一、藻類如何凈化污水？三大“超能力”揭秘

1. 分解污染物：水中的“清道夫”
   藻類通過光合作用釋放大量氧氣，激活水中“好細(xì)菌”的活性，加速分解污水中的有機(jī)物（如食物殘渣、糞便等），輕松解決水體發(fā)黑發(fā)臭的難題。
2. 吸收營養(yǎng)鹽：阻擊水體“富貴病”

• 脫氮：藻類能直接吸收污水中的氨氮（如化肥、排泄物中的有害物質(zhì)），還能與微生物合作，將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為無害的氮?dú)猓摰矢哌_(dá)70%-90%。
• 除磷：藻類在生長過程中“打包”吸收磷元素（主要來自洗滌劑、農(nóng)業(yè)廢水），結(jié)合自然沉淀，可去除80%以上的磷，有效防止藍(lán)藻爆發(fā)等富營養(yǎng)化問題。

1. 吸附重金屬：污染水體的“解毒劑”
   某些藻類（如小球藻）的細(xì)胞表面就像一張“納米濾網(wǎng)”，能吸附鉛、鎘等重金屬離子，并通過生物富集將其“鎖”在體內(nèi)，特別適合處理電鍍、印染等工業(yè)廢水。

環(huán)保優(yōu)勢：

• 零化學(xué)添加：純天然生物凈化，無二次污染。
• 變廢為寶：處理后的藻類可制成肥料、生物燃料，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)。

二、生態(tài)修復(fù)：讓水體“自愈”的魔法

1. 從“窒息”到“呼吸”：溶解氧革命
   藻類如同水中的“制氧機(jī)”，通過光合作用持續(xù)釋放氧氣，讓原本缺氧的黑臭水體恢復(fù)生機(jī)，魚蝦重新安家，形成良性生態(tài)循環(huán)。
2. 以藻治藻：壓制有害藻華
   通過人工培育硅藻等“有益藻”，擠占藍(lán)藻的生存空間，減少藻毒素產(chǎn)生，讓水色從綠濁變?yōu)榍宄骸?/li>
3. 重建水下“朋友圈”
   藻類為浮游生物提供食物，吸引小魚小蝦棲息，逐步形成“藻類→微生物→水生植物→魚類”的完整生態(tài)鏈，讓水體擁有長期自凈能力。

三、藻類凈水技術(shù)能用在哪兒？

• 市政污水廠：作為深度處理的“綠色關(guān)卡”，強(qiáng)化脫氮除磷。
• 工業(yè)廢水：處理電鍍、印染、養(yǎng)殖場的高濃度廢水。
• 城市河湖：拯救黑臭水體，修復(fù)景觀水質(zhì)。
• 鄉(xiāng)村與小流域：低成本治理面源污染，守護(hù)綠水青山。

四、與自然合作，守護(hù)生命之源
藻類技術(shù)告訴我們：最好的污染治理方案，或許就藏在自然智慧中。通過模擬生態(tài)循環(huán)，我們不僅能凈化污水，更能重建魚翔淺底、人水和諧的美好圖景。

小知識：1公頃藻類每天可處理相當(dāng)于5000人產(chǎn)生的生活污水，同時吸收約1噸二氧化碳！

　　工業(yè)心理學(xué)首席執(zhí)行官拉塞爾·布萊特談到了新技術(shù)，這代表著磷處理的一個突破。

　　新技術(shù)如何扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)工藝，幫助扭轉(zhuǎn)漏水的趨勢

　　幾年前，當(dāng)我在一家鋼廠的污水廠工作時，我偶然發(fā)現(xiàn)了該廠設(shè)計者在20世紀(jì)60年代初起草的原始計劃。在詳細(xì)的圖紙旁邊是手寫的筆記，設(shè)計師在筆記中提到了推動其建設(shè)的新法律，并發(fā)泄了他對企業(yè)不能再簡單地將未經(jīng)處理的污水排入當(dāng)?shù)睾恿鞯氖?/span>

　　在過去的50多年里，人們的態(tài)度發(fā)生了巨大的變化，水產(chǎn)業(yè)在清理河流和海洋方面取得了巨大的進(jìn)步。事實(shí)上，現(xiàn)在任何人質(zhì)疑控制污染的必要性似乎都很可笑。

　　然而事實(shí)表明，我們還有一段路要走。只有14%的英國河流被定義為“好的”，在30個歐洲國家中，英國的沿海水質(zhì)排在第25位。隨著人們對環(huán)境問題的認(rèn)識日益提高，公眾的期望也越來越高，壓力將繼續(xù)增加，水行業(yè)將需要達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)。

　　《歐盟水框架指令》是最新的挑戰(zhàn)，它將把磷含量降低10倍，從2毫克/升降至0.2毫克/升。沃特公司已同意在未來五年內(nèi)安裝963個磷處理方案，以達(dá)到新的水平——相當(dāng)于數(shù)十億英鎊的投資，也是我們持續(xù)改進(jìn)之旅的又一大步。

