菌藻共生系统去除污水中氮磷的研究进展

王欣，徐雪婧

（中国电建集团江西省电力设计院有限公司，江西 南昌 330031）

水污染作为环境污染的组成部分，依然没有得到很好的控制。传统的污水处理技术主要有物理法、化学法和生物法。物理法和化学法可以有效去除污水中的颗粒污染物，但是处理成本比较高，并且容易引发二次污染[1]，而生物法对于污水中氮磷污染物去除效果差，传统的污水处理法都存在着各种局限。在此背景下，藻类因生长速度快、光合作用、成本低等优点逐步进入到污水处理技术这一行。刘一萱[2]利用藻类连续光反应器来处理城市生活污水，探究最佳连续运行的条件；刘斌[3]利用优势微藻处理人工模拟二级出水和实际二级出水，分别对这两种水源氮磷的去除效果进行分析，并研究了微藻各自的生长情况。

1 菌藻共生系统的研究现状

菌藻共生系统是指将藻类去除和细菌降解结合的污水处理技术，是水体自净的过程。菌藻之间既有促进关系，又有抑制关系。促进关系主要表现在两者是互利共生的，微生物可以通过代谢作用将污水中的有机物降解，生成的CO2可以供给藻类进行光合作用，并为藻类提供生长所需要的碳源和营养物质；抑制关系主要体现在对营养物质的竞争，当菌藻生活在低营养物质的环境中，藻类会释放出毒素来抑制细菌的生长，同样细菌也会释放毒素来抑制藻类的生长甚至使得藻细胞死亡[4]。

菌藻共生系统主要分为悬浮化和固定化。固定化技术是指将细菌和藻类通过物理化学等手段与载体相结合，并限制使用在特地的空间范围内，主要包括包埋法和吸附法。包埋法是指以凝胶体作为载体来限制细胞的流动，使得细胞渗透进入孔隙内部[5]，达到固定细胞的目的。常用的凝胶体材料有琼脂、藻酸盐、环氧树脂等。吸附法是指利用物理吸附、化学结合等方法，将细胞固定在载体上，吸附法成本较低且较为简单，但由于吸附法吸附的藻细胞容易脱落，稳定性较差，因此包埋法得到了更好的推广应用。

2 菌藻共生系统的影响因素

2.1 光照的影响

由于藻类是光合自养型生物，光照无疑是其重要的环境影响因子，而藻类正是通过光合作用产生氧气并供给好氧异养微生物，并进行一系列的代谢活动。王振威[6]等研究不同光照时间对水处理效能的影响，实验结果表明光照时间为8 h 时，对氨氮的去除率高达91.07%，且污泥的活性和沉降性能较为良好。李竺芯[7]等运用单因素试验方法探究光照对菌藻共生系统去除氮的效能，在不同光照强度和不同光照时间的实验条件下，试验结果表明在光暗对比为12h∶12h、光照强度为4 000 lux 的条件下，菌藻共生系统对氨氮的去除率高达95.45%。潘辉[8]等研究不同的光照介质对菌藻反应器脱氮除磷效率的影响，采用二极管光源和日光灯光源作为影响因素，结果表明在短时间内（24～48 h），两种光源对氮磷的去除效果不相上下，但在36 h 后，日光灯对氨氮的去除率远大于二极管的去除率。

2.2 污泥停留时间的影响

序批式活性污泥系统（SBR）是一种较为成熟的污水处理工艺，且运用广泛，菌藻共生通常需要SBR 作为反应器。而SBR 工艺存在污泥不易沉降、污泥膨胀等不良现象，而污泥停留时间对SBR 处理污水效能具有较大的影响。TANG[9]等发现污泥停留时间缩短为原来的1/10 时，藻类的质量浓度降至0.061 g·L-1，导致了藻类的流失，从而引起菌藻共生系统去除效率降低。孙霓[10]等在控制其他参数不变的前提下，改变污泥停留时间，探讨对菌藻共生系统水处理效能的影响，当污泥停留时间为10 d 时，检验出溶液中的叶绿素a 含量降低，这说明了藻类在大量的流失；当污泥停留时间为25 d 时，出水后的氮磷去除率高，且藻类稳定没有较大流失，菌藻共生体的絮凝效果好；当污泥停留时间为50 d 时，出水后的水质差，且系统不稳定。

