利用微藻處理廢水是一種生態(tài)可持續(xù)的技術(shù)方法，其可通過發(fā)揮藻菌的協(xié)同作用，吸收并降解廢水中的污染物，整個處理過程不僅能耗低，又能促進氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用，同時達到控制溫室氣體排放的目的。
——鄒華 江南大學環(huán)境與土木工程學院副院長
小微藻大用途③
◎通 訊 員 張 青 吳 婷 雷 寧
本報記者 過國忠
廢水處理是環(huán)境保護中的重要環(huán)節(jié)。微藻具有生長速率快、光合速率強、含高價值生物質(zhì)及可以固定二氧化碳等特點,利用微藻處理廢水可以說是一種經(jīng)濟可行的污水資源化方案。
目前，該如何利用微藻來實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)廢水、工業(yè)廢水、城市廢水和含農(nóng)藥以及抗生素等物質(zhì)的有害廢水進行治理？針對不同的污水治理需求，又該如何進行藻種選擇？我國在這方面的研究成果有哪些？微藻治污在我國產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用情況如何，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還面臨哪些挑戰(zhàn)？未來該如何進一步擴大產(chǎn)業(yè)化？
6月13日，科技日報記者就此采訪了相關(guān)業(yè)內(nèi)專家。
微藻技術(shù)是新興水處理技術(shù)
“利用微藻處理廢水是一種生態(tài)可持續(xù)的技術(shù)方法，其可通過發(fā)揮藻菌的協(xié)同作用，吸收并降解廢水中的污染物，整個處理過程不僅能耗低，又能促進氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用，同時達到控制溫室氣體排放的目的。”江南大學環(huán)境與土木工程學院副院長鄒華教授說。
在江蘇理工學院環(huán)境工程專業(yè)程潔紅教授看來，微藻凈化污水的特點，就是在凈化污水的同時，又能生成有用的生物質(zhì)。利用微藻處理污水，是近年來的新興水處理技術(shù)之一。
目前，利用微藻處理的廢水多以城市污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢水等有機廢水為主。這類廢水中含大量的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，易造成受納水體的富營養(yǎng)化，導(dǎo)致水華或赤潮。
傳統(tǒng)的A2/O工藝（俗稱厭氧-缺氧-好氧法,是一種常用的污水處理工藝），去除氮、磷時運行管理復(fù)雜、反硝化時需要補充碳源，提高了處理成本，還會造成溫室氣體排放。利用微藻處理污水，既不用補充碳源，又可控制溫室氣體排放。
由于微藻具有極強的適應(yīng)環(huán)境能力，甚至可以利用微藻處理含有毒害成分的廢水，如含有農(nóng)藥、抗生素、殺蟲劑等的廢水，以及利用微藻處理含鐵、錳、鋅、銅等微量重金屬元素的廢水。
微藻具有強大吸附作用和降解作用，它可通過這兩種作用去除有害污染物，從而得以凈化廢水。
鄒華介紹，在實驗室規(guī)模的生物反應(yīng)器中，小球藻能去除85.6%的羥氨芐青霉素；經(jīng)小球藻處理后再加入來源于濕地沉積物或活性污泥的細菌進行處理后，羥氨芐青霉素的去除率能達到99%。
不同污水應(yīng)采用不同方式
“不同行業(yè)產(chǎn)生的污水種類繁多，且其中的氮磷含量及氮磷比也不盡相同。生活污水和農(nóng)業(yè)污水中的污染物多為微藻生長所需的氮磷等，適宜微藻繁殖，因此利用微藻對該類廢水進行處理較為合適。”鄒華說。
鄒華介紹，用市政污水培養(yǎng)萊茵衣藻可將污水中幾乎全部氮磷予以消耗。柵藻也可在市政污水中生長，并可完成對污水中氮磷的去除。
盡管污水中含有微藻生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，但在實際應(yīng)用中仍需針對不同污水的組成和性質(zhì)，挑選適當?shù)脑宸N，以滿足微藻生長的需要。
鄒華認為，微藻處理農(nóng)業(yè)廢水雖潛力巨大，但需要結(jié)合各地實際情況，從生態(tài)農(nóng)業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟角度出發(fā)，做好藻種選育、工藝優(yōu)化和產(chǎn)品開發(fā)工作。