　　然而，許多工廠將無法利用現(xiàn)有技術(shù)達(dá)到新的水平，現(xiàn)有技術(shù)包括向廢水中加入金屬鹽，如硫化鐵，并過濾出產(chǎn)生的污泥。這項技術(shù)在達(dá)到低至0.2毫克/升的水平方面沒有記錄，因此帶有新技術(shù)的所有風(fēng)險。

　　它還依賴于價格已經(jīng)上漲的化學(xué)品，而另外963家工廠的額外需求將大大加速這一過程。它也不適合小型農(nóng)村工廠，這些工廠的經(jīng)營者通常兩周才訪問一次，僅英格蘭和威爾士就有7000家。

　　雖然藻類被認(rèn)為是一種可能的解決方案，但迄今為止，它們被排除在外有兩個原因。第一個問題是光線穿透的問題——將藻類放入管道中，陽光只能穿透最初的幾英寸，所以剩下的部分仍未處理。將它擴(kuò)展到幾英寸深的池塘需要一個足球場大小的區(qū)域，這對于小型工程來說是不切實(shí)際的。

　　成本削減

　　有人試圖通過使用生物燃料來解決這個問題——玻璃管，里面有藻類，外面有光——但是生物燃料的長度和體積被證明太小，不適合實(shí)際使用。第二個問題是吸收速度，因?yàn)樵孱惪赡苄枰獛滋鞎r間來吸收有意義的磷。

　　在工業(yè)心理學(xué)中，我們已經(jīng)找到了解決這兩個問題的方法。我們的方法是基于由藻類專家、前巴斯大學(xué)學(xué)者丹·默里博士領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊的工作，并使用照明棒穿透混合的深度，這提高了它的有效性，并大大減小了所需的水箱尺寸。我們的專利光生物反應(yīng)器看起來有點(diǎn)像SBR或AS工廠，但在藻類肉湯中插入了光棒，我們發(fā)現(xiàn)了一種將停留時間減少到6小時的方法。

　　在R&D八年后，在政府撥款350萬英鎊和投資120萬英鎊的幫助下，這項技術(shù)已經(jīng)在威塞克斯水公司的韋斯頓超級馬雷污水處理廠成功地進(jìn)行了全面示范，達(dá)到了<0.02毫克/升。

　　這表明總排放量比舊技術(shù)低30%，運(yùn)營成本節(jié)省了50%，因?yàn)闆]有化學(xué)品可以購買，也沒有污泥可以處理，碳足跡減少了50%，因?yàn)樗潭嗽孱愺w內(nèi)的碳。

　　推廣工作正在順利進(jìn)行。當(dāng)威塞克斯水公司正在托管全尺寸的演示器時，西南水公司已經(jīng)同意在埃克斯河上為布羅德溫莎公司購買一套系統(tǒng)，而塞文·特倫特公司正在訂購第一套系統(tǒng)。這與Ofwat希望水務(wù)公司在這個AMP周期中更加創(chuàng)新的愿望非常吻合。

　　當(dāng)然，仍然存在一個令人惱火的問題，即河流中的大部分磷是農(nóng)民田地里的肥料直接流失的——但藻類技術(shù)在這方面也有幫助。它生產(chǎn)的生物量可以用來替代這種肥料，并提供了許多優(yōu)勢——它是自然生產(chǎn)的，而不是通過有碳足跡的化學(xué)過程生產(chǎn)的，磷的含量在藻類中是固定的，流入河流的量較少，而且它的形式更容易為農(nóng)作物所利用，因此農(nóng)民可以少用一些。

　　雖然目前沒有從廢水中去除藥物的要求，但這可能是監(jiān)管機(jī)構(gòu)的下一個目標(biāo)之一，而且這項技術(shù)已經(jīng)證明也能夠做到這一點(diǎn)..

　　目前，我們知道沒有其他藻類技術(shù)具有同樣的能力，并相信它可能具有全球潛力。利用藻類的自然力量提供了一種低成本、無化學(xué)物質(zhì)的解決方案，可以幫助清理全球的河流和海岸。

　　藍(lán)藻水華的頻繁發(fā)生對水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能造成了嚴(yán)重?fù)p害，研究藍(lán)藻在野外水體中的時空分布是水華早期預(yù)警與防控的關(guān)鍵。微囊藻(Microcystis)是湖泊中常見的水華種類,由于其自身獨(dú)特的浮力調(diào)節(jié)機(jī)制導(dǎo)致其在水柱中的分布存在明顯的空間異質(zhì)性，因而追蹤微囊藻在水柱中的實(shí)時動態(tài)是一項極具挑戰(zhàn)的任務(wù)。

