史磊菌藻共生系统污水处理研究进展
摘要：通过利用菌藻间的互利共生原理构建菌藻共生系统，因为国内对菌藻复合生物膜反应器的研究比较少，而且现有的反应器也不适用于培养菌藻生物膜用在污水处理方面。故为了突破菌藻生物膜技术应用的关键，更加深入了解和科学应用的掌握改技术。现今探索一新型菌藻复合生物膜反应器，本文对光源内置型菌藻生物膜反应器进行综述，并展望未来发展趋势。
关键词：菌藻共生；光生物反应器；生物膜；污水处理
随着我国社会经济迅速发展，环境中水污染的问题开始突显，特别是由于氮、磷过剩导致的水体富营养化问题日益加重[1]。因此有效的去除及再利用废水中的氮、磷是解决问题的关键[2]。许多研究表明菌藻共生系统较传统活性污泥处理技术具有更大的优势。王荣昌等[3]研究表明，利用菌藻共生系统处理含高N、P污水、重金属污水等，具有一定优势，这为工业及生活产生的废水达到规定的水质标准，改善我们的水质提供了一定的技术方向。熊云武等[4]研究表明，利用菌藻共生系统净化水质，在污水深度净化方面具有较大潜在优势。本文主要对菌藻污水处理装置和相关原理技术进行总结分析。
1菌藻共生系统机理
微藻是一类分布广泛、光合利用度高、生长脱氮除磷、难降解有机物、及Cr、Cd、Hg等
关键词：菌藻共生；光生物反应器；生物膜；污水处理
随着我国社会经济迅速发展，环境中水污染的问题开始突显，特别是由于氮、磷过剩导致的水体富营养化问题日益加重[1]。因此有效的去除及再利用废水中的氮、磷是解决问题的关键[2]。许多研究表明菌藻共生系统较传统活性污泥处理技术具有更大的优势。王荣昌等[3]研究表明，利用菌藻共生系统处理含高N、P污水、重金属污水等，具有一定优势，这为工业及生活产生的废水达到规定的水质标准，改善我们的水质提供了一定的技术方向。熊云武等[4]研究表明，利用菌藻共生系统净化水质，在污水深度净化方面具有较大潜在优势。本文主要对菌藻污水处理装置和相关原理技术进行总结分析。
1菌藻共生系统机理
微藻是一类分布广泛、光合利用度高、生长脱氮除磷、难降解有机物、及Cr、Cd、Hg等
重金属离子的一种生物[5]。近些年随着对藻类的深入研究，利用微藻来净化污水的技术已经得到了广泛的关注。伴随着对微藻的深入研究，发现微藻和细菌之间净化污水的方式是相互协同的关系[6]。微生物能降解废水中的含碳有机物，得到的产物二氧化碳可以作为微藻碳源，促进其光合作用的同时会释放一定量氧气供细菌使用[7]。作为微生物和微藻生长的必要元素氮、磷营养物质，菌藻生物膜污水处理技术具有较高的氮磷去除率。微藻可通过光合作用释放出氧气，细菌可利用此氧气来降解污染物的同时产生二氧化碳和水。微藻可利用此二氧化碳进行光合作用[3]。氮磷物质作为可以供给微藻和细菌生长需求的营养物质，形成一个闭环式循环利用系统。
2 菌藻生物膜反应器技术现状
光生物反应器主要是用来培养光合微生物及其具有光合作用能力的组织或者细胞培养的一类装置[3]。1940-1949年首次用来大规模培养微藻。藻细胞以光为能源，大量消耗水中的氮磷等物质，将无机物合成为有机物，使水源得到净化[8]。但是菌藻反应器的污水处理效率和性能稳定主要取决于光照和温度，能耗方面主要消耗在维持反应器的运行上。李明等[9]已经有相关一种低碳节能的菌藻生物膜污水反应器保温装置，以降低反应器的运行能耗。孙利芹等[10]开发出平板式光生物反应器，用于海洋微藻的培养。培养率高且反应器结构简单，
2 菌藻生物膜反应器技术现状
光生物反应器主要是用来培养光合微生物及其具有光合作用能力的组织或者细胞培养的一类装置[3]。1940-1949年首次用来大规模培养微藻。藻细胞以光为能源，大量消耗水中的氮磷等物质，将无机物合成为有机物，使水源得到净化[8]。但是菌藻反应器的污水处理效率和性能稳定主要取决于光照和温度，能耗方面主要消耗在维持反应器的运行上。李明等[9]已经有相关一种低碳节能的菌藻生物膜污水反应器保温装置，以降低反应器的运行能耗。孙利芹等[10]开发出平板式光生物反应器，用于海洋微藻的培养。培养率高且反应器结构简单，
在高密度大规模培养上具有很大价值。谢冰涵等[11] 研究发现在光生物反应器内，菌藻共生体系可应用于扩大化培养菌藻同步实现废水的处理。菌藻生物膜反应器虽然现在已经获得了一部分研究成果，但是国内关于菌藻生物膜反应器的研究较少，具体运行时还存在一定缺点与问题，且工艺复杂难以大规模推广。
生活污水的主要物质是氮磷等物质，菌藻生物膜反应器技术的应用将有利于在处理此类污水方面。熊伟等[12]研究发现，密闭腔式微藻生物膜膜式反应器性能优良，生物质产量高达178.25g/m2，油脂含量为20.25%；微藻生物膜膜式反应器生产1kg干藻和1kg油脂的水足迹分别高达28.05L、138.50L，相比于悬浮培养方式最高减少了2828.95L/kg。在进一步的研究中，发现连续出水操作的BMPBR反应器培养中，能获得一定微藻生物质产量和较好的营养物质去除效果[13]。但是，光源内置型菌藻生物膜反应器设计应用于污水处理领域的研究较少。所以应该加强菌藻生物膜反应器的研究，为开发低投资、低能耗、简便、高效的污水的处理提供技术支持。
3展望
菌藻生物膜反应器为污水处理新技术新方法提供了新的思路与方向，为实现低碳节能的环保效果，提高污水处理能力，实现节能减排，应重点开展以下几方面研究：（1）使新型
