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(gè)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(shì)

　　幾年前，當(dāng)我在一家鋼廠的污水廠工作時(shí)，我偶然發(fā)現(xiàn)了該廠設(shè)計(jì)者在20世紀(jì)60年代初起草的原始計(jì)劃。在詳細(xì)的圖紙旁邊是手寫的筆記，設(shè)計(jì)師在筆記中提到了推動(dòng)其建設(shè)的新法律，并發(fā)泄了他對(duì)企業(yè)不能再簡(jiǎn)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(guó)河流被定義為“好的”，在30個(gè)歐洲國(guó)家中，英國(guó)的沿海水質(zhì)排在第25位。隨著人們對(duì)環(huán)境問題的認(rèn)識(shí)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(gè)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(xiàng)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(xiǎn)。

　　它還依賴于價(jià)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(yíng)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(gè)原因。第一個(gè)問題是光線穿透的問題——將藻類放入管道中，陽(yáng)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(gè)足球場(chǎng)大小的區(qū)域，這對(duì)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(gè)問題——玻璃管，里面有藻類，外面有光——但是生物燃料的長(zhǎng)度和體積被證明太小，不適合實(shí)際使用。第二個(gè)問題是吸收速度，因?yàn)樵孱惪赡苄枰獛滋鞎r(shí)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(gè)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(duì)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(shí)間減少到6小時(shí)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(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在威塞克斯水公司的韋斯頓超級(jí)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(yíng)成本節(jié)省了50%，因?yàn)闆]有化學(xué)品可以購(gòu)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(shí)，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(gòu)買一套系統(tǒng)，而塞文·特倫特公司正在訂購(gòu)第一套系統(tǒng)。這與Ofwat希望水務(wù)公司在這個(gè)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(gè)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(shì)——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(gè)目標(biāo)之一，而且這項(xiàng)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(duì)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(shí)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(shí)動(dòng)態(tài)是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)的任務(wù)。

　　近日,中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所研究員宋立榮團(tuán)隊(duì)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(hào)的差異。結(jié)果表明偽空胞坍塌的微囊藻群體在此探測(cè)頻率下未能產(chǎn)生明顯的回聲信號(hào)，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(cè)均證實(shí)了利用水聲學(xué)技術(shù)監(jiān)測(cè)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(shí)監(jiān)測(cè)野外微囊藻的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化，為微囊藻等藍(lán)藻水華的預(yù)測(cè)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(guó)家自然科學(xué)基金和以色列科學(xué)基金(NSFC-ISF)國(guó)際合作項(xiàng)目、國(guó)家水專項(xiàng)等項(xiàng)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(dòng)地的大事業(yè)：本可導(dǎo)致富營(yíng)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(shí)凈化污水的“超級(jí)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(shí)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(dòng)了微藻污水處理的研發(fā)力度。但最終，NASA并沒有給OMEGA項(xiàng)目續(xù)約，Trent博士描繪的那幅整合了污水處理、可再生太陽(yáng)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(jí)模樣了。

　　曾被譽(yù)為未來生物質(zhì)超新星的微藻什么時(shí)候能夠兌現(xiàn)潛力？這個(gè)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(gè)行不通的辦法。”只有繼續(xù)埋首研究，不斷試錯(cuò)，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(jiǎn)稱MPBR）。有研究報(bào)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(duì)MPBR的運(yùn)行參數(shù)和表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估。這次研究使他們對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量和解讀有了新的認(rèn)識(shí)，其在IWA國(guó)際水協(xié)會(huì)期刊《Water Research》上發(fā)表了相關(guān)的研究成果。

　　生物質(zhì)測(cè)定哪種方法好?