　　近日,中國科學(xué)院水生生物研究所研究員宋立榮團(tuán)隊與以色列海洋湖沼學(xué)研究所Kinneret湖實(shí)驗(yàn)室合作，從微囊藻的聲散射特性入手，在模擬裝置中使用200 kHz聲學(xué)設(shè)備研究了偽空胞完整與偽空胞坍塌的微囊藻群體之間回聲信號的差異。結(jié)果表明偽空胞坍塌的微囊藻群體在此探測頻率下未能產(chǎn)生明顯的回聲信號，證明了偽空胞是增強(qiáng)微囊藻聲學(xué)散射能力的結(jié)構(gòu)。后續(xù)的模擬實(shí)驗(yàn)和滇池野外原位監(jiān)測均證實(shí)了利用水聲學(xué)技術(shù)監(jiān)測微囊藻生物量的可行性。該研究建立的水聲學(xué)新方法能夠高頻實(shí)時監(jiān)測野外微囊藻的時空動態(tài)變化，為微囊藻等藍(lán)藻水華的預(yù)測預(yù)警提供新的技術(shù)手段。

　　該研究以Bloom-forming toxic cyanobacterium Microcystis:quantification and monitoring with a high-frequency echosounder為題發(fā)表在Water Research上。水生所博士研究生吳莎和以色列海洋湖沼學(xué)研究所Ilia Ostrovsky為論文共同第一作者，水生所副研究員李林為論文通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金和以色列科學(xué)基金(NSFC-ISF)國際合作項目、國家水專項等項目的資助。

　　這些小到要在顯微鏡下才能看得清的水藻居然可以干出驚天動地的大事業(yè)：本可導(dǎo)致富營養(yǎng)化的“大反派”，給它合適的條件和空間，卻可以變成捕捉二氧化碳，同時凈化污水的“超級英雄”。更重要的是，生物轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)出的油脂可以加工成燃料，同時因其富含DHA、EPA等物質(zhì)，可以開發(fā)出一系列健康食品或醫(yī)藥品。這讓更多人看到污水處理和微藻生物質(zhì)加工結(jié)合的光明前景。

　　Trent博士的研究得到了NASA的背書，在某種程度上推動了微藻污水處理的研發(fā)力度。但最終，NASA并沒有給OMEGA項目續(xù)約，Trent博士描繪的那幅整合了污水處理、可再生太陽能、風(fēng)能、潮汐能、水產(chǎn)養(yǎng)殖和生物質(zhì)能的恢弘畫面至今也還無法實(shí)現(xiàn)。除了開放池藻塘，下面這種光生物反應(yīng)器算是目前微藻污水處理的高級模樣了。

　　曾被譽(yù)為未來生物質(zhì)超新星的微藻什么時候能夠兌現(xiàn)潛力？這個問題現(xiàn)在仍很難回答。不過，借用Trent博士的話說：“正如愛迪生所說，我們發(fā)現(xiàn)了一萬個行不通的辦法。”只有繼續(xù)埋首研究，不斷試錯，才有新的發(fā)現(xiàn)。

　　近年MBR膜生物反應(yīng)器的發(fā)展也衍生出膜式光生物反應(yīng)器（英文Membrane Photobioreactor,簡稱MPBR）。有研究報道MPBR不僅可以生產(chǎn)高濃度的生物質(zhì)，而且脫氮除磷的效果也很顯著。主要原因是MPBR可以分開控制HRT和SRT。但膜技術(shù)也增加了運(yùn)行和維護(hù)的復(fù)雜度。澳大利亞新南威爾士大學(xué)的科學(xué)家最近就對MPBR的運(yùn)行參數(shù)和表現(xiàn)進(jìn)行評估。這次研究使他們對關(guān)鍵參數(shù)的測量和解讀有了新的認(rèn)識，其在IWA國際水協(xié)會期刊《Water Research》上發(fā)表了相關(guān)的研究成果。

　　生物質(zhì)測定哪種方法好?

　　對于MPBR的效率評估，研究團(tuán)隊對五大方面進(jìn)行了考察，包括生物質(zhì)濃度、組成、產(chǎn)率、營養(yǎng)吸收率和采收潛力。生物質(zhì)濃度是MPBR的關(guān)鍵表現(xiàn)參數(shù)。細(xì)胞計數(shù)和稱重法是兩大測定方法，后者其實(shí)就是測MLSS或者M(jìn)LVSS。此前關(guān)于MPBR的研究大多采用稱重法，因?yàn)檫@方法常用于MBR；而細(xì)胞計數(shù)本來就是傳統(tǒng)藻類反應(yīng)器生物質(zhì)的測定方法。澳大利亞團(tuán)隊這次研究的一大目的就是對比這兩種測定方法的優(yōu)劣。

　　流式細(xì)胞儀的檢測發(fā)現(xiàn)，非藻類物質(zhì)會在反應(yīng)器里積聚，因此稱重法不足以精確量化生物質(zhì)濃度。研究團(tuán)隊提出細(xì)胞計數(shù)/MLSS的比值作為指示參數(shù)能更好地反映異養(yǎng)生物質(zhì)濃度。

　基于合成廢水的MPBR系統(tǒng)流程圖

　　通過上述檢測，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)除了細(xì)胞計數(shù)/MLSS比例，細(xì)胞活性、細(xì)菌比例等表現(xiàn)參數(shù)都給MPBR的運(yùn)行提供了新的認(rèn)知途徑。

