使用仍可维持较高的降解活性。

3 利用小球藻处理其他废水

郑子英[19]等研究了25 ℃、5 000 Lx条件下，普通小球藻对浓度分别为25%C、50%C、75%C、100%C的氨厂废水中COD和NH3-N的去除率。192 h后，COD去除率分别为84%、96.4%、97%和 95.6%，NH3-N去除率分别为22.7%、4.9%、10.6%和0%。结果表明，各污水组对藻细胞的生长有抑制作用，随污水浓度升高抑制作用强度降低。采用浮游植物荧光仪测定藻细胞叶绿素荧光参数，结果表明25% C、50%C、75%C、100%C 组的藻细胞光合作用停止时间分界点分别为144 h、144 h、144 h和72 h，光合作用停止后，藻细胞通过异养生长降解污染物。

李宇佶[20]等利用小球藻可以较彻底的去除氨基酸废水中氮、磷及COD等营养，达到污水处理效果。体积分数40%氨基酸废水处理效果最好，停留时间34 d，藻细胞干重比、生长速率和最大生产强度分别为0.731 g/L、0.565 d-1、0.243 g/(L·d)；废水中TN、TP及COD的去除率分别为92.0%、98.0%及80.0%，对应去除强度分别为30.7 mg/(L·d)、3.28 mg/(L·d)、133.3 mg/(L·d)。

4 结束语

综上所述，利用小球藻处理污水符合生态学原理，具有成本低、能耗少、效率高、收益大、出水溶解氧含量高等优点。小球藻不仅能够吸收和同化污水中氮、磷等营养物，还能利用无机盐、降解多种有机物。但是小球藻只能吸附而无法根除污水中存在的重金属离子。因此，废水必须先用其他方法处理掉重金属后，再经小球藻处理，这样处理水才可以用于农田灌溉和工业生产，而且由此获得的藻体的重金属含量不超标，可作为动物饲料、饵料、人类的潜在食品或精细化工品原料。

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ApplicationofChlorellaintheWastewaterTreatment

OUYANG Kexian,LIU Jianping,CAI Lichuang

(Institute of Biological Resources,Jiangxi Academy of Sciences,330029,Nanchang,PRC)

Chlorella has unique metabolic ways,which can utilize solar energy and inorganic substance to synthesize their protoplasts through photosynthesis.Chlorella has a better effect in removing nutrients such as nitrogen and phosphorus in wastewater,using inorganic salt,and degrading a variety of organic matter.The research progress in wastewater treatment of chlorella in recent years has been reviewed in this paper.

chlorella;wastewater treatment;application

2014-05-09;

2014-06-11

欧阳克氙(1963-)，男，江西赣州人，副研究员，主要从事天然产物开发应用工作。

江西省科技支撑计划项目(20111BBF60044)。

10.13990/j.issn1001-3679.2014.04.022

Q949.21+7;X703

A

1001-3679(2014)04-0515-05