生活污水的主要物质是氮磷等物质，菌藻生物膜反应器技术的应用将有利于在处理此类污水方面。熊伟等[12]研究发现，密闭腔式微藻生物膜膜式反应器性能优良，生物质产量高达178.25g/m2，油脂含量为20.25%；微藻生物膜膜式反应器生产1kg干藻和1kg油脂的水足迹分别高达28.05L、138.50L，相比于悬浮培养方式最高减少了2828.95L/kg。在进一步的研究中，发现连续出水操作的BMPBR反应器培养中，能获得一定微藻生物质产量和较好的营养物质去除效果[13]。但是，光源内置型菌藻生物膜反应器设计应用于污水处理领域的研究较少。所以应该加强菌藻生物膜反应器的研究，为开发低投资、低能耗、简便、高效的污水的处理提供技术支持。
3展望
菌藻生物膜反应器为污水处理新技术新方法提供了新的思路与方向，为实现低碳节能的环保效果，提高污水处理能力，实现节能减排，应重点开展以下几方面研究：（1）使新型
复合反应器中的菌藻可以实现回收，最大化的对菌藻进行利用。（2）菌藻生物膜反应器的快速启动技术的开发。（3）设计开发新型性能稳定、低能耗的菌藻生物膜反应器。
参考文献：
[1]朱梅 吴敬学 李瑞波.海河流域降水径流对种植业非点源污染的影响分析[D].农业环境与发展，2010.
[2]陈思晔.大型海藻细胞光生物反应器培养重要工程参数的研究[D].上海交通大学，2008.
[3]王荣昌 程霞 曾旭.污水处理中菌藻共生系统去除污染物机理及其应用进展[D].同济大学环境科学与工程学院，2018.
[4]熊云武 林晓燕 郭跃华 杜林峰 李诗刚 赵 亮 许建新 谢利华.菌藻共生系统净化水质的研究进展[J].现代农业科技，2016.第4期
[5]陈娇敏.蛋白核小球藻高密度培养及其处理酵母发酵废水效果评价[D].华南理工大学，2015.
[6]牛曼.壳聚糖—海藻酸钠固定化藻菌处理高浓度有机废水的研究[D].华南理工大学，2010.
参考文献：
[1]朱梅 吴敬学 李瑞波.海河流域降水径流对种植业非点源污染的影响分析[D].农业环境与发展，2010.
[2]陈思晔.大型海藻细胞光生物反应器培养重要工程参数的研究[D].上海交通大学，2008.
[3]王荣昌 程霞 曾旭.污水处理中菌藻共生系统去除污染物机理及其应用进展[D].同济大学环境科学与工程学院，2018.
[4]熊云武 林晓燕 郭跃华 杜林峰 李诗刚 赵 亮 许建新 谢利华.菌藻共生系统净化水质的研究进展[J].现代农业科技，2016.第4期
[5]陈娇敏.蛋白核小球藻高密度培养及其处理酵母发酵废水效果评价[D].华南理工大学，2015.
[6]牛曼.壳聚糖—海藻酸钠固定化藻菌处理高浓度有机废水的研究[D].华南理工大学，2010.
[7]师玉忠.光合细菌连续制氢工艺及相关机理研究[D].河南农业大学，2008.
[8]BRUNE D E，SCHWARTZ G，EVERSOLE A G，et al.Intensification of pond aquaculture and high rate photosynthetic systems[J].Aquacultural Engineering，2003，28（1-2）：65-86.
[9]李明 李忠和 李晨阳 吕晨 钟爽 吴磊 刘滨硕.一种低碳节能的污水处理方法与装置.中国专利.201711193066.7
[10]孙利芹 王长海 史磊.2种光生物反应器在微藻培养中的性能比较[J].烟台大学学报.2010年1期
[11]谢冰涵 公维佳 梁恒 唐小斌 李圭白.光生物反应器对厌氧消化液的处理效能[J].中国给水排水.2019年17期
[12]熊伟.微藻生物膜光生物反应器内传递与生化反应特性的研究[D]，重庆大学，2016.
[13]彭苑媛.微藻生物膜-膜光生物反应器处理海水养殖废水的研究[D]，浙江海洋大学，2019
基金支持：吉林建筑大学创新创业训练计划资助项，目项目号：201910191030
[8]BRUNE D E，SCHWARTZ G，EVERSOLE A G，et al.Intensification of pond aquaculture and high rate photosynthetic systems[J].Aquacultural Engineering，2003，28（1-2）：65-86.
[9]李明 李忠和 李晨阳 吕晨 钟爽 吴磊 刘滨硕.一种低碳节能的污水处理方法与装置.中国专利.201711193066.7
[10]孙利芹 王长海 史磊.2种光生物反应器在微藻培养中的性能比较[J].烟台大学学报.2010年1期
[11]谢冰涵 公维佳 梁恒 唐小斌 李圭白.光生物反应器对厌氧消化液的处理效能[J].中国给水排水.2019年17期
[12]熊伟.微藻生物膜光生物反应器内传递与生化反应特性的研究[D]，重庆大学，2016.
[13]彭苑媛.微藻生物膜-膜光生物反应器处理海水养殖废水的研究[D]，浙江海洋大学，2019
基金支持：吉林建筑大学创新创业训练计划资助项，目项目号：201910191030
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