　　對(duì)于MPBR的效率評(píng)估，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)五大方面進(jìn)行了考察，包括生物質(zhì)濃度、組成、產(chǎn)率、營(yíng)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(jì)數(shù)和稱重法是兩大測(cè)定方法，后者其實(shí)就是測(cè)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(jì)數(shù)本來就是傳統(tǒng)藻類反應(yīng)器生物質(zhì)的測(cè)定方法。澳大利亞團(tuán)隊(duì)這次研究的一大目的就是對(duì)比這兩種測(cè)定方法的優(yōu)劣。

　　流式細(xì)胞儀的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，非藻類物質(zhì)會(huì)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(duì)提出細(xì)胞計(jì)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(cè)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)除了細(xì)胞計(jì)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(gè)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(duì)首次提出用毛細(xì)吸水時(shí)間(CST)作為評(píng)估MPBR分離采收潛力的指示因子。

　　除了CST，他們還對(duì)絮體尺寸和分形維數(shù)兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。如下圖所示，左圖的三個(gè)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(zhǎng)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(cè)，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(cè)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(yíng)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(yíng)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(duì)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(duì)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(jì)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(zhǎng)，活性更高，異養(yǎng)培養(yǎng)基更少；然而延長(zhǎng)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(duì)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(duì)的這次研究對(duì)MPBR的表現(xiàn)做了一個(gè)系統(tǒng)性評(píng)估，并且對(duì)如何優(yōu)化運(yùn)行效率有了新的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)，尤其是對(duì)不同的HRT和SRT的應(yīng)用：如果要提高藻類細(xì)胞的生長(zhǎng)速度，并降低對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的要求，可以采用更低的HRT和SRT；延長(zhǎng)HRT和SRT會(huì)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(jì)數(shù)/MLSS等新參數(shù)，也將幫助其他研究人員更好地評(píng)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(chǎng)需求，我國(guó)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(jiǎn)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(dòng)物代謝排放和餌料殘余所導(dǎo)致。通過對(duì)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(yíng)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(dòng)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(duì)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(huì)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(yáng)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(yǔ)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(jí)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(chǎng)需求，我國(guó)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(jiǎn)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(dòng)物代謝排放和餌料殘余所導(dǎo)致。通過對(duì)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(yíng)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(dòng)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(duì)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(huì)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(yáng)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(jí)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(zhǎng)在水體的藍(lán)藻產(chǎn)生的毒素。它對(duì)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(duì)人類及動(dòng)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(dòng)物的生殖系統(tǒng)， MCS也可能通過沖破血腦屏障,?對(duì)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(duì)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(guó)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(duì)比發(fā)現(xiàn)深度處理工藝對(duì)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。

參考文獻(xiàn)：

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國(guó)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(huì)(藻類生物質(zhì)峰會(huì))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(yíng)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(xiàng)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(gè)里程碑。目前的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)表明，隨著美國(guó)各地的設(shè)施升級(jí)以符合美國(guó)《清潔水法》(Clean Water Act)的要求，未來可能會(huì)有更多類似的項(xiàng)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(gè)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(guó)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(guó)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(huì)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(jí)的處理，接著通過德國(guó)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(yíng)養(yǎng)恢復(fù)ABNR系統(tǒng)）、磷酸鹽水平通常低于檢測(cè)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消除費(fèi)用。

這個(gè)項(xiàng)目展示了營(yíng)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(xiàng)目現(xiàn)在可以成為收入來源，同時(shí)實(shí)施可持續(xù)的解決方案，解決全國(guó)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(huì)被劃傷，而且隨著時(shí)間的推移會(huì)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(zhǎng)。隨著時(shí)間的推移，過度爆嗮使塑料變得不透明，限制了藻類生長(zhǎng)所需的光合作用效率。然而，玻璃對(duì)劃痕有抵抗力，而且不會(huì)溶化，這意味著它比塑料壽命長(zhǎng)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(gè)小組會(huì)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(huì)已經(jīng)于10月29日至11月1日在猶他州鹽湖城的美國(guó)大酒店舉行（美國(guó)大酒店位于鹽湖城，是家5星級(jí)酒店）。

SCHOTT (schott.com)是專業(yè)玻璃和玻璃陶瓷領(lǐng)域領(lǐng)先的國(guó)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(zhǎng)，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(dòng)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(gè)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(gè)國(guó)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(cái)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(yíng)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(shí)減少其他有害污染物的先進(jìn)技術(shù)。

作為一個(gè)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(shí)保持靈活性，以滿足各種污水排放需求。ABNR系統(tǒng)在三級(jí)水質(zhì)中達(dá)到最佳，將磷和氮回收到接近未檢測(cè)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(gè)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(gè)由七人組成的董事會(huì)管理這個(gè)地區(qū)。

