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1、微藻污水处理与生物质能耦合技术综述摘要：指出了微藻具有生产周期短、生物质营养丰富、吸收水中的氮、磷和大气中的二氧化碳等优点，是污水处理与生物质能耦合技术的不二选择。介绍了微藻在污水处理中的工作机理和微藻作为生物质能原料的原理和主要工艺过程，分析了微藻在污水处理和生物质能耦合上的可能性和存在的问题，对微藻污水处理与生物质能技术进行了综述。关键词：微藻;生物质能;脱氮除磷;耦合技术收稿日期：2011-08-29作者简介：傅晓娜(1988—),女，四川成都人，四川大学建筑与环境学院环境工程专业硕士研究生。通讯作者：姚刚(1957-),男
2、，河南商城人，德籍华人，高级研究员，客座教授，博士生导师，主要从事环境工程各方向和环境管理方面的研究工作。中图分类号：X701文献标识码：A文章编号：1674-9944(2011)11-0100-051引言水资源危机是指淡水消耗量超过可用淡水资源量的20%,而事实上,全球的淡水消耗量在1995年就已经超过20%,达到了27%~30%。我国人口众多，水资源匮乏,用水需求旺盛，但水体污染严重，尤其是氮、磷等化学物质排放到水体，引起藻类异常繁殖，造成水质富营养化问题，长期不能得到有效解决。与此同时，全球40%的人口严重缺水，水资源的可持
3、续利用问题迫在眉睫。经过净化处理的可再生水可用作于城市和农村的非饮用水,如灌溉用水、景观用水，部分还可作为工业用水,不失为解决水资源紧张问题的新途径。因此，开发利用高效、低成本的水质深度处理技术，是解决水资源危机的重要手段之一。早在20世纪50年代,Oswald和Gotaas就提出利用微藻处理污水的想法。近几年来，国内外对进一步发挥藻类净化污水的潜力进行了大量研究，在藻类净化污水的机理研究方面取得了很大进展［1］。与传统方法相比，利用藻类处理污水可以克服传统污水处理方法易引起的二次污染、潜在营养物质丢失、资源不能完全利用等弊端,同
4、时能够有效去除造成水体富营养化的氮、磷等营养物质，具有广阔的应用前景。利用微藻产油作为生物柴油来源的构想，早在1980年就有相关学者提出，但并未受到重视。直到近年来因原油价格的攀升，开发再生能源的意识逐渐提高,微藻生物质能有着能源密度高、易储运、含硫低等优点，可以直接作为民用燃料和内燃机燃料，以微藻生产生物柴油的想法受到各界关注。2微藻污水处理技术2.1微藻对氮、磷的去除原理中国湖泊的富营养化问题严重,巢湖、太湖、滇池等几大湖泊中氮磷含量较高，造成硅藻、蓝藻、绿藻等藻类大量繁殖，不仅会使水中溶解氧降低，而且藻类释放的藻毒素亦会影响
5、水生生物的生长繁衍。但同时微藻可以用来去除污水中的氮、磷等营养物质，并以有机物的形式将其储存在藻细胞中［2］。微藻细胞利用二氧化碳和碳酸盐等作为碳源，通过光合作用进行自养生长,水中的氨氮、硝态氮和亚硝态氮等无机氮和各类有机氮便合成藻体氨基酸和蛋白质等必须营养物质。水中的磷可直接被藻细胞吸收,并通过多种磷酸化途径转化成ATP、磷脂等有机物（图1）。图1微藻对氮、磷的吸收原理示意同时，微藻的光合作用造成水体pH值升高，导致正磷酸盐和NH3•H2O分别通过形成沉淀和挥发的形式去除，从而间接去除氮磷。此外，微藻光合作用形成的高
6、pH值，也可起到一定的消毒作用［3］o2.2微藻对重金属的去除原理重金属种类较多，具有微量、稳定、毒性大等特点，通过食物链在生物体内富集，不仅会危害水生生物的生长繁衍，也是造成多种人体疾病的罪魁祸首,是潜在危害性最大的水体污染物之一［4］。可通过各种水生植物和微生物，尤其是微藻细胞的生物吸附、积累、排泄、净化4个步骤来去除重金属。微藻细胞对中重金属的吸收是包含了物理、化学、生物反应和各种机理的复杂过程。根据该过程是否消耗能量，微藻对重金属的吸收方式可分为主动和被动吸收两种方式，前者是指新陈代谢的藻类与金属之间的相互作用，重金属离子
7、通过主动运输的方式被吸收到微藻细胞内，吸收速度慢，持续时间长，不可逆,需要细胞新陈代谢提供能量;后者则是通过物理和化学反应将重金属离子吸引到微藻细胞表面，吸附速度慢，持续时间短，可逆，不需要能量［5］。微藻细胞壁的组成对重金属离子的吸收起决定作用。微藻的细胞壁是由多糖、蛋白质、脂质组成，因此它具有很高的黏度和较大的表面积且呈负电性。这些组成陈分包含了许多容易和重金属离子结合的基团，如竣基，酰胺基，轻基，硫代醇,硫代醴，咪瞠，磷基，硫基等。其次,微藻细胞膜具有高选择性和半透性，这对生物吸附吸收重金属的效率有决定性作用。目前被广泛接受
8、的微藻对重金属的吸收机理主要有表面络合,离子交换，氧化还原，微沉降等。3微藻生物质能源生产技术微藻细胞的主要化学成分是脂类、纤维素、木质素和蛋白质等，其中脂类是制备生物质燃料的主要成分。生长在海水中的绿藻，能积累大量游离的甘油以平衡环境中的盐浓度，
