基于微藻细胞培养的水质深度净化与高价值生物质生产耦合技术

《基于微藻细胞培养的水质深度净化与高价值生物质生产耦合技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、生态环境学报2009,18(3):1122-1127http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci.com基于微藻细胞培养的水质深度净化与高价值生物质生产耦合技术*胡洪营，李鑫，杨佳清华大学环境科学与工程系//环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京100084摘要：水资源和能源危机是21世纪人类面临的重大挑战。开发高效的氮磷控制技术以及寻找可持续再生、环境友好的新型能源是解决这些挑战的有效手段。微藻培养技术的出现，为水质深度净化、氮磷高效

2、去除和生物能源生产提供了可能。总结了微藻培养技术在污水处理中作为三级处理单元深度净化水质、去除氮磷的应用，并分析了大规模培养微藻以获得生物能源的研究现状。在此基础上，提出了将污水处理工艺和生产工艺耦合的理念，以污水为资源，实现污水处理系统从“处理工艺”向“生产工艺”的转化，在深度净化污水的同时，以污水为原料获取“新”资源和“新”能源，为缓解当前资源匮乏、能源紧缺的形势提供可能的解决途径。在未来资源和能源愈加紧张的严峻形势下，基于微藻细胞培养的水质深度净化与高价值生物质生产耦合技术具有广阔的发展前景。关键词：水资源危机；能源危机；微藻；光生

3、物反应器；水质深度净化；生物能源中图分类号：X17文献标识码：A文章编号：1674-5906（2009）03-1122-06水资源危机是21世纪人类面临的最大挑战之1基于微藻培养的氮磷去除技术一。随着人类经济活动的发展，氮磷等营养物质大控制氮磷进入水体，是防止水体富营养化的根量排入水体，引起水体富营养化，导致藻类异常繁本措施。国内外大量研究表明，常规污水生物处理殖和水质恶化。与此同时，全球40%的国家与地区工艺虽然能够去除污水中大部分有机和无机污染[9-10]面临着缺水问题，水资源的可持续利用迫在眉睫。物，但对氮磷营养物质的去除效果较差。

4、化学利用再生水作为城市第二水源为解决城市水资源法的除磷效果良好，但化学药剂成本高，产生的污[1][11]的紧缺问题提供了一条新途径，但再生水中较高泥难以处理。自从Oswald在1958年提出利用藻含量的氮磷容易引起浅水型景观水体的富营养化，细胞去除氮磷的概念以来，基于藻细胞培养的污水[2-3][12-13]影响再生水的景观利用。因此，开发高效、低成处理技术有了快速发展，高效藻类塘（Highrate本的水质深度净化技术，是解决当前水资源危机的algalpond,HRAP）和藻细胞光生物反应器（Algal重要手段之一。Photobioreac

5、or,APBR）等微藻培养装置相继出现，近年来世界范围内的人口增长与工业发展，带并逐步走向应用。来了资源与能源过度消耗、面临枯竭的困境。预计1.1微藻去除氮磷的机理-12010年全球的能源缺口为403EJ·a，2020年将达微藻在污水深度处理中去除氮磷的机理包括-1到488EJ·a，而目前新能源的开发利用尚不到缺口直接作用和间接作用（图1）。微藻细胞能利用水体[4]的10%。另一方面，化石能源的燃烧加剧了温室中多种无机氮和有机氮化合物作为氮源,利用二氧气体的排放。自20世纪50年代起，CO2浓度水平化碳和碳酸盐作为碳源，进行光能自养生长。

6、被藻[5]和全球温度都有了明显的升高。因此，寻找可持细胞吸收的硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐可以用于氨基续再生、环境友好的新型能源势在必行。酸和蛋白质等物质的合成；水中的磷可直接被藻细微藻具有生长速率快、收获时期短、光合利用胞吸收,并通过多种磷酸化途径转化成ATP、磷脂等效率高等特点，每年固定的CO2大约占全球净光合有机物。同时，微藻的光合作用造成水体pH值升[6]产量的40%，是目前所知的唯一可能代替化石能高，导致正磷酸盐和NH3·H2O分别通过形成沉淀和[7][14-16]源的原料。同时，微藻生长过程中会吸收大量氮挥发的形式去除，从而间接去除

7、氮磷。此外，[8]磷，可作为污水厂三级处理单元深度净化污水。微藻光合作用形成的高pH值，也可起到一定的消[17]正是结合了上述优势，近年来微藻技术的应用引起毒作用。了越来越多的关注。因此，基于光合作用，微藻细胞可以用来去除基金项目：国家杰出青年科学基金项目（50825801）；国家“十一五”科技支撑计划基金项目（2007BAC22B02）作者简介：胡洪营（1963年生），男，教授，博士，博士生导师，主要研究方向为环境生物技术。*通讯作者，E-mail:hyhu@tsinghua.edu.cn收稿日期：2009-03-25胡洪营等：基于微藻

8、细胞培养的水质深度净化与高价值生物质生产耦合技术1123污水已经成为污水处理中的重要研究方向。在李鑫[38]等人对栅藻LX1去除氮磷的研究中，固定初始-1TP质量浓度为1.30mg·L时，培养