小球藻在废水处理上的应用进展-论文 5页

第32卷第4期江西科学V01．32No．42014年8月JIANGXISCIENCEAug．2014doi：10．13990／j．issnl001—3679．2014．04．022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)摘要：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。关键词：小球藻；废水处理；应用进展中图分类号：Q949．217；X703文献标识码：A文章编号：1001—3679(2014)04—0515—05ApplicationofChlorellaintheWastewaterTreatmentOUYANGKexian，LIUJianping，CAILichuang(InstituteofBiologicalResources，JiangxiAcademyofSciences，330029，Nanchang，PRC)Abstract：Chlorellahasuniquemetabolicways，whichcanutilizesolarenergyandinorganicsub—stancetosynthesizetheirprotoplaststhroughphotosynthesis．Chlorellahasabettereffectinremovingnutrientssuchasnitrogenandphosphorusinwastewater，usinginorganicsalt，anddegradingavarietyoforganicmatter．Theresearchprogressinwastewatertreatmentofchlorellainrecentyearshasbeenreviewedinthispaper．Keywords：chlorella；wastewatertreatment；application球藻有十几种，加上它的变种可达数百种之多，生0引言态分布广泛，对生长条件要求简单，环境耐受性目前，污水处理方法主要有物理法、化学法、强，生长速度快，应用价值高。小球藻具有独特的物理化学法和生物法。与传统方法相比，利用生代谢方式，可以通过光合作用利用太阳能和无机物处理法适用范围广、成本低、可以避免二次污物合成自身的原生质。小球藻除了对污水中氮、染，不仅可以高效去除污水中的有机、无机以及重磷等营养物有较好的去除效果外，还能超负荷吸金属等污染物，还可以将藻类培养的污水深度处收重金属、利用无机盐、降解农药、烷烃、酚类、邻理和生物柴油生产系统耦合，产生一定的附加价苯二甲酸酯等多种有机物。作者正在开展采用经值，具有广阔的发展前景。藻类在污水处理中的发酵、重金属处理后的猪粪污培养小球藻，以去除应用主要包括藻类塘、活性藻、固定化藻、非活体和吸附氮、磷以及降解有机物，最后将小球藻用于藻及藻类光生物反应器等方面。水产养殖。本文将着重介绍近几年国内外小球藻小球藻是单细胞藻类，目前世界上已知的小处理含氮、磷及有机物等废水的研究进展。收稿日期：2014—05—09；修订日期：2014—06—11作者简介：欧阳克氙(1963一)，男，江西赣州人，副研究员，主要从事天然产物开发应用工作。基金项目：江西省科技支撑计划项目(20111BBF60044)。n·516·江西科学2014年第32卷可恢复，并保持持续生长，这说明固定化没有对细1利用小球藻去除废水中的氮、磷胞产生不可恢复的损伤。固定化藻技术不仅保留等营养物了悬浮态藻的优点，而且使得藻对氮、磷的去除率藻类是以水为电子供体的光能自养型生物。有较大提高，对藻细胞起到了保护作用，延长藻细在光合作用过程中，它们以光能为能源，利用简单胞的生长期，有利于细胞更多地吸收氮、磷。严清的无机物合成有机物，不断生长繁殖。因此，藻细等研究发现，固定化藻在2d内对NH4+一N和胞能吸收和同化大量的氮、磷等营养物质，进行光P0j一一P的净化效率比悬浮态藻分别高23．14％和合自养作用，从而使污水中的氮、磷含量减少。35．19％E4]。这主要是由于海藻酸钙凝胶离子团藻类在污水深度处理中去除N、P的机理分的吸附及固定化系统中pH值升高引起氨的气提为直接作用和间接作用。