　　微藻自發(fā)絮凝

　　藻細(xì)胞分離、采收困難是限制微藻技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的重要瓶頸。其中一個影響因素是自發(fā)絮凝（Auto flocculation）。自發(fā)絮凝可因?yàn)楦遬H誘導(dǎo)或者胞外聚合物(EPS)引起。自發(fā)絮凝程度越高，后續(xù)處理成本越低。研究團(tuán)隊首次提出用毛細(xì)吸水時間(CST)作為評估MPBR分離采收潛力的指示因子。

　　除了CST，他們還對絮體尺寸和分形維數(shù)兩個參數(shù)進(jìn)行測定。如下圖所示，左圖的三個峰分別代表細(xì)菌、微藻和絮體的尺寸。在純培養(yǎng)基里，C.vulgaris細(xì)胞主要以分散形式存在，而在MPBR里則形成絮體，而且絮體尺寸從22.9增至44.6mm，增長近一倍。這是自發(fā)絮凝引起的。MPBR發(fā)現(xiàn)的絮體大于此前PBR相關(guān)研究的尺寸（8-20mm），但遠(yuǎn)小于明礬和鐵鹽絮凝劑形成的微藻絮體（尺寸范圍在500-900mm左右），也小于傳統(tǒng)的活性污泥絮體(55-311 mm)。分析顯示絮體大小和MPBR里的細(xì)菌數(shù)有很強(qiáng)的相關(guān)性（r=0.88）(參考圖4)。研究人員由此推測，利用藻類-細(xì)菌的相互作用可以改善MPBR生物質(zhì)的采收潛力。

　　此外，CST的測定結(jié)果則顯示MPBR生物質(zhì)的脫水能力跟絮體體積關(guān)系不大，生物質(zhì)濃度似乎是影響脫水性能的主要因素。

　　SRT和HRT

　　HRT和SRT是MPBR的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，他們決定了營養(yǎng)負(fù)荷和反應(yīng)器的處理能力，生物質(zhì)的許多特性都跟它們有關(guān)。傳統(tǒng)PBR的HRT需要超過5天以避免生物質(zhì)的沖刷流失，但MPBR的HRT可以低于2天。這不僅有利于生物質(zhì)產(chǎn)能（更高的營養(yǎng)負(fù)荷），還減低了投資成本。但之前研究顯示HRT的降低不利于污水處理的效率，而關(guān)于MPBR的SRT研究顯示相對較低的SRT（約10天）有助得到更高的生物質(zhì)產(chǎn)率。

　　如下圖6a所示，研究團(tuán)隊的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，HRT超過3天，和SRT超過30天都降低了生物質(zhì)濃度，理想的HRT應(yīng)該1天左右，而SRT在18-30天之間。不同組分的比例分布（圖6b）結(jié)果跟圖6a也是吻合的。

　　MPBR在不同HRT和SRT下的特點(diǎn)：（a）細(xì)胞計數(shù)；（b）不同組分的平均比例

　　總的來說，更低的HRT和SRT有利于微藻快速生長，活性更高，異養(yǎng)培養(yǎng)基更少；然而延長HRT和SRT可以提高氮磷去除率和采收潛力。該結(jié)果說明了運(yùn)行人員要根據(jù)對微藻采收的要求以及污水處理的標(biāo)準(zhǔn)，來為MPBR工藝選擇合適的運(yùn)行條件（例如HRT和SRT）。

　　小結(jié)

　　總的而言，澳洲團(tuán)隊的這次研究對MPBR的表現(xiàn)做了一個系統(tǒng)性評估，并且對如何優(yōu)化運(yùn)行效率有了新的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識，尤其是對不同的HRT和SRT的應(yīng)用：如果要提高藻類細(xì)胞的生長速度，并降低對營養(yǎng)物的要求，可以采用更低的HRT和SRT；延長HRT和SRT會得到更多的細(xì)菌，從而獲得更顯著的自發(fā)絮凝效果，以及更高的氮磷去除率。這說明在日后的研究里，研究者要基于實(shí)際需求，在不同的HRT和SRT之間取得平衡。另一方面，他們發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞計數(shù)/MLSS等新參數(shù)，也將幫助其他研究人員更好地評估其他MPBR系統(tǒng)的優(yōu)劣。

　　參考資料

　　Assessment of membrane photobioreactor(MPBR)performance parameters and operating conditions，Yunlong Luo,Pierre Le-Clech,Rita K.Henderson,Water Research 138(2018)169-180,https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.03.050

　　水產(chǎn)品作為一種優(yōu)質(zhì)的蛋白源備受需求，為滿足巨大市場需求，我國高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展崛起。但是，大體量水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水排放污染一直是制約環(huán)境友好發(fā)展的不良因素。微藻作為一類單細(xì)胞小型藻類，其被認(rèn)為可應(yīng)用于處理養(yǎng)殖廢水，那么，微藻為何能夠發(fā)揮出凈化養(yǎng)殖廢水的效果呢？本文將分析水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水特性入手、闡釋微藻如何凈化廢水成份并簡單舉例幾種常見操作方式說明上述問題。

