藻菌共生系統處理污水的研究進展

吳珈祺

（成都市第八中學 四川成都 610000）

引言

自20世紀中葉以來，由人為活動過多引起的地表水污染已對全球水資源可持續性和生態安全產生了嚴重威脅。中國的IV級地表水水質標準要求地表水（如湖泊和水庫）的總氮和總磷水平分別低于1.5和0.1mg/L，III級要求總氮和總磷分別小于1.0和0.05 mg/L。

傳統的地表水的處理工藝，去除速率較低，包括生態浮床（EFB）、人工濕地（CW），大型水生植物池塘等。EFB和CW的營養物去除性能在各季節波動很大，需要較長的保留時間，而功能性微生物生物通常無法滿足要求。相對較高的剩余營養物濃度不符合地表水質量標準，因此需要開發高效去除污染物的工藝。本文介紹藻菌共生系統的概念及污染物去除機制，為進一步開發附著的藻菌共生系統提供基礎和指導。

1 藻菌共生系統介紹

藻菌共生系統需要適當的載體和生物反應器維持系統的正常生長。具有粗糙表面或多孔結構的材料（例如棉片、玻璃纖維和尼龍網）可以有效促進藻菌共生體的附著。到目前為止，已經開發了幾種使用附著的藻菌共生體系的光生物反應器。

藻類草坪洗滌器（ATS）已成功應用于商業規模的河水、農業、水產養殖和生活污水處理。然而，藻類細菌生物質必須安裝在地表水的頂層，這限制了ATS的發展前景。對于螺旋狀生物反應器來說，獨特的螺旋結構可以在有限的空間內延長水與共生系統的接觸時間。然而，管道容易被生物量過度增長阻塞，這是該光生物反應器在長期和大規模應用中的主要缺點。

2 藻菌共生凈化污水機制

藻菌共生系統通過復雜的相互作用去除污染物，包括無機養分和金屬離子的吸收、硝化和反硝化、氨的揮發、厭氧氨氧化等。

2.1 藻菌共生系統去除氮素機制

同化是主要的無機氮去除機制。硝酸鹽或亞硝酸鹽被還原成氨氮，并進一步合成氨基酸，而氨氮可以被微藻直接同化。除了同化之外，還有氨的揮發、硝化和反硝化。硝化作用是將氨氧化成亞硝酸鹽，然后通過氨氧化細菌（AOB）、氨氧化古菌（AOA）和亞硝酸鹽氧化細菌（NOB）氧化成硝酸鹽。反硝化作用是將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，然后通過在水生環境中缺氧的條件下反硝化細菌來生成氮氣。厭氧氨氧化細菌和好氧反硝化細菌（ADB）在完全好氧或厭氧條件下能夠直接脫氮。此外，通過亞硝酸鹽的短程硝化和反硝化也可以有效脫氮。有機氮（如氨基酸和蛋白質）可以分解為氨，稱為氨化或礦化反應。

2.2 藻菌共生系統去除磷機制

磷在微藻和細菌的代謝中起關鍵作用，尤其是無機形式如磷酸二氫根和磷酸氫二根，它們可以通過磷酸化合成有機化合物（例如DNA、RNA、脂質等）。共生系統同化磷的很大一部分是從ADP產生ATP。一些種類的微藻和細菌可以吸收大量磷并將其儲存為細胞內多磷酸鹽。磷酸鹽可以形成羥基磷灰石，當pH值較高時，與鈣離子和鎂離子沉淀從廢水中去除，并通過與微藻或細菌分泌的細胞外多糖形成氫鍵進行表面吸附。

有機磷可以通過細菌分泌的細胞外酶水解成磷酸鹽，然后按照上述途徑去除。與無機形式相似，有機磷可以與胞外聚合物的官能團結合，吸附到藻菌共生體系上，然后進一步轉化。總體而言，藻菌共生體系提供了多種除磷途徑。

結語

藻菌共生體系去除污染物受到多種因素的影響，雖然這些方面都取得了相當大的進展，但仍然存在重大的實際挑戰。其中包括共生體組成的變化，系統性能控制不佳，以及地表水中普遍存在污染物濃度低和去除效率低的問題。基于藻菌共生體系的優勢和最近取得的進展，藻菌共生體系已成為從地表水中去除污染物的有效技術。