該地區(qū)現(xiàn)有人口約95000人，擁有兩個(gè)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(hào)。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(yíng)著由370英里的污水管道、8,565個(gè)檢修孔和10個(gè)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(guó)宇航局，大名鼎鼎的NASA，會(huì)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(zhǎng)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(xiàng)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(zhǎng)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(yáng)光和污水中的營(yíng)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(dòng)物食物，同時(shí)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(cè)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(gè)東西是為了讓微藻充分接觸陽(yáng)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(duì)?來回憶一下流量計(jì)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(gè)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(dòng)物們折騰?NASA的科學(xué)怪咖們?cè)趺茨懿唤璐藱C(jī)會(huì)折騰一下海洋動(dòng)物們呢。他們從水上世界?馬戲團(tuán)?借來了海豹、海獅等高級(jí)實(shí)驗(yàn)員們對(duì)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(dòng)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(gè)看臉的時(shí)代，NASA不光聘用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)員賣萌，也會(huì)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(dòng)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(huì)效益?環(huán)境效益?來讓我們看看NASA項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)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(gè)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(gè)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(hào)）

國(guó)家“十二五”重大水專項(xiàng)“湖蕩濕地重建與生態(tài)修復(fù)技術(shù)及工程示范課題”子課題之一的“西湖水質(zhì)提升和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換項(xiàng)目”，日前順利通過示范工程第三方評(píng)估，獲得評(píng)估專家的一致高度評(píng)價(jià)。

該項(xiàng)目是西湖風(fēng)景名勝區(qū)管理委員會(huì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所、上海交通大學(xué)、浙江省水利河口研究院等國(guó)內(nèi)水環(huán)境治理科研力量實(shí)施的一項(xiàng)系統(tǒng)生態(tài)技術(shù)工程項(xiàng)目，也是西湖綜合保護(hù)工程重點(diǎn)項(xiàng)目，旨在進(jìn)一步全面提高西湖的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，提高外湖引水流場(chǎng)均勻度、解決大規(guī)模引水降氮、遏制春季清水型藻類暴發(fā)、實(shí)現(xiàn)大面積沉水植物穩(wěn)定擴(kuò)繁。

該項(xiàng)目起止年限為2012年1月至2016年6月。其中，針對(duì)制約西湖水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步提升的難點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和集成，并相應(yīng)實(shí)施了兩項(xiàng)示范工程：錢塘江大規(guī)模引水高效降氮示范工程和西湖水生態(tài)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換和流場(chǎng)優(yōu)化示范工程。

歷時(shí)4年的不懈努力，錢塘江大規(guī)模引水高效降氮示范工程正式運(yùn)行以來，出水總氮穩(wěn)定低于1.5毫克/升，平均降氮率在40%以上，年削減入西湖總氮量達(dá)18噸，為西湖水質(zhì)全面提升創(chuàng)造有利條件。

西湖水生態(tài)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換和流場(chǎng)優(yōu)化示范工程則經(jīng)過半年多的運(yùn)行，已達(dá)到預(yù)期目標(biāo)：湖西區(qū)和小南湖示范區(qū)內(nèi)形成了沉水植物群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化、生物多樣性高的良好水生態(tài)系統(tǒng)格局，示范區(qū)沉水植物恢復(fù)面積達(dá)30%以上，漂浮的著生藻類明顯減少，水體透明度提高；外湖流場(chǎng)優(yōu)化示范區(qū)的引水和出水流量均已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，其間出水水量穩(wěn)定在7萬立方米/天，示范區(qū)流速得到明顯改善，總磷、總氮、葉綠素A指標(biāo)改善率達(dá)20%以上，死水區(qū)面積控制在15%以下。

據(jù)了解，西湖通過“十一五”和“十二五”水專項(xiàng)示范工程的相繼實(shí)施，逐步建立了趨向穩(wěn)定健康的湖泊生態(tài)系統(tǒng)，西湖自我維持、自我修復(fù)的能力逐漸強(qiáng)大。2015年西湖主湖區(qū)年均透明度達(dá)到84.2厘米，創(chuàng)歷史新高。