　　1、水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水特性分析

　　水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水污染來源主要是水產(chǎn)動物代謝排放和餌料殘余所導(dǎo)致。通過對其進(jìn)行分析可知，其污染物種類分為無機(jī)污染（以氮磷營養(yǎng)元素為代表）和有機(jī)污染（以COD為代表）。餌料的大量投入是氮磷元素輸入的主體，分別占到總量的70%及90%以上。這部分輸入一方面被水生動物代謝，一方面則以氨氮、硝態(tài)氮、亞硝酸鹽和磷酸鹽形式向沉積物富集。殘餌也是COD為代表的有機(jī)污染的貢獻(xiàn)者，除此，還有肥料、水產(chǎn)品殘骸等來源。由此可見，若開展水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水凈化，重點(diǎn)則在于去除有機(jī)物質(zhì)和脫氮除磷。

　　通過上述水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中污染物種類分析，微藻能夠凈化廢水的前提則是它能夠利用這些物質(zhì)。下面逐一分析微藻對這些污染物的利用方式。

　　2、微藻如何代謝利用養(yǎng)殖廢水成份

　　（1）吸收有機(jī)碳源：微藻胞內(nèi)也具有蛋白質(zhì)，其中，有一種特異性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，這種蛋白將胞外有機(jī)碳以協(xié)助擴(kuò)散或協(xié)同運(yùn)輸方式搬入微藻細(xì)胞內(nèi)。

　　（2）脫氮：藻類能夠同化銨鹽和尿素不同形態(tài)的氮源。亞硝酸鹽和硝酸鹽耗能跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)至胞內(nèi)催化形成銨鹽；尿素分解為碳酸氫鹽和銨鹽。這些銨鹽可直接由一組轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白跨膜運(yùn)輸至胞內(nèi)。

　　（3）除磷：在自養(yǎng)過程中，藻細(xì)胞光合作用促使水體的pH上升，水體pH的上調(diào)則會促進(jìn)正磷酸鹽沉淀，從而間接達(dá)到去除磷目的。此外，微藻還可以吸附養(yǎng)殖廢水中的金屬離子。

　　（4）絡(luò)合金屬離子：微藻可通過絡(luò)合反應(yīng)或離子交換作用吸附重金屬。廢水中的金屬陽離子可與細(xì)胞里的蛋白質(zhì)、脂類和多糖中所帶負(fù)電荷的官能團(tuán)發(fā)生絡(luò)合。

　　3、微藻廢水處理的應(yīng)用

　　（1）微藻選擇：目前，較為有應(yīng)用前景的單細(xì)胞藻類為小球藻、斜生柵藻等。（光語生物科技有限公司有售）

　　（2）凈化方式：一般包括藻-菌共生系統(tǒng)、藻類塘、固定化藻類處理方式和光生物反應(yīng)器的方式。

　　（3）凈化效果：不同的實(shí)踐條件下具有不同的凈化效果?？偟膩砜?，凈化效果都比較顯著。

　　光生物反應(yīng)器示意圖

　　實(shí)踐證明，運(yùn)用微藻于水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水后處理過程中具現(xiàn)實(shí)可行性，并且，多樣化的凈化方式正在不斷升級以助力于水質(zhì)凈化，成為養(yǎng)殖水處理的發(fā)展方向。（程輝輝華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水生生物學(xué)碩士）

水產(chǎn)品作為一種優(yōu)質(zhì)的蛋白源備受需求，為滿足巨大市場需求，我國高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展崛起。但是，大體量水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水排放污染一直是制約環(huán)境友好發(fā)展的不良因素。微藻作為一類單細(xì)胞小型藻類，其被認(rèn)為可應(yīng)用于處理養(yǎng)殖廢水，那么，微藻為何能夠發(fā)揮出凈化養(yǎng)殖廢水的效果呢？本文將分析水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水特性入手、闡釋微藻如何凈化廢水成份并簡單舉例幾種常見操作方式說明上述問題。

1、 水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水特性分析

水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水污染來源主要是水產(chǎn)動物代謝排放和餌料殘余所導(dǎo)致。通過對其進(jìn)行分析可知，其污染物種類分為無機(jī)污染（以氮磷營養(yǎng)元素為代表）和有機(jī)污染（以COD為代表）。餌料的大量投入是氮磷元素輸入的主體，分別占到總量的70%及90%以上。這部分輸入一方面被水生動物代謝，一方面則以氨氮、硝態(tài)氮、亞硝酸鹽和磷酸鹽形式向沉積物富集。殘餌也是COD為代表的有機(jī)污染的貢獻(xiàn)者，除此，還有肥料、水產(chǎn)品殘骸等來源。由此可見，若開展水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水凈化，重點(diǎn)則在于去除有機(jī)物質(zhì)和脫氮除磷。

通過上述水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中污染物種類分析，微藻能夠凈化廢水的前提則是它能夠利用這些物質(zhì)。下面逐一分析微藻對這些污染物的利用方式。2、 微藻如何代謝利用養(yǎng)殖廢水成份

