菌藻共生系統(tǒng)去除污水中氮磷的研究進展

王欣，徐雪婧

（中國電建集團江西省電力設(shè)計院有限公司，江西 南昌 330031）

水污染作為環(huán)境污染的組成部分，依然沒有得到很好的控制。傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)主要有物理法、化學(xué)法和生物法。物理法和化學(xué)法可以有效去除污水中的顆粒污染物，但是處理成本比較高，并且容易引發(fā)二次污染[1]，而生物法對于污水中氮磷污染物去除效果差，傳統(tǒng)的污水處理法都存在著各種局限。在此背景下，藻類因生長速度快、光合作用、成本低等優(yōu)點逐步進入到污水處理技術(shù)這一行。劉一萱[2]利用藻類連續(xù)光反應(yīng)器來處理城市生活污水，探究最佳連續(xù)運行的條件；劉斌[3]利用優(yōu)勢微藻處理人工模擬二級出水和實際二級出水，分別對這兩種水源氮磷的去除效果進行分析，并研究了微藻各自的生長情況。

1 菌藻共生系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

菌藻共生系統(tǒng)是指將藻類去除和細菌降解結(jié)合的污水處理技術(shù)，是水體自凈的過程。菌藻之間既有促進關(guān)系，又有抑制關(guān)系。促進關(guān)系主要表現(xiàn)在兩者是互利共生的，微生物可以通過代謝作用將污水中的有機物降解，生成的CO2可以供給藻類進行光合作用，并為藻類提供生長所需要的碳源和營養(yǎng)物質(zhì)；抑制關(guān)系主要體現(xiàn)在對營養(yǎng)物質(zhì)的競爭，當菌藻生活在低營養(yǎng)物質(zhì)的環(huán)境中，藻類會釋放出毒素來抑制細菌的生長，同樣細菌也會釋放毒素來抑制藻類的生長甚至使得藻細胞死亡[4]。

菌藻共生系統(tǒng)主要分為懸浮化和固定化。固定化技術(shù)是指將細菌和藻類通過物理化學(xué)等手段與載體相結(jié)合，并限制使用在特地的空間范圍內(nèi)，主要包括包埋法和吸附法。包埋法是指以凝膠體作為載體來限制細胞的流動，使得細胞滲透進入孔隙內(nèi)部[5]，達到固定細胞的目的。常用的凝膠體材料有瓊脂、藻酸鹽、環(huán)氧樹脂等。吸附法是指利用物理吸附、化學(xué)結(jié)合等方法，將細胞固定在載體上，吸附法成本較低且較為簡單，但由于吸附法吸附的藻細胞容易脫落，穩(wěn)定性較差，因此包埋法得到了更好的推廣應(yīng)用。

2 菌藻共生系統(tǒng)的影響因素

2.1 光照的影響

由于藻類是光合自養(yǎng)型生物，光照無疑是其重要的環(huán)境影響因子，而藻類正是通過光合作用產(chǎn)生氧氣并供給好氧異養(yǎng)微生物，并進行一系列的代謝活動。王振威[6]等研究不同光照時間對水處理效能的影響，實驗結(jié)果表明光照時間為8 h 時，對氨氮的去除率高達91.07%，且污泥的活性和沉降性能較為良好。李竺芯[7]等運用單因素試驗方法探究光照對菌藻共生系統(tǒng)去除氮的效能，在不同光照強度和不同光照時間的實驗條件下，試驗結(jié)果表明在光暗對比為12h∶12h、光照強度為4 000 lux 的條件下，菌藻共生系統(tǒng)對氨氮的去除率高達95.45%。潘輝[8]等研究不同的光照介質(zhì)對菌藻反應(yīng)器脫氮除磷效率的影響，采用二極管光源和日光燈光源作為影響因素，結(jié)果表明在短時間內(nèi)（24～48 h），兩種光源對氮磷的去除效果不相上下，但在36 h 后，日光燈對氨氮的去除率遠大于二極管的去除率。

2.2 污泥停留時間的影響

序批式活性污泥系統(tǒng)（SBR）是一種較為成熟的污水處理工藝，且運用廣泛，菌藻共生通常需要SBR 作為反應(yīng)器。而SBR 工藝存在污泥不易沉降、污泥膨脹等不良現(xiàn)象，而污泥停留時間對SBR 處理污水效能具有較大的影響。TANG[9]等發(fā)現(xiàn)污泥停留時間縮短為原來的1/10 時，藻類的質(zhì)量濃度降至0.061 g·L-1，導(dǎo)致了藻類的流失，從而引起菌藻共生系統(tǒng)去除效率降低。孫霓[10]等在控制其他參數(shù)不變的前提下，改變污泥停留時間，探討對菌藻共生系統(tǒng)水處理效能的影響，當污泥停留時間為10 d 時，檢驗出溶液中的葉綠素a 含量降低，這說明了藻類在大量的流失；當污泥停留時間為25 d 時，出水后的氮磷去除率高，且藻類穩(wěn)定沒有較大流失，菌藻共生體的絮凝效果好；當污泥停留時間為50 d 時，出水后的水質(zhì)差，且系統(tǒng)不穩(wěn)定。

