藻类在环境污染治理中的应用及其作用原理

1、藻类在环境工程中的应用及其作用原理引言我国是个多湖泊国家，大于lkm2的天然湖泊有2300余个，湖泊总面积为70988km2，总贮水量为708亿m，其中淡水贮水量为225亿m，是我国最重要的淡水资源之一，具有水利防洪、通水供水及气候调节等多种功能，对社会和经济的发展起到了不可估量的作用，是人民生活不可缺少的宝贵资源。因此，湖泊水资源与我国的经济持续发展以及人民生活休戚相关。但自70年年代以来来，随着着我国工工农业的的迅速发发展和城城镇化进进程的加加速，工工业废水水和生活活污水排排放量日日益增加加，加之之人们环环境意识识淡薄，将将湖泊用用作工业业废水、生生活污水水受纳场场所和农农业灌溉溉退水的的

2、归宿，最最终导致致了许多多湖泊水水体污染染及富营营养化。2004年年中国国环境状状况公报报指出出，20004年年监测的的27个重重点湖库库中，满满足III类水质质的湖库库2个，占占75；类水质质的湖库库5个，占占1 885；类水质质的湖库库4个，占占148；V类水质质湖库66个，占占222：劣劣V类水质质湖库llO个，占占370。其其中“三湖”(太湖、巢巢湖、滇滇池)水质均均为劣VV类，主主要污染染指标是是总氮和和总磷。大大型湖泊泊如太湖湖、巢湖湖、洪泽泽湖、洞洞庭湖、鄱鄱阳湖等等因富营营养化和和水污染染严重，导导致一些些水域已已经失去去其资源源价值，无无法利用用，且情情况仍在在恶化，因因此湖

3、泊泊的治理理成为当当务之急急。目前的污水水处理工工艺较多多，可以以根据不不同的进进水水质质和处理理要求选选择相关关的工艺艺。这些些在工艺艺上各具具特色的的处理系系统有一一个共同同的特征征，即都都需要比比较繁杂杂的设备备，较高高的日常常运行费费用，复复杂的管管理维护护操作，并并且对微微生物生生存的环环境条件件十分敏敏感。因因此，研研究新的的污水处处理工艺艺成为必必然。而而此时藻藻类便得得到了科科学家、学学者们的的亲睐。藻类的介绍绍藻类泛指具具同化色色素而能能进行独独立营养养生活的的水生低低等植物物的总称称。是 HYPERLINK /view/413557.htm 原生生生物界一一类 HYPERL

4、INK /view/77362.htm 真核核生物(有些也也为 HYPERLINK /view/24189.htm 原核核生物，如如 HYPERLINK /view/91612.htm 蓝藻门门的藻类类）。主主要水生生，无维维管束，能能进行光光合作用用。体型型大小各各异，小小至长11微米的的单细胞胞的 HYPERLINK /view/732190.htm 鞭毛毛藻，大大至长达达60公公尺的大大型 HYPERLINK /view/60763.htm 褐藻藻。一些些权威专专家继续续将藻类类归入 HYPERLINK /view/3468.htm 植植物或植植物样生生物，但但藻类没没有真正正的根、茎茎

5、、叶，也也没有维维管束。一些藻类与其他真核生物一样有 HYPERLINK /view/32286.htm 细胞核，有具膜的液泡和 HYPERLINK /view/32295.htm 细胞器(如线粒体)，大多数藻类於生活过程中需要 HYPERLINK /view/48978.htm 氧气。用各种 HYPERLINK /view/28826.htm 叶绿体分子(如叶绿素、 HYPERLINK /view/28901.htm 类胡萝卜素、 HYPERLINK /view/3016501.htm 藻胆蛋白等)进行光合作用。地球上的光合作用90由藻类进行，据信在地球早期的历史上藻类在创造富氧环境中发挥重