各種實驗結(jié)果證明，在養(yǎng)魚的廢水或者養(yǎng)豬后產(chǎn)生的廢水中加入微藻都能有效去除各項常規(guī)污染物。
在工業(yè)廢水方面，工業(yè)廢水中除了COD、TN和TP等指標外，還包括重金屬離子和有毒有害化學品等成分，需要多個步驟進行凈化，微藻可以作為整體工藝的一個環(huán)節(jié)，提高工業(yè)廢水處理效率。
比如，在廢水處理過程中混合微藻處理能去除動物糞便廢液、沼渣廢液和紡織廢水中的磷。
城市廢水的組成與工農(nóng)業(yè)廢水有差異，一般來說，城市廢水經(jīng)過一級處理后，同樣可以通過微藻進行深度處理。
(資料圖)
程潔紅介紹，目前，微藻可以“對付”廢水中的有毒重金屬，通常是用吸附的辦法，如可吸附
鎘、鉻、汞和鉛等毒性大的金屬，但這些重金屬含量不能過高，一旦超出微藻的耐受極限，同樣抑制微藻生長或?qū)е挛⒃逅劳觥?/p>
此前，清華大學胡洪營教授團隊就高效篩選出了可以異養(yǎng)的微藻，其中篩選得到的小球藻和柵藻可以利用20余種污染物作為有機底物，并且可以利用廢水中的有機底物生產(chǎn)生物燃料，具有良好的市場前景。
微藻大規(guī)模應(yīng)用要跨過幾道坎
“我國在20世紀50年代末就提出了利用微藻進行廢水處理，此后，以藻-菌共生體系和高效藻類塘為代表的懸浮生長藻類塘系統(tǒng)在分散式污水處理中得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于一些技術(shù)問題無法得到突破，利用微藻治污至今還沒有得到工業(yè)化的大規(guī)模應(yīng)用。”鄒華說。
在程潔紅看來，藻類是自養(yǎng)型生物，盡管生長時對廢水中營養(yǎng)要求較低，但目前從自然界純化分離獲得的微藻往往凈化效率偏低，仍無法適應(yīng)高濃度的污水。因此，需要通過選擇育種、基因工程育種、誘變育種進行改良，以得到可工程利用的藻株。
此外，不同廢水的污染物成分、含量皆不同，用單一的藻類處理一般很難達到要求。因此，要根據(jù)不同的處理對象選擇藻種，并深入研究其凈化機制。
常州工程職業(yè)技術(shù)學院環(huán)保教研室主任紀振介紹，當前，微藻治理廢水領(lǐng)域的研究主要集中在優(yōu)勢藻類種屬的篩選、藻類固化、藻類污水處理工藝優(yōu)化、藻類處理廢水設(shè)備開發(fā)四個方面，盡管已在篩選方法和篩選裝置的研究上，形成了不少專利，但在廢水處理領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化尚不多見。
鄒華認為，目前來說，微藻治污面臨多方面挑戰(zhàn)。比如，治污的效率以及穩(wěn)定性有待提高，藻細胞分離、采收困難仍是限制微藻技術(shù)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的重要瓶頸；技術(shù)經(jīng)濟性不被認可，有必要進行綜合開發(fā)，提高技術(shù)的可持續(xù)性并降低成本；環(huán)境風險也有待進一步評估。從總的來說，進行大規(guī)模生產(chǎn)和利用微藻仍然是一個技術(shù)難題。
“微藻廢水處理技術(shù)是有潛力的綠色技術(shù)，需要針對不同廢水的處理需求，選擇合適的藻種（菌種）和工藝，進一步提高廢水處理效率。”鄒華說，目前，多數(shù)研究還停留在實驗室階段，需要更多中試規(guī)模以上的實驗數(shù)據(jù)。
“需要從污染物處理效率、過程能量需求和經(jīng)濟性等多方面考察新的微藻廢水處理工藝，重視微藻的產(chǎn)品開發(fā)，提出可持續(xù)治理技術(shù)，推動微藻廢水處理的更廣泛應(yīng)用。”鄒華說。
常州工程職業(yè)技術(shù)學院檢驗檢測認證學院李娟紅博士也認為，微藻廢水處理技術(shù)是極具潛力的綠色技術(shù)，具有廣闊的市場前景。在實際應(yīng)用中需要針對不同廢水的處理需求，選擇合適的藻種及工藝，提高廢水處理效率，但關(guān)于微藻廢水處理的多數(shù)研究目前還停留在實驗室階段，需要工程應(yīng)用推廣。
從市場角度來看，需要從污染物處理效率、過程能耗和工程經(jīng)濟性等多方面考察新的微藻廢水處理工藝，特別是要重視微藻的產(chǎn)品開發(fā)，基于循環(huán)經(jīng)濟理念提出可持續(xù)開發(fā)路線，將微藻處理廢水技術(shù)作為微藻產(chǎn)品開發(fā)工藝的源頭而非終端，這樣才能推動微藻廢水處理的更廣泛應(yīng)用。
標簽：
