熊云武 林晓燕 郭跃华 杜林峰 李诗刚 赵亮 许建新 谢利华

摘要 介绍菌藻共生系统净化水质的机理和菌藻共生处理污水系统（固定化菌藻系统和着生藻类系统）的特点及存在的问题，并展望今后的发展趋势。

关键词 菌藻共生；污水；固定化菌藻；着生藻类

中图分类号 X52 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）04-0197-02

Research Progress of Bacterial-algal Symbiotic System for Sewage Purification

XIONG Yun-wu LIN Xiao-yan GUO Yue-hua DU Lin-feng * LI Shi-gang ZHAO Liang XU Jian-xin XIE Li-hua

（Shenzhen Techand Ecology & Environment Co.，Ltd.，Shenzhen Guangdong 518040）

Abstract The article introduced the sewage purification mechanism in the bacterial-algal symbiotic system.It also summarized the characteristics and problems of bacterial-algal symbiotic sewage purification system，such as immobilized bacteria-algae wastewater treatment system and periphyton wastewater treatment system. In the end，the author also looked into the future trends of its development.

Key words bacterial-algal symbiotic system；sewage；immobilized bacteria-algae；periphytic algae

随着经济、社会的不断发展，工业、生活污水大量排入水体，由于其中富含N、P等营养物质和重金属，最终使水体恶化。近年来，很多研究表明菌藻共生系统在污水处理方面潜力很大，利用藻类修复污染水体，可以有效降低污水中有机物、N、P的含量，出水可达到景观环境用水的水质标准，同时获得的藻类体粗蛋白含量高，可作为食品或高级饲料的原料，实现藻类生物量的资源化[1-4]。藻类不仅能吸收污水中的营养物质，而且对重金属也有良好的吸收、富集效应[5-10]。菌藻共生污水处理系统（固定化菌藻污水处理系统和着生藻类污水处理系统）不仅符合生态学的原理，而且可实现水资源化，具有环保意义。

1 菌藻共生系统净化水质的机理

结合细菌的污染物降解能力与藻类消减污水中N、P和摄取有机物功效，形成细菌和藻类复杂的共生系统。好氧菌将含碳有机物、含磷有机物分别降解为水和二氧化碳、正磷酸盐，将含氮有机物进行氨化、硝化，为藻类光合作用提供营养物质及碳源。同时，藻类光合作用释放出的氧气又可促进好氧菌的代谢。藻细胞以光能为能源，消耗污水中大量的N、P等营养物质，将无机物合成有机物，使水源得到净化[11]。藻类在进行光合作用的同时，使藻体、藻膜附近的pH值升高，从而促进水中磷酸根和钙离子形成羟基磷灰石沉淀，沉淀主要发生在藻体表面或藻生物膜上，从而实现P的去除；同时，pH值升高使NH4+-N挥发，增加TN的去除率[1，11-13]。

2 固定化菌藻污水处理系统

固定化菌藻是按照一定比例将藻类细胞和细菌细胞与固定化材料混合固化形成多孔隙凝胶，凝胶空隙用于菌藻细胞的生长繁殖，进而达到净化水质的目的。包埋采用的载体材料主要有海藻酸钠、海藻酸钙和聚乙烯醇（PVA）等[14-19]。与游离藻类相比，固定化使得微藻具有负荷能力强、藻细胞流失少、细胞密度高、反应速率快、运行稳定可靠、易于固液分离等特点，而包埋载体本身也具有一定吸收N、P的能力。而且，许多研究也表明，固定化菌藻对N、P的去除效果优于固定化细菌和固定化藻类[20-22]。在固定化菌藻中，脱氮的主要贡献者是细菌，而藻对除磷起了主要作用，为达到有效的脱氮除磷，藻菌比应大于2∶1[22-24]。

王 秀等[25]在自制的流化床光生物反应器中加入固定化藻菌小球处理饮料废水，结果COD、NH4+-N、BOD和PO43--P的去除率分别达91.8%、89.4%、72.1%和59.5%。潘 辉等[26]研究表明，固定化菌藻共生系统适于处理高有机负荷、低氮磷浓度的市政污水，且P的最高去除率可达到93.6%，NH4+-N的最高去除率可接近100%。

