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(gè)處理過程不僅能耗低，又能促進(jìn)氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用，同時(shí)達(dá)到控制溫室氣體排放的目的。
——鄒華 江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院副院長
小微藻大用途③
◎通 訊 員 張 青 吳 婷 雷 寧
本報(bào)記者 過國忠
廢水處理是環(huán)境保護(hù)中的重要環(huán)節(jié)。微藻具有生長速率快、光合速率強(qiáng)、含高價(jià)值生物質(zhì)及可以固定二氧化碳等特點(diǎn),利用微藻處理廢水可以說是一種經(jīng)濟(jì)可行的污水資源化方案。
目前，該如何利用微藻來實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jìn)行治理？針對(duì)不同的污水治理需求，又該如何進(jìn)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(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)化？
6月13日，科技日報(bào)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(gè)處理過程不僅能耗低，又能促進(jìn)氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用，同時(shí)達(dá)到控制溫室氣體排放的目的。”江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院副院長鄒華教授說。
在江蘇理工學(xué)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(diǎn)，就是在凈化污水的同時(shí)，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(jī)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(shí)運(yùn)行管理復(fù)雜、反硝化時(shí)需要補(bǔ)充碳源，提高了處理成本，還會(huì)造成溫室氣體排放。利用微藻處理污水，既不用補(bǔ)充碳源，又可控制溫室氣體排放。
由于微藻具有極強(qiáng)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(xì)菌進(jìn)行處理后，羥氨芐青霉素的去除率能達(dá)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(duì)該類廢水進(jìn)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(duì)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(shí)際應(yīng)用中仍需針對(duì)不同污水的組成和性質(zhì)，挑選適當(dāng)?shù)脑宸N，以滿足微藻生長的需要。
鄒華認(rèn)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(shí)際情況，從生態(tài)農(nóng)業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(shí)驗(yàn)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(xiàng)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(biāo)外，還包括重金屬離子和有毒有害化學(xué)品等成分，需要多個(gè)步驟進(jìn)行凈化，微藻可以作為整體工藝的一個(gè)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(dòng)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(jí)處理后，同樣可以通過微藻進(jìn)行深度處理。
(資料圖)
程潔紅介紹，目前，微藻可以“對(duì)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(xué)胡洪營教授團(tuán)隊(duì)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(jī)底物，并且可以利用廢水中的有機(jī)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(jì)50年代末就提出了利用微藻進(jìn)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(shí)對(duì)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(jìn)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(dá)到要求。因此，要根據(jù)不同的處理對(duì)象選擇藻種，并深入研究其凈化機(jī)制。
常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院環(huán)保教研室主任紀(jì)振介紹，當(dāng)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(gè)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(rèn)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(xì)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(jì)性不被認(rèn)可，有必要進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)也有待進(jìn)一步評(píng)估。從總的來說，進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)和利用微藻仍然是一個(gè)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(duì)不同廢水的處理需求，選擇合適的藻種（菌種）和工藝，進(jìn)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(shí)驗(yàn)室階段，需要更多中試規(guī)模以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
“需要從污染物處理效率、過程能量需求和經(jīng)濟(jì)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(dòng)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(xué)院檢驗(yàn)檢測認(rèn)證學(xué)院李娟紅博士也認(rèn)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(shí)際應(yīng)用中需要針對(duì)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(shí)驗(yàn)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(jì)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(jì)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(dòng)微藻廢水處理的更廣泛應(yīng)用。
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