藻菌共生系统处理污水的研究进展

吴珈祺

（成都市第八中学 四川成都 610000）

引言

自20世纪中叶以来，由人为活动过多引起的地表水污染已对全球水资源可持续性和生态安全产生了严重威胁。中国的IV级地表水水质标准要求地表水（如湖泊和水库）的总氮和总磷水平分别低于1.5和0.1mg/L，III级要求总氮和总磷分别小于1.0和0.05 mg/L。

传统的地表水的处理工艺，去除速率较低，包括生态浮床（EFB）、人工湿地（CW），大型水生植物池塘等。EFB和CW的营养物去除性能在各季节波动很大，需要较长的保留时间，而功能性微生物生物通常无法满足要求。相对较高的剩余营养物浓度不符合地表水质量标准，因此需要开发高效去除污染物的工艺。本文介绍藻菌共生系统的概念及污染物去除机制，为进一步开发附着的藻菌共生系统提供基础和指导。

1 藻菌共生系统介绍

藻菌共生系统需要适当的载体和生物反应器维持系统的正常生长。具有粗糙表面或多孔结构的材料（例如棉片、玻璃纤维和尼龙网）可以有效促进藻菌共生体的附着。到目前为止，已经开发了几种使用附着的藻菌共生体系的光生物反应器。

藻类草坪洗涤器（ATS）已成功应用于商业规模的河水、农业、水产养殖和生活污水处理。然而，藻类细菌生物质必须安装在地表水的顶层，这限制了ATS的发展前景。对于螺旋状生物反应器来说，独特的螺旋结构可以在有限的空间内延长水与共生系统的接触时间。然而，管道容易被生物量过度增长阻塞，这是该光生物反应器在长期和大规模应用中的主要缺点。

2 藻菌共生净化污水机制

藻菌共生系统通过复杂的相互作用去除污染物，包括无机养分和金属离子的吸收、硝化和反硝化、氨的挥发、厌氧氨氧化等。

2.1 藻菌共生系统去除氮素机制

同化是主要的无机氮去除机制。硝酸盐或亚硝酸盐被还原成氨氮，并进一步合成氨基酸，而氨氮可以被微藻直接同化。除了同化之外，还有氨的挥发、硝化和反硝化。硝化作用是将氨氧化成亚硝酸盐，然后通过氨氧化细菌（AOB）、氨氧化古菌（AOA）和亚硝酸盐氧化细菌（NOB）氧化成硝酸盐。反硝化作用是将硝酸盐还原成亚硝酸盐，然后通过在水生环境中缺氧的条件下反硝化细菌来生成氮气。厌氧氨氧化细菌和好氧反硝化细菌（ADB）在完全好氧或厌氧条件下能够直接脱氮。此外，通过亚硝酸盐的短程硝化和反硝化也可以有效脱氮。有机氮（如氨基酸和蛋白质）可以分解为氨，称为氨化或矿化反应。

2.2 藻菌共生系统去除磷机制

磷在微藻和细菌的代谢中起关键作用，尤其是无机形式如磷酸二氢根和磷酸氢二根，它们可以通过磷酸化合成有机化合物（例如DNA、RNA、脂质等）。共生系统同化磷的很大一部分是从ADP产生ATP。一些种类的微藻和细菌可以吸收大量磷并将其储存为细胞内多磷酸盐。磷酸盐可以形成羟基磷灰石，当pH值较高时，与钙离子和镁离子沉淀从废水中去除，并通过与微藻或细菌分泌的细胞外多糖形成氢键进行表面吸附。

有机磷可以通过细菌分泌的细胞外酶水解成磷酸盐，然后按照上述途径去除。与无机形式相似，有机磷可以与胞外聚合物的官能团结合，吸附到藻菌共生体系上，然后进一步转化。总体而言，藻菌共生体系提供了多种除磷途径。

结语

藻菌共生体系去除污染物受到多种因素的影响，虽然这些方面都取得了相当大的进展，但仍然存在重大的实际挑战。其中包括共生体组成的变化，系统性能控制不佳，以及地表水中普遍存在污染物浓度低和去除效率低的问题。基于藻菌共生体系的优势和最近取得的进展，藻菌共生体系已成为从地表水中去除污染物的有效技术。