6、要作用。藻类植物的的种类繁繁多，目目前已知知有3万万种左右右。藻类类分布的的范围极极广，对对环境条条件要求求不严，适适应性较较强，在在只有极极低的营营养浓度度、极微微弱的光光照强度度和相当当低的温温度下也也能生活活。不仅仅能生长长在江河河、溪流流、湖泊泊和海洋洋，而且且也能生生长在短短暂积水水或潮湿湿的地方方。从热热带到两两极，从从积雪的的高山到到温热的的泉水，从从潮湿的的地面到到不很深深的土壤壤内，几几乎到处处都有藻藻类分布布。大多多数藻类类都是水水生的，有有产于海海洋的 HYPERLINK /view/24499.htm 海海藻；也也有生于于陆水中中的淡水水藻。在在水生的的藻类中中，有躯躯

7、体表面面积扩大大（如单单细胞、群群体、扁扁平、具具角或刺刺等），体体内贮藏藏比重较较小的物物质，或或生有鞭鞭毛以适适应浮游游生活的的浮游藻藻类；有有体外被被有胶质质，基部部生有固固着器或或 HYPERLINK /view/190500.htm 假根，生长在在水底基基质上的的底栖藻藻类；也也有生长长在冰川川雪地上上的冰雪雪藻类；还有在在水温高高达800以上上温泉里里生活的的温泉藻藻类。藻藻体不完完全浸没没在水中中的藻类类也很多多，其中中有些是是藻体的的一部分分或全部部直接暴暴露在大大气中的的气生藻藻类；也也有些是是生长在在土壤表表面或土土表以下下的土壤壤藻类。就就藻类与与其它生生物生长长的关系系

8、来说，有有附着在在动、植植物体表表生活的的附生藻藻类；也也有生长长在动物物或植物物体内的的内生藻藻类；还还有的和和其它生生物营共共生生活活的共生生藻类。总总之，藻藻类的生生活习性性是多种种多样的的，对环环境的适适应性也也很强，几几乎到处处都有藻藻类的存存在。因此，将藻藻类应用用到环境境工程中中的污水水处理、环环境净化化方面具具有相当当大的可可能性与与研究空空间。藻类在环境境污染治治理中的的应用及及其作用用原理1.蓝藻基基因工程程在环境境保护方方面的应应用【11】1）吸收重重金属1996年年美国的的Erbbe等将将小鼠金金属硫蛋蛋白基因因与报告告基因cca tt融合后后转入聚聚球藻中中, 提高高

9、了对重重金属CCd2+ 的抗抗性; 小鼠金金属硫蛋蛋白和人人肝脏金金属硫蛋蛋白已经经分别被被转进鱼鱼腥藻PPCC 71220和集集胞藻PPCC 68003中并并成功表表达,可用于于改造重重金属污污染的土土壤和水水域并回回收贵重重金属离离子。研研究发现现蓝藻基基因组中中的植物物螯合肽肽合酶基基因编码码的植物物螯合肽肽在对重重金属解解毒过程程中扮演演了重要要的角色色, 将此此基因在在大肠杆杆菌中表表达后可可以有效效保护大大肠杆菌菌对抗高高温、重重金属、高高盐、杀杀虫剂和和紫外线线等的伤伤害。目目前已有有一批重重金属抗抗性基因因在细菌菌中表达达成功, 如汞汞操纵子子基因、镍镍转运蛋蛋白基因因、汞转转

10、运蛋白白基因等等。这些些基因工工程菌对对重金属属的耐受受性明显显增强, 其吸吸附容量量和选择择性吸附附能力也也有显著著的提高高。2)降解农农药鱼腥藻PCCC71120可可以降解解卤代化化合物林林丹(六氯环环己烷, 六六六六), 转有有来源于于pseeudoomonna sspauucimmobiiliss的linnA基因因(控制林林丹降解解的第一一步)的鱼腥腥藻PCCC 771200降解林林丹速度度加快,并且降降解受nnir启启动子的的调控。另外, 表达42氯苯羟羟化酶的的鱼腥藻藻PCCC 71120能能降解442氯苯和和42碘苯 28。有机机磷杀虫虫剂也可可以被蓝蓝藻降解解, 甲基基对硫磷磷