藻细胞能吸收利用水中与Ca和磷酸盐的沉淀作用所致J。的无机N和有机N化合物作为N源，利用二氧化研究发现，不同固定化载体对氮磷去除效果碳和碳酸盐作为碳源，进行光能自养生长。在有是不同的。王颖等比较了海藻酸钠和壳聚糖2氧的条件下，磷酸盐可以直接被藻细胞吸收，并通种固定化载体对污水深度处理的影响。结果表过多种磷酸化途径转化成ATP和磷脂等有机物，明，在一定的细胞负载范围内，对氮、磷的去除率而在无氧的条件下形成磷酸盐沉淀，硝酸盐、亚硝随细胞负载的增加而增加。由叶绿素a含量得酸盐和铵盐可以用于氨基酸和蛋白质等物质的合知，2种载体均不影响细胞增长。相同细胞负载，成。与此同时，藻光合作用可提升水体pH，高pH壳聚糖作为固定化载体的藻细胞对氮的去除率及(pHlO～11)具有一定的消毒促进作用⋯。藻类叶绿素a增长量高于海藻酸钠载体，但对磷的去去除废水中氮、磷的效果受氮磷比、氮磷的形态、除率差别不明显。傅海燕_7等采用海藻酸钠、聚藻类的形态以及金属离子等因素影响。乙烯醇PVA、两者复合载体等3种不同载体，将小1．1不同氮磷比球藻与活性污泥固定成菌藻共生系统，以及单独张静霞采用悬浮和固定化培养方式，比较菌、单独藻的凝胶小球，用于处理人工污水。结果了不同氮磷比对小球藻(Chloreallasorokiniana)去表明，复合载体固定的菌藻共生系统氮磷去除效除污水中氮磷能力的影响。结果表明，悬浮培养果最好，PVA载体的脱氮除磷效果次于复合载体小球藻的氮磷去除率低于固定化培养组；饥饿处优于海藻酸钠；固定化菌藻共生系统的脱氮除磷理24h固定化培养小球藻的氮磷去除率较高，72效果明显优于单独固定菌和单独固定藻，固定菌h对氮磷的去除率分别达到97％、99％；降低氮磷的效果较差。比对悬浮培养小球藻的氨氮去除率影响不大，但藻菌固定化技术是一门20世纪末发展起来可提高固定化培养小球藻的氨氮去除率。的新兴技术，由于其具有较高微生物浓度、易于固1．2不同形态的氮磷液分离、不易受毒物影响、剩余污泥量少等优点而刘淑坡等发现，固定化蛋白核小球藻对不在污水处理领域得到广泛应用。寇希元等用同形态氮和磷的去除具有一定的选择性。研究结海藻酸钠凝胶包埋固定小球藻和活性污泥，对冲果表明，当废水中同时存在氨氮、亚硝酸盐氮和硝厕海水污水(模拟)中的氮磷污染物进行去除实酸盐氮时，固定化微藻首先去除氨氮，然后依次是验。结果表明，在藻菌比为2：1，固定化藻菌对氮亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，在为期5d的试验中其磷的去除率分别达到95．5％和92．2％。在N／P为去除率分别为100％、79．2％±0．8％和61．2％±l0时，固定化藻菌对冲厕海水污水中氮磷的去除0．2％；当废水中同时存在正磷酸盐和六偏磷酸盐效果最好，25～3Oc【=时固定化藻菌对氨氮和磷的时，固定化核蛋白小球藻优先去除正磷酸盐，然后去除率最好，温度过高时藻和细菌细胞的活性受去除六偏磷酸盐，在为期4d的试验中，其去除率到抑制。固定化藻菌体系处理冲厕海水污水的较分另0为71．4％4-1．6％和80．3％±1．O％。佳pH范围在6．5～8．5之间。1．3不同形态的藻类1．4pH与金属离子的影响小球藻在固定化初期，藻细胞的生长会受到颜胜华等研究了不同光照强度及不同pH影响，使得固定化藻的数量增长慢于悬浮态藻的值下，小球藻在悬浮和固定状态下镉对污水中正生长，但在较短时间(24h左右)内细胞的活性即磷酸盐的吸收速率的影响。结果表明，在不同光n第4期欧阳克氙等：小球藻在废水处理上的应用进展·517·照强度下，镉总体上降低了小球藻对磷的吸收速彭章娥_l等研究发现，含普通小球藻的水溶率。不同pH值时，无论在悬浮态还是固定态，镉液经过光照后能引发其中壬基酚的光降解；藻、腐都能使小球藻对磷的吸收速率下降20％～30％，殖酸和铁离子的水溶液经过光照后，对壬基酚光由此可见固定处理并没有减少镉的影响。降解的增强促进作用更大，在含藻腐殖酸和铁离李川1o]等采用海藻酸钙凝胶包埋固定小球子的水溶液中，4h光照后壬基酚的降解率可达藻，对人工污水进行静态模拟净化试验，研究了不58％。根据此结果推测藻、腐殖酸和铁离子体系同pH条件下铜对固定化小球藻去除污水中氨氮光照后能产生更多的活性物质，从而促进水中有和硝酸氮能力的影响。结果表明：有铜存在时第机污染物的光降解。