（1） 吸收有機(jī)碳源：微藻胞內(nèi)也具有蛋白質(zhì)，其中，有一種特異性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，這種蛋白將胞外有機(jī)碳以協(xié)助擴(kuò)散或協(xié)同運(yùn)輸方式搬入微藻細(xì)胞內(nèi)。

（2） 脫氮：藻類能夠同化銨鹽和尿素不同形態(tài)的氮源。亞硝酸鹽和硝酸鹽耗能跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)至胞內(nèi)催化形成銨鹽；尿素分解為碳酸氫鹽和銨鹽。這些銨鹽可直接由一組轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白跨膜運(yùn)輸至胞內(nèi)。

（3） 除磷：在自養(yǎng)過程中，藻細(xì)胞光合作用促使水體的pH上升，水體pH的上調(diào)則會促進(jìn)正磷酸鹽沉淀，從而間接達(dá)到去除磷目的。此外，微藻還可以吸附養(yǎng)殖廢水中的金屬離子。

（4） 絡(luò)合金屬離子：微藻可通過絡(luò)合反應(yīng)或離子交換作用吸附重金屬。廢水中的金屬陽離子可與細(xì)胞里的蛋白質(zhì)、脂類和多糖中所帶負(fù)電荷的官能團(tuán)發(fā)生絡(luò)合。

3、 微藻廢水處理的應(yīng)用

（1） 微藻選擇：目前，較為有應(yīng)用前景的單細(xì)胞藻類為小球藻、斜生柵藻等。

（2） 凈化方式：一般包括藻-菌共生系統(tǒng)、藻類塘、固定化藻類處理方式和光生物反應(yīng)器的方式。

（3） 凈化效果：不同的實(shí)踐條件下具有不同的凈化效果?？偟膩砜?，凈化效果都比較顯著。

光生物反應(yīng)器示意圖

實(shí)踐證明，運(yùn)用微藻于水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水后處理過程中具現(xiàn)實(shí)可行性，并且，多樣化的凈化方式正在不斷升級以助力于水質(zhì)凈化，成為養(yǎng)殖水處理的發(fā)展方向。

? ? 微囊藻毒素?(MCs)?是一類由生長在水體的藍(lán)藻產(chǎn)生的毒素。它對水體環(huán)境和人體健康的危害已成為全球關(guān)注的重大環(huán)境問題之一。

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? ? MCs通過飲用水對人類及動物的肝臟、性腺、胚胎、腎臟、神經(jīng)、脾臟及免疫功能等有一定毒害作用。MCs的主要靶器官是肝臟,蓄積毒素并最終導(dǎo)致肝臟衰竭，第二靶器官是性腺，損傷動物的生殖系統(tǒng)， MCS也可能通過沖破血腦屏障,?對神經(jīng)和大腦產(chǎn)生影響，傷害神經(jīng)發(fā)育。

? ? ?目前全世界只針對微囊藻毒素-LR制定了限量標(biāo)準(zhǔn)。世界衛(wèi)生組織和我國環(huán)?？偩值臉?biāo)準(zhǔn)?(GB3838-2002)?規(guī)定的MC-LR限值均為1微克/升。

? ? 處理去除水體中MCs的方法主要有化學(xué)氧化劑法、生物降解法、活性炭吸附法等。目前由于活性炭具有易于投加且毒素去除效果好的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室研究活性炭吸附去除微囊藻毒素的案例非常多，適用于應(yīng)急處理藻毒素。給水廠常規(guī)處理工藝是預(yù)氧化和砂濾，研究對比發(fā)現(xiàn)深度處理工藝對微囊藻毒素去除效果較好,?尤其臭氧氧化表現(xiàn)出很好的藻毒素去除作用。生物降解法在自來水廠也可獲得較好的除藻效果。

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國際科技集團(tuán)肖特(SCHOTT)將在鹽湖城(Salt Lake City)舉行的2017年藻類生物質(zhì)峰會(藻類生物質(zhì)峰會)上，強(qiáng)調(diào)玻璃在光合生物反應(yīng)器中的優(yōu)越性能。

“CLEARAS”先進(jìn)的生物營養(yǎng)恢復(fù)(ABNR)系統(tǒng)已經(jīng)通過眾多成功的試點(diǎn)示范。該項目是該技術(shù)的首次商業(yè)化，是藻類和廢水處理行業(yè)的一個里程碑。目前的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)表明，隨著美國各地的設(shè)施升級以符合美國《清潔水法》(Clean Water Act)的要求，未來可能會有更多類似的項目上線。我們認(rèn)為我們的高品質(zhì)的玻璃管和CLEARAS ABNR技術(shù)建立一個工作模型,以解決城市污水處理廠面臨的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境挑戰(zhàn)?！?/span>