2.3 pH 值的影響

李飛[11]等指出藻類更加偏好于中性而非堿性條件，這可能與藻類的生長過程相關(guān)。藻類在生長時，需要吸收CO2，對應(yīng)的pH 也會升高，通常情況下當pH 值大于8.5～9 時，對藻類的生長是有害的[12]。張奇[13]等指出在pH 為9.0 時，小球藻的生長量達到最高，為2.5×107個·mL-1；在pH 大于11.0時小球藻生長速度減緩，甚至出現(xiàn)了死亡現(xiàn)象。薄香蘭[14]等發(fā)現(xiàn)當pH 為9.0 時，溶液中的葉綠素a含量和藻細胞密度最低；當pH 為7.0 時，葉綠素a含量達到1 613.05 μg·L-1，藻細胞密度達到1.13×107cells·mL-1。要實現(xiàn)高效率的菌藻共生處理污水，就要從控制影響因素出發(fā)，找到適宜生長的pH 值，使得藻細胞密度呈現(xiàn)出上升的趨勢。

2.4 營養(yǎng)物質(zhì)的影響

營養(yǎng)物質(zhì)在菌藻共生系統(tǒng)中作為必不缺少的一部分，其濃度以及組成對菌、藻的生長和發(fā)育有著重要的作用，進而影響整個系統(tǒng)的水處理效能。劉祥[15]等探討了在不同營養(yǎng)模式下藻類對氨氮的去除效果，試驗結(jié)果表明在自養(yǎng)和異養(yǎng)模式下，氨氮的去除率分別達到了98%和53%；在混養(yǎng)模式下，最大去除率降至86%。王曉昌[16]等研究了在低磷質(zhì)量濃度下小球藻的生長狀況，結(jié)果表明P 質(zhì)量濃度為0.4 mg·L-1時，小球藻的生長狀況達到最好，其生物量維持在3×106～7×106cell·L-1；在P 質(zhì)量濃度小于0.4 mg·L-1時，小球藻的生長不明顯；在P 質(zhì)量濃度大于0.4 mg·L-1時，小球藻同時受到氮和磷濃度的影響。魏東[17]等就優(yōu)化營養(yǎng)方式來促進小球藻中葉綠素的產(chǎn)生，在結(jié)合了營養(yǎng)方式以及培養(yǎng)條件的前提下，得出在葡萄糖質(zhì)量濃度為50 g·L-1、硝酸鈉質(zhì)量濃度為3.75 g·L-1，并將小球藻置于異養(yǎng)的條件下培養(yǎng)4 天，達到了21.31 g·L-1的高生物量濃度。

2.5 溫度的影響

孫凡蛟[18]等指出溫度可以通過影響酶的活性、營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用等進而影響藻類的生長發(fā)育。何振平[19]等比較了不同溫度對藻類的生長狀況的影響，試驗結(jié)果表明藻類對溫度適應(yīng)的范圍比較廣，主要體現(xiàn)在10～30 ℃時藻類可以生長，24～28 ℃為藻類生長的最適宜溫度。蕭銘明[20]等通過單因子試驗，研究了藻類在不同的溫度下對廢水氮磷的去除效果，結(jié)果表明，溫度在30 ℃時，藻類對廢水中總氮和總磷的去除率最高，分別為38.0%和59.0%。不同藻類都有其最適宜的溫度生長繁殖，超出其適宜的溫度范圍，藻類就會生長緩慢甚至是死亡。此外，光照的條件變化對溫度也有一定的影響。

2.6 鹽度的影響

鹽度對藻類的生長及污水處理效能也有影響。張奇[13]研究了鹽度對小球藻生長量和溶氧量的影響，初步得出小球藻對鹽度的變化具有一定的適應(yīng)性，在鹽度為25 時藻類的溶解量和生長量為最大。LIU[21]等研究了藻類在不同鹽度的影響下對市政廢水的去除效果，實驗結(jié)果表明鹽度為3×10-11時，藻類的生長量達到最大，且對硝態(tài)氮、氨氮以及磷的去除率分別達到100%、75.5%和63.5%。

3 結(jié)語與展望

菌藻共生系統(tǒng)的固定化技術(shù)不僅可以減少藻類的流失，還能填補藻類在光照上接收的不足，從而促進藻類的生長發(fā)育，進一步提高了污水去除效果。菌藻共生系統(tǒng)在運行時，會受到多種因素的影響，如光照時間和光照強度、pH 值、溫度、營養(yǎng)物質(zhì)等，要想使得系統(tǒng)達到最佳的運行狀態(tài)，可以通過單因素法進行剖析，將影響因素控制在最佳范圍內(nèi)。

菌藻共生技術(shù)在污水處理方面具有較好的前景，但如何進一步提高去除效率仍然是個大難題，在今后的研究工作中，應(yīng)該重點關(guān)注菌藻反應(yīng)器的關(guān)鍵影響因子，并且結(jié)合多種因素考慮。此外，藻類的回收利用也是研究重點之一，實現(xiàn)資源持續(xù)性發(fā)展，充分開發(fā)藻類的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。