5天，pH为4、5、6、7、8时固定化小球藻的NH；．N普通小球藻对染料的降解必须在光的协同作的去除率相对无铜条件分别下降了4．0％、0．6％、用下进行，模拟太阳光的协同降解效果最好；染料5．9％、6．0％和4．4％，悬浮态小球藻的NH；．N的降解效果随普通小球藻的浓度与照射光强度的的去除率分别下降了10．9％、22．4％、15．5％、增加而增强，掺藻浓度16×10eells／L的染料溶14．5％和20．2％；pH为6、7、8时固定化小球藻的液，光照5h的脱色率达到86％以上，降解速度在No；-N的去除率相对无铜条件分别下降了4．1％、染料浓度比较高的初期较大；普通小球藻在对直2．8％和4．2％，但pH为4、5时固定化小球藻的接大红4B溶液的降解过程中不会产生中间产No；-N的去除率却上升了0．8％和0．2％，在pH物；随着降解时间的延长，溶液的pH值在不断降为4、5、6、7、8时悬浮态小球藻的No；-N的去除低。此外，普通小球藻也对邻苯二甲酸二丁酯率相对无铜条件则分别下降了4．4％、9．2％、5．3％、(DBP)具有明显的富集，但生物降解作用并不显10．6％和10．2％。所以，铜可以抑制小球藻的除著，且降解符合一级反应动力学-l。这可能是由氮能力，尤其对悬浮态小球藻的除氮能力产生了于DBP初始浓度过低导致藻细胞中DBP浓度很较大的抑制性，而固定化处理在一定程度上减弱小，从而藻对DBP的降解作用不明显；DBP初始了铜对小球藻除氮能力的影响。后来，又发现：固浓度较高，对普通小球藻产生了毒性效应，从而抑定态小球藻由于海藻酸钠的包埋稳定性较强，比制了藻的生长和藻体中相关酶的活性，导致降解悬浮态的磷去除率较高；小球藻磷的去除率受P程度较低。在普通小球藻适宜生长温度范围内，(重金属)影响，随着p(重金属)的升高，磷的去温度升高有利于藻对DBP的生物降解。除率降低，重金属产生的胁迫作用增强；Cu对屠云杰1钊等研究发现，蛋白核小球藻能快速固定态和悬浮态小球藻的胁迫作用较zn和有效的消除三氯杀虫酯，降解的半衰期为16．3h，Cd¨大，而Zn和Cd对固定态和悬浮态小球而吸附作用在一定时间后会失去，可能是藻类细藻的胁迫作用随着p(重金属)的变化而有所差胞体内凝结的缘故。总之，生物降解和生物吸附异；pH对小球藻磷的去除率的影响随重金属种是农药逸散的主要因素，水解的贡献较小，而光解类、质量浓度及时间的变化而不同，zn和cd2基本上可以忽略。所以蛋白核小球藻能够对三氯存在时，小球藻磷的去除率最高一般出现在pH杀虫酯进行持续有效的去除毒性作用。此外，欧为8的弱碱条件下，而Cu存在时小球藻磷的去晓明_1等也发现蛋白核小球藻具有降解HNPC—除率受pH的影响差异不显著(P>0．05)11]。A9908的能力：在20mg／L、100mg／L、400mg／L的浓度下，5d内HNPC．A9908的降解率分别为2利用小球藻降解多种有机化合物90．50％、66．02％和43．19％，日平均降解速率分藻类在生长繁殖过程中，能将水体中的有机别为3．60mg／L、13．20mg／L、34．55mg／L，其降化合物作为同化碳源、氮源及硫源来富集吸收，故解动力学方程可用二级反应动力学方程很好地拟藻类能降解如农药、碳氢化合物、多环芳烃、金属合，拟合度达到83％以上；蛋白核小球藻对有机物等多种有机化合物。藻类在富集有机物的HNPC．A9908也具有一定的富集能力，当浓度为同时发生代谢降解。藻类、金属离子和腐殖质等20mg／L、100mg／L、400mg／L时达到最大富集的可通过相互作用形成复合物，在光照条件下发生时间分别为24h、48h、48h，富集量分别为11．58一系列的光化学过程，引发水体中有机污染物的mg／gFw、15．15mg／gr~、16．42mg／g~，此后随时光降解¨。间的延长而逐步降低。n·5l8·江西科学2014年第32卷吴敏¨引等研究发现，微囊藻毒素降解菌S34结束语和椭圆小球藻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综上所述，利用小球藻处理污水符合生态学解菌s3的生长。固定化细胞对毒素的降解能力原理，具有成本低、能耗少、效率高、收益大、出水较稳定，受环境温度和pH变化的影响较小，重复溶解氧含量高等优点。小球藻不仅能够吸收和同使用仍可维持较高的降解活性。