過量的硝酸鹽和磷酸鹽在池塘和湖泊中飼養(yǎng)藻類，造成了潛在的有害藻類的繁殖，就像在2016年的瓦薩奇流域發(fā)生的那樣。美國環(huán)境保護(hù)署(U.S. Environmental Protection Agency)和猶他州水質(zhì)部(Utah Division of Water Quality)已將去除廢水中的養(yǎng)分列為他們的首要議程，以幫助限制猶他州和美國其他地區(qū)的海藻泛濫。

傳統(tǒng)的污水處理廠依靠化學(xué)絮凝或沉積來去除磷酸鹽和硝酸鹽。在許多情況下，這些方法會留下微量。CLEARAS光生物反應(yīng)器抽進(jìn)來的污水已經(jīng)經(jīng)歷了初級的處理，接著通過德國肖特玻璃管道中。在排入公共水域之前，管道中的藻類以殘留的硝酸鹽和磷酸鹽為食。使用CLEARAS ABNR（“CLEARAS”先進(jìn)的生物營養(yǎng)恢復(fù)ABNR系統(tǒng)）、磷酸鹽水平通常低于檢測極限,還有硝酸水平將遠(yuǎn)低于1毫克/升清潔水法案允許的水平。

除了清潔排放的好處之外，還可以銷售用于制作生物塑料的藻類生物質(zhì)。傳統(tǒng)的方法，如化學(xué)絮凝，將要求工廠另外支付剩余營養(yǎng)物質(zhì)的消除費(fèi)用。

這個項目展示了營養(yǎng)恢復(fù)技術(shù)的真正潛力。原本作為下水道地區(qū)成本中心的項目現(xiàn)在可以成為收入來源，同時實(shí)施可持續(xù)的解決方案，解決全國污水處理廠的問題，”CLEARAS Water Recovery的首席執(zhí)行官戈登·林德(Gordon Lind)說。

盡管像“CLEARAS”這樣的封閉的光生物反應(yīng)器可以由塑料或玻璃管制成，但塑料系統(tǒng)在清洗過程中往往會被劃傷，而且隨著時間的推移會逐漸消失。這些劃痕使其他微生物得以在光合生物反應(yīng)器中立足，使藻類難以生長。隨著時間的推移，過度爆嗮使塑料變得不透明，限制了藻類生長所需的光合作用效率。然而，玻璃對劃痕有抵抗力，而且不會溶化，這意味著它比塑料壽命長得多。

10月31日下午1點(diǎn)30分至3點(diǎn)，斯科特公司技術(shù)油管全球業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)弗里茨·溫特斯特勒(Fritz Wintersteller)將在一個小組會上討論生物反應(yīng)器技術(shù)商業(yè)化的問題，該技術(shù)題名為《池塘外的思考:生物反應(yīng)器的研究發(fā)展》(Thinking Outside the Pond: advanceofphotobioreactors)。

2017年藻類生物質(zhì)峰會已經(jīng)于10月29日至11月1日在猶他州鹽湖城的美國大酒店舉行（美國大酒店位于鹽湖城，是家5星級酒店）。

SCHOTT (schott.com)是專業(yè)玻璃和玻璃陶瓷領(lǐng)域領(lǐng)先的國際技術(shù)集團(tuán)。公司擁有130多年的發(fā)展歷史，擁有材料和專業(yè)技術(shù)專長，并提供一系列高質(zhì)量的產(chǎn)品和智能解決方案。SCHOTT是許多行業(yè)的創(chuàng)新推動者，包括家電，制藥，電子，光學(xué)，生命科學(xué)，汽車和航空工業(yè)。SCHOTT努力在每個人的生活中扮演重要的角色，致力于促進(jìn)創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展道路的成功。該集團(tuán)在全球34個國家設(shè)有生產(chǎn)基地和銷售辦事處。公司員工約1.5萬人，在2015/2016財年實(shí)現(xiàn)銷售額22.1億美元。

關(guān)于CLEARAS水回收利用系統(tǒng)

“CLEARAS” Water Recovery (clearaswater.com)成立于2008年，旨在將廢物回收的概念發(fā)揚(yáng)光大。我們獲得專利的“ABNR”（先進(jìn)的生物營養(yǎng)恢復(fù)ABNR系統(tǒng)）廢水解決方案是一種先進(jìn)的，非化學(xué)處理，回收磷和氮，同時減少其他有害污染物的先進(jìn)技術(shù)。

作為一個模塊化，通過螺栓連接的系統(tǒng)，該技術(shù)可擴(kuò)展到任何可用的足跡，并無縫地集成到現(xiàn)有的污水處理基礎(chǔ)設(shè)施中，以防止系統(tǒng)停機(jī)和水流中斷，同時保持靈活性，以滿足各種污水排放需求。ABNR系統(tǒng)在三級水質(zhì)中達(dá)到最佳，將磷和氮回收到接近未檢測的水平。

關(guān)于戴維斯南部下水道地區(qū)

1959年，戴維斯縣將戴維斯南部下水道區(qū)作為一個獨(dú)立的特殊區(qū)域組織起來，為戴維斯縣南部提供污水處理服務(wù);由豐饒，森特維爾，北鹽湖，西龐特富，森林十字，和未合并的地區(qū)倫德巷南部組成。一個由七人組成的董事會管理這個地區(qū)。