11、在有氧氧、光合合条件下下可以被被鱼腥藻藻PCCC 71120还还原转化化。因此此利用转转基因蓝蓝藻解决决农药污污染成为为有希望望的途径径。1996 年日本本的Suuzukki等把把真养产产碱菌(Alcca lligeeness euurtrrophhus)的羧丁丁酸聚合合酶基因因转入聚聚球藻PPCC 79442中表表达后, 催化化合成的的聚羟丁丁酸（PPHB)是制造造可降解解塑料的的原料。近近年来, 中国国科学院院植物所所、上海海师范大大学和有有机化学学所合作作, 把高高等植物物光合作作用中CCalvvin循循环中三三个酶: 果糖糖1, 6二磷磷酸酶、果果糖1, 6 二磷酸酸酯醛缩缩酶(AAL

12、D ) 和和丙糖磷磷酸酯异异构酶(TPI)的基因因转入鱼鱼腥藻PPCC 71220中表表达后,明显的的提高了了吸收和和同化CCO2 的能力力, 希望望以后在在减少大大气中温温室气体体含量中中发挥作作用。人们很早就就认识到到化石燃燃料是不不可再生生资源, 因此此可再生生能源的的研究越越来越受受到人们们的关注注。除了了传统的的风能、水水能、太太阳能等等, 生物物燃料已已经成为为研究的的热点。生生物燃料料包括用用生物体体生产氢氢气、甲甲烷、乙乙醇、生生物柴油油等, 其中氢氢气由于于燃烧产产物是水水而成为为最清洁洁的生物物燃料。目目前为了了应对能能源危机机, 一些些科学家家正在寻寻找产氢氢的生物物来制

13、造造清洁能能源氢气气, 蓝藻藻便是其其中之一一。目前前应用蓝蓝藻产氢氢还处于于研究阶阶段, 一方面面是继续续筛选产产氢率高高的突变变株, 另一方方面就是是有效利利用基因因工程技技术对产产氢相关关酶基因因进行改改造, 从而改改进生物物产氢系系统, 使蓝藻藻提供大大量的清清洁、高高效的理理想能源源。2.A /O +硅藻强强化新工工艺在污水处处理中的的应用【22】1）A /O +硅藻土土水处理理新工艺艺介绍A /O +硅藻藻精土强强化新工工艺是利利用硅藻藻土处理理技术对对传统AA /OO工艺的的改进。用用硅藻土土处理池池取代了了传统工工艺中的的二沉池池,首先提提高了固固液分离离效率,降低了了占地和和

14、投资;其次,不仅发发挥了硅硅藻土物物化处理理的作用用,还充分分发挥了了微生物物载体的的作用,提高生生化处理理效率;再次,系统产产生的剩剩余污泥泥可通过过硅藻精精土处理理池的自自动排泥泥系统排排出。与与传统的的A /O工艺艺相比,具有处处理效果果好、投投资费用用低、占占地面积积省等优优点。粗粗格栅集水池沉砂池细格栅厌氧池好氧池中间池硅藻土池消毒池砂水分离器污泥池污泥脱水机风机硅藻土混合液回流栅渣外运栅渣外运砂外运污泥回流剩余污泥污泥外运栅渣外运排放污水 图1典型型的A /O +硅藻藻精土强强化新工工艺流程程框图 传传统的AA /OO工艺是是在一个个反应池池中划分分为厌氧氧区和好好氧区,只设一一个