固定化菌藻系统虽然对污水的处理效果較好，藻体收获也比较简便，但是该技术成本较高，且固定化载体会限制光能的获得和物质的传递，微藻对N、P的吸收会受到多种因素的影响，固定化菌藻胶球容易开裂，这些不利因素在一定程度上影响了其大规模地应用到生产实践中，限制了其发展。

3 着生藻类污水处理系统

着生藻类（periphytic algae），又称周丛藻类，是附着在水体机制上生活的一些微型藻类[27]。其主要通过构建人工模拟生态系统实现水质的净化，目前研究应用较广的主要有藻从刷系统、着生藻类-生物膜系统2种类型。

3.1 藻从刷系统

藻从刷系统（algal turf scrubbers，ATS）的核心是模拟着生藻类自然环境中水质净化过程，在固定衬垫表面上接种丝藻属（Ulothrix sp.）、直链藻属（Melosira sp.）、鞘藻属（Oedogonium sp.）、微孢藻属（Microspora sp.）等着生藻类，构建着生藻类与真菌、细菌生态系统[28]。通过藻类和微生物的共同作用去除污水中的污染物。

目前，在養殖废水、生活污水等污水的控制中已经证实了ATS系统的脱氮除磷效果。Mulbry等[28]研究表明：采用以维利微孢藻、孤枝根枝藻等着生藻类为核心的ATS系统处理奶牛场废水，水力停留时间约60 d，TN和TP去除率可以达到70%～90%，运行费用较人工湿地处理工艺也有很大幅度降低。Westhead等[29]研究表明，接种丝状绿藻和鞘藻的ATS系统处理养牛场废水，水力停留时间为48 d，系统TN去除率达到90%以上、TP去除率达到68%～76%。Pizarro等[30]利用ATS系统处理养牛场厌氧发酵出水，着生藻类TN和TP吸收率分别达到61.6%和39.3%。但ATS系统处理污水如果想要效果良好，则要求其长度较长，这在一定程度上限制了其推广应用。

3.2 着生藻类-生物膜系统

着生藻类-生物膜系统（periphyton biofilm system，PBS）一般由着生藻类生物、人工浮床及生物膜组成，人工浮床漂浮在水体表面，生物膜填料固定在浮床上，着生藻类生长于浮床和填料表面，整个系统悬浮于水中。由于生物膜填料具有较大的比表面积，可以为着生藻类提供良好的附着表面，使其生物量大幅度提高，同时，PBS系统中生物膜的形成强化了微生物降解污染物的作用。

PBS系统中着生藻类与生物膜的联合应用，水质净化优势明显。雷国元等[31]将刚毛藻（Chadophorasle）与生物膜相结合组成藻膜系统，可以有效地降低模拟富营养化湖水（CODMn 11.0～15.0 mg/L、NH4+-N 8.0～12.0 mg/L、NO3--N 0.4～1.0 mg/L、TP 1.2～1.5 mg/L）中的CODMn、NH4+-N、TP，其去除率分别达50%、95%和98%。马沛明等[32]在实验室条件下研究了以巨颤藻（Oscillatoria princeps）占优势的藻类生物膜对人工合成污水、污水处理厂二级污水和富营养化湖水N、P的去除效果，结果表明：通过5 d的处理，藻类生物膜对人工合成污水、污水处理厂二级污水和富营养化湖水TN去除率分别为57.1%、94.5%和93.8%，对TP去除率分别为93%、73%和79%。

但是，PBS系统暂时还不能应用于采光较难的水体及深水区，此外，着生藻类在生物膜填料上的附着生长等问题，仍有待进一步研究。

4 结论与展望

我国水环境污染严重，利用藻类进行污水的处理，不仅可以改善环境，而且可以生产优良饲料，生态、经济及社会效益良好。利用菌藻共生系统净化水质，在污水深度处理方面具有巨大的优势，但无论是固定化菌藻污水处理系统还是着生藻类污水处理系统，仍存在以下问题需要进一步解决。

（1）固定化菌藻污水处理系统：①高效微生物的优选及活性保存技术的研究；②包埋工艺的改进；③廉价固定化载体的研制和开发；④固定化微生物反应器的开发研究；⑤固定化材料传质阻力问题的探索。

（2）着生藻类污水处理系统：①建立对污水长期性、持续性处理的系统；②解决污水处理过程中底栖动物潜在的牧食问题；③优化着生藻类水质净化工艺，开发占地少、动力消耗低的新系统。

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