2.3 pH 值的影响

李飞[11]等指出藻类更加偏好于中性而非碱性条件，这可能与藻类的生长过程相关。藻类在生长时，需要吸收CO2，对应的pH 也会升高，通常情况下当pH 值大于8.5～9 时，对藻类的生长是有害的[12]。张奇[13]等指出在pH 为9.0 时，小球藻的生长量达到最高，为2.5×107个·mL-1；在pH 大于11.0时小球藻生长速度减缓，甚至出现了死亡现象。薄香兰[14]等发现当pH 为9.0 时，溶液中的叶绿素a含量和藻细胞密度最低；当pH 为7.0 时，叶绿素a含量达到1 613.05 μg·L-1，藻细胞密度达到1.13×107cells·mL-1。要实现高效率的菌藻共生处理污水，就要从控制影响因素出发，找到适宜生长的pH 值，使得藻细胞密度呈现出上升的趋势。

2.4 营养物质的影响

营养物质在菌藻共生系统中作为必不缺少的一部分，其浓度以及组成对菌、藻的生长和发育有着重要的作用，进而影响整个系统的水处理效能。刘祥[15]等探讨了在不同营养模式下藻类对氨氮的去除效果，试验结果表明在自养和异养模式下，氨氮的去除率分别达到了98%和53%；在混养模式下，最大去除率降至86%。王晓昌[16]等研究了在低磷质量浓度下小球藻的生长状况，结果表明P 质量浓度为0.4 mg·L-1时，小球藻的生长状况达到最好，其生物量维持在3×106～7×106cell·L-1；在P 质量浓度小于0.4 mg·L-1时，小球藻的生长不明显；在P 质量浓度大于0.4 mg·L-1时，小球藻同时受到氮和磷浓度的影响。魏东[17]等就优化营养方式来促进小球藻中叶绿素的产生，在结合了营养方式以及培养条件的前提下，得出在葡萄糖质量浓度为50 g·L-1、硝酸钠质量浓度为3.75 g·L-1，并将小球藻置于异养的条件下培养4 天，达到了21.31 g·L-1的高生物量浓度。

2.5 温度的影响

孙凡蛟[18]等指出温度可以通过影响酶的活性、营养物质的吸收利用等进而影响藻类的生长发育。何振平[19]等比较了不同温度对藻类的生长状况的影响，试验结果表明藻类对温度适应的范围比较广，主要体现在10～30 ℃时藻类可以生长，24～28 ℃为藻类生长的最适宜温度。萧铭明[20]等通过单因子试验，研究了藻类在不同的温度下对废水氮磷的去除效果，结果表明，温度在30 ℃时，藻类对废水中总氮和总磷的去除率最高，分别为38.0%和59.0%。不同藻类都有其最适宜的温度生长繁殖，超出其适宜的温度范围，藻类就会生长缓慢甚至是死亡。此外，光照的条件变化对温度也有一定的影响。

2.6 盐度的影响

盐度对藻类的生长及污水处理效能也有影响。张奇[13]研究了盐度对小球藻生长量和溶氧量的影响，初步得出小球藻对盐度的变化具有一定的适应性，在盐度为25 时藻类的溶解量和生长量为最大。LIU[21]等研究了藻类在不同盐度的影响下对市政废水的去除效果，实验结果表明盐度为3×10-11时，藻类的生长量达到最大，且对硝态氮、氨氮以及磷的去除率分别达到100%、75.5%和63.5%。

3 结语与展望

菌藻共生系统的固定化技术不仅可以减少藻类的流失，还能填补藻类在光照上接收的不足，从而促进藻类的生长发育，进一步提高了污水去除效果。菌藻共生系统在运行时，会受到多种因素的影响，如光照时间和光照强度、pH 值、温度、营养物质等，要想使得系统达到最佳的运行状态，可以通过单因素法进行剖析，将影响因素控制在最佳范围内。

菌藻共生技术在污水处理方面具有较好的前景，但如何进一步提高去除效率仍然是个大难题，在今后的研究工作中，应该重点关注菌藻反应器的关键影响因子，并且结合多种因素考虑。此外，藻类的回收利用也是研究重点之一，实现资源持续性发展，充分开发藻类的经济效益和环境效益。