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3利用小球藻处理其他废水水中存在的重金属离子。因此，废水必须先用其郑子英‘l等研究了25℃、5000Lx条件下，他方法处理掉重金属后，再经小球藻处理，这样处普通小球藻对浓度分别为25％C、50％C、75％C、理水才可以用于农田灌溉和工业生产，而且由此100％C的氨厂废水中COD和NH一N的去除率。获得的藻体的重金属含量不超标，可作为动物饲192h后，COD去除率分别为84％、96．4％、97％料、饵料、人类的潜在食品或精细化工品原料。和95．6％，NH-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参考文献：生长有抑制作用，随污水浓度升高抑制作用强度[1]MunozR，GuieysseB．Algal—bacterialprocessesforthe降低。采用浮游植物荧光仪测定藻细胞叶绿素荧treatmentofhazardouscontaminants：areview[J]．Wa—光参数，结果表明25％C、50％C、75％C、100％CterResearch，2006，40(15)：2799—2815．[2]张静霞．小球藻去除污水中氮磷能力的研究[J]．安组的藻细胞光合作用停止时间分界点分别为144徽农业科学，2009，37(32)：15944—15945．h、144h、144h和72h，光合作用停止后，藻细胞[3]刘淑坡，李飞．固定化核蛋白小球藻对人工废水中通过异养生长降解污染物。不同形态氮和磷的去除[J]．山东理工大学学报(自李宇佶等利用小球藻可以较彻底的去除然科学版)，2012，26(4)：43—47．氨基酸废水中氮、磷及COD等营养，达到污水处[4]严清，孙连鹏．固定化与游离态小球藻脱氮除磷对理效果。体积分数40％氨基酸废水处理效果最比研究[J]．能源环境保护，2008，22(3)：20—24．好，停留时间34d，藻细胞干重比、生长速率和最[5]严清，孙连鹏．固定化菌藻系统及对污水中氮磷营大生产强度分别为0．731g／L、0．565d～、0．243养盐的净化效果[J]．生态环境学报，2009，18(6)：2086—2090．(L·d)；废水中TN、TP及COD的去除率分别[6]王颖，张恩栋，王绍迁，等．小球藻深度脱氮除磷能为92．O％、98．0％及80．0％，对应去除强度分别为力研究[J]．广东化工，2013，40(20)：137—138．30．7mg／(L·d)、3．28ms／(L·d)、133．3mg／(L·d)。[7]傅海燕，许鹏成，柴天，等．3种载体固定化菌藻共生李君荣等发现，蛋白核小球藻对稀释系统脱氮除磷效果的对比[J]．环境工程学报，50％的猪场废水具有较强的处理能力。蛋白核小2013，7(9)：3256—3262．球藻处理猪场废水浓度为50％时(COD、TN和TP[8]寇希元，张晓青，张雨山，等．固定化藻菌去除海水分别为296mg／L、64mg／L和7mg／L)具有最佳冲厕污水中氮磷的实验研究[J]．环境工程学报，效果；微藻生长浓度前2d和4d分别达到0．0292011，5(12)：2703—2706．L和0．016g／L，对COD、TN和TP去除率分别[9]颜胜华，鲁敏，陆世雄，等．固定化与游离态小球藻达到80．07％、79．69％和87．14％。阮榕生等脱氮除磷对比以及金属镉对吸收磷速率的影响研究发现，在曝气条件下培养普通小球藻能够高[J]．纺织科技进展，2009(5)：1O一14．效利用沼液中的养分并使沼液得到高度净化。小[1O]李川，薛建辉，苏莹莹，等．不同pH条件下铜对固定化小球藻除氮效果的影响[J]．南京林业大学学报球藻处理10d后沼液中主要有机物指标：化学需(自然科学版)，2009，33(4)：105—108．氧量(COD)、悬浮物、氨氮(NH；一N)和总磷(TP)[11]李川，许鹏成，薛建辉，等．铜、锌、镉对固定态和悬分别下降到162．3mg／L、52ms／L、14．66mg／L和浮态小球藻的除磷效果比较[J]．环境科学研究，7．57mg／L，对应去除率分别为77．61％、91％、2011，24(7)：798—806．94．76％和80．03％，处理结果低于国标规定的集[12]PengZ，WuF，DengNS．