該地區(qū)現(xiàn)有人口約95000人，擁有兩個污水處理廠:北廠位于博蒂富爾西部1200西側(cè)1800，南廠位于北鹽湖西中心街1380號。北方工廠每天可以處理多達(dá)1200萬加侖的廢水，而南方的工廠每天可以處理多達(dá)400萬加侖的水。除了污水處理廠外，該地區(qū)還擁有并運(yùn)營著由370英里的污水管道、8,565個檢修孔和10個升降機(jī)站組成的污水收集系統(tǒng)。

當(dāng)未來污水處理廠遇到美國宇航局，大名鼎鼎的NASA，會發(fā)生什么?下面帶領(lǐng)大家領(lǐng)略一下來自NASA污水處理黑科技 OMEGA 。OMEGA全稱Offshore Membrane Enclosures for Growing Algae，中文意思是“海上微藻(Microalgae)生長膜裝置”，名字有點(diǎn)怪怪的，嚴(yán)重懷疑是NASA的科學(xué)怪咖故意要把名字湊成Ω(OMEGA)活生生湊出來的。OMEGA是一項創(chuàng)新的黑科技，該技術(shù)可以同步實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能微藻培養(yǎng)、污水處理、碳捕獲三大目標(biāo)，在不需要占用寶貴的淡水資源、肥料和土地的前提下生產(chǎn)生物質(zhì)燃料!這怎么可能?來一起扒扒OMEGA的技術(shù)原理，系統(tǒng)構(gòu)成等等，看看NASA同行是不是在吹牛。

OMEGA主要由大規(guī)模的柔軟的透明塑料管(材質(zhì)為線型低密度聚乙烯，LLDPE)構(gòu)成，這種可以漂浮在海面上的塑料管稱之為光生物反應(yīng)器(Photobioreactor，PBR)，NASA同行將地球上生長最快的淡水微藻、生活污水和臭名昭著的溫室氣體CO2混合注入這些光生物反應(yīng)器。微藻利用陽光和污水中的營養(yǎng)元素及CO2生產(chǎn)可轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)燃料的生物質(zhì)、肥料以及動物食物，同時污水得到凈化，凈化后的污水通過正滲透作用排放到海水中。這些光生物反應(yīng)器甚至可以作為海洋生物棲息地用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，可謂一舉多得!

下面是OMEGA系統(tǒng)以及三大核心子系統(tǒng)示意圖，包括：

(1)OMEGA光生物反應(yīng)器管道;

(2)pH、DO、流量、溫度在線監(jiān)測系統(tǒng);

(3)氣體交換與微藻收割系統(tǒng)(GEHC)。

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(注意中間的螺旋翼，干什么的?螺旋輸送?NONONO!這個東西是為了讓微藻充分接觸陽光用的，什么原理?是不是有點(diǎn)管道混合器那種熟悉的感覺!)

(有沒有覺得哪里不對?來回憶一下流量計安裝口訣，跟我一起大聲讀，“前五后三”!“前五”做到了，“后三”呢?顯然NASA同行的老師只教了前兩個字!水處理工程師的飯碗不是搞宇宙飛船的NASAer們想搶就能搶的!)

作為OMEGA技術(shù)核心的光生物反應(yīng)器，也就是這些塑料袋，放在海水中能不能經(jīng)得起動物們折騰?NASA的科學(xué)怪咖們怎么能不借此機(jī)會折騰一下海洋動物們呢。他們從水上世界?馬戲團(tuán)?借來了海豹、海獅等高級實(shí)驗(yàn)員們對光生物反應(yīng)器開展了各種破壞性試驗(yàn)研究?？纯催@些認(rèn)真賣萌的動物實(shí)驗(yàn)員們!

(呆萌的海豹和海獅輪番上陣，有錢任性的NASA研究)

在這個看臉的時代，NASA不光聘用動物實(shí)驗(yàn)員賣萌，也會聘用美女研究員正兒八經(jīng)的做實(shí)驗(yàn)。讓偶們來看看NASA的美女同行們，是不是很專注?

你們都在看美女，但我們要關(guān)注的是美女手中給力的電動移液管，趕緊去萬能的某寶看看有木有同款，是不是比你的某寶爆款洗耳球給力多了?

言歸正傳，各位看官們要問了，看著這么高大上的技術(shù)，現(xiàn)在做到多大規(guī)模了，未來錢景如何?經(jīng)濟(jì)效益?社會效益?環(huán)境效益?來讓我們看看NASA項目的現(xiàn)場圖片，不多說，自己默默感受一下。

未來這些NASA的同行還有一個小目標(biāo)，他們要把污水處理+微藻生產(chǎn)+生物質(zhì)油提煉+海水養(yǎng)殖+光伏發(fā)電都結(jié)合起來，打造這樣一個屬于未來的污水處理工廠，來一起看看OMEGA未來工廠的效果圖，是不是很炫酷!

（來源：水世界訂閱號）