Photodegradationofbisphe·约化养猪业水污染物最高允许日排放质量浓度nolAinsimulatedlakewatercontainingalgae，humic400mg／L、200mg／L、80mg／L和8mg／L。acidandferricIons[J1．EnvironmentalPollution，n第4期欧阳克氙等：小球藻在废水处理上的应用进展·519·2006，144(3)：840—846．A9908的富集与降解[J]．中国环境科学，2003，23[13]彭章娥，冯劲梅，何淑英，等．含藻水中壬基酚的光(5)：475—479．降解转化研究[J]．环境科学，2012，33(10)：3466—[18]吴敏，陈明，宦海琳，等．菌藻共固定化降解微囊藻3472．毒素[J]．湖泊科学，2007，19(6)：627—631．[14]姜玉凤，陈跃．普通小球藻对直接大红4B染料的降[19]郑子英，刘雷，曾慧卿，等．小球藻对氨厂废水的净解作用研究[J]．黄石理工学院学报，2012，28(2)：化及其叶绿素荧光变化[J]．201I，5(4)：856—860．20—24．[20]李宇估，李昌灵，徐国华，等．利用普通小球藻Chlo-[15]刘华，沈新天，孙丽娜，等．普通小球藻对邻苯二甲rellavulgarisC9-JN2010处理氨基酸工业废水的研酸二丁酯的富集与降解研究[J]．农业环境科学学究[J]．水处理技术，2012，38(5)：91—95．报，2008，87(6)：2391—2395．[21]李君荣，申婷，胡蕾．蛋白核小球藻处理猪场废水的[16]屠云杰，马云，刘维屏．藻类对三氯杀虫酯的吸附和效果观察[J]．家畜生态学报，2012，33(5)：80—82．降解[J]．浙江工业大学学报，2009，37(1)：44—48．[22]阮榕生，简恩光，巫小丹，等．小球藻处理养猪业沼[17]欧晓明，雷满香，王晓光．小球藻对新杀虫剂HNPC-液研究[J]．现代化工，2013，33(8)：62—66．(上接第505页)产地的Mn含量略高于其他产地，山东产地的sr]J李桂华]J，姜雪梅，张1J日秋，等．1空J气一乙炔火]J焰原子吸]J]J含量低于其他产地，这些差别可能和产地、气候以收法测定灵芝中的10种微量元素[J]．烟台师范学及采摘期有一定的关系J。院学报(自然科学版)，2004，20(2)：118—121．姜波，陈瑞，杨晓琴，等．原子吸收光谱法测定野生微量元素是人体机体的重要组成成分；可以及养殖灵芝中1O种元素含量[J]．广东微量元素科维持细胞的渗透压与机体的酸碱平衡；参与体内学，2008，15(4)：33—36．的新陈代谢、生理、生化反应、能量转换等多个过戴志英，郑惠华，氢化物发生-原子荧光光谱法测定程。K和Ca等可以舒张血管，预防血管方面疾灵芝功能食品中的铅[J]．中国卫生检验杂志，病，Fe具有良好的补血功能，cu可以改善造血功2009，19(7)：1503—1504．能、降低血管脆性，zn能够增加人体的免疫功能，何晋浙，蒉霄云，杨开，等．ICP-AES法分析灵芝中Mn可以降低动脉硬化的危险，se具有抗癌功效，的微量元素[J]．光谱学与光谱分析，2009，29(5)：微量的As和VB等协同作用，可以促进机体代1409—1412．唐清，张致芬，詹月辰．ICP．AES法同时测定灵芝中谢、起到一定的抗癌作用J。9种矿物元素[J]．化学试剂，2006，28(12)：739—灵芝中矿物元素的含量对食疗效果及中药药740．效影响很大，不同人群可以根据不同症状适当采唐波，刘秀琴．ICP—OES测定不同产地灵芝中重金用灵芝或者灵芝相关保健或功能食品补充所需元属和有害元素的含量[J]．中国现代中药，2006，8素，从而调节体内微量元素的平衡、缓解症状，达(1)：19—21．到食补或药补的功效。何晋浙，赵培成，张安强，等．灵芝及其类似品中的20种微量元素的分析研究[J]．药物分析杂志，参考文献：2010，30(5)：847—852．[1]袁带秀，侯娟．灵芝活性成分、药理作用及其应用徐新春，吴惠玲，刘佑波．各种栽培因子下培养的灵[J]．中国民族民间医药杂志，2006(79)：110—113．芝无机元素含量比较测定[J]．广东微量元素科学，2000，7(2)：64—67．