15、终沉沉池,碳源物物质由污污水提供供,既节省省了外加加药剂,又利用用了反硝硝化过程程去除了了一部分分污水中中的有机机物,节省了了能耗。虽虽然A /O工工艺在去去除有机机物的时时候能一一定程度度上去除除磷氮,但很难难同时取取得好的的除磷脱脱氮效果果,而且反反应池容容积较大大,投资费费用较高高。而当当A /O工艺艺与硅藻藻精土结结合成一一个组合合工艺,就弥补补了双方方的不足足。2）A /O +硅藻精精土强化化新工艺艺的作用用原理A /O +硅藻藻精土强强化新工工艺通过过硅藻精精土与微微生物的的协同作作用 ,利用硅硅藻精土土处理系系统具有有的絮凝凝、 吸吸附和过过滤等功功能 , 提高高了对 COODc

16、rr ,BBOD55等有机机污染物物的去除除率及脱脱氮效果果；硅藻土土回流至至生化池池后 ,由于硅硅藻土具具有良好好的生物物相容性性 ,可可以作为为一种优优良的多多孔生物物载体 ,多种种微生物物大量富富集和挂挂膜在硅硅藻土上上 ,进进一步提提高生化化系统的的处理效效果； 硅藻精精土作为为微生物物的载体体以其巨巨大的比比表面积积 ,为为微生物物提供了了一个很很好的附附着生长长的空间间；采用用硅藻土土处理池池取代传传统工艺艺中的二二沉池 ,表面面负荷提提高近一一倍 ,并提高高了泥水水分离的的处理。目目前A /O +硅藻藻强化新新工艺技技术以其其特有的的优点在在中小型型城镇污污水处理理领域中中备受关

17、关注。3）取得的的成果随着 A /O +硅藻藻土水处处理工艺艺技术在在工程应应用中的的不断成成熟 ,考虑到到地区水水资源短短缺的普普遍现象象以及缺缺水地区区对污水水处理厂厂出水中中水回用用的迫切切需求 ,江苏苏省嘉庆庆水务发发展有限限公司科科研人员员和江苏苏省环境境科学研研究院、 永城市市污水处处理中心心环保专专家们经经过反复复试验论论证 ,于 220077年提出出了在该该工艺中中用由特特殊材料料制成的的悬浮填填料取代代原有的的悬挂纤纤维填料料 ,就就是生物物浮动床床 (MMBBRR工艺 ) +硅藻精精土强化化工艺 ,它是是 A /O +硅藻藻土水处处理工艺艺技术的的延伸。目前生物浮浮动床 (

18、MBBBR工工艺 ) +硅硅藻精土土强化工工艺已在在工程实实践中得得到应用用。本工工艺具有有以下优优点:(1)处理理效果稳稳定、 效率高高;(2)对水水质水量量的冲击击负荷适适应能力力强;(3)占地地面积小小 ,投投资省;(4)能耗耗低 ,运行费费用低;(5)自控控水平高高 ,管管理要求求低 ,维护简简便;(6)该工工艺生化化部分可可采用全全地埋式式布置 ,故冬冬季低温温对处理理系统影影响程度度小 ,加上硅硅藻精土土的作用用不受温温度的影影响。因因此处理理系统可可以确保保冬季低低温条件件下的处处理效果果。(7)出水水水质好好 ,经经过滤、 消毒后后可以作作为中水水回用于于工厂生生产用水水、 道

19、道路冲洗洗、 农农田灌溉溉和绿化化。(8)可根根据进水水水质浓浓度的高高低和水水量的大大小调整整运行方方式 ,降低运运行费用用。3、川蔓藻藻在环境境修复中中的应用用【3】大量的生态态学研究究已经表表明以川川蔓藻种种群为建建群种的的海草床床对于环环境具有有极其重重要的价价值。川川蔓藻具具有较好好的净化化水体的的功能。它它通过与与浮游藻藻类争夺夺水体营营养盐、光光照以及及释放克克藻的次次生代谢谢产物来来有效抑抑制藻类类的过量量生长，从从而提高高水体的的透明度度。因此此在富营营养化日日益严重重的河口口海岸带带恢复与与重建川川蔓藻具具有重要要的意义义。川蔓藻对于于环境变变化的高高度响应应，有利利于它在

20、在恶化水水环境中中的恢复复与重建建。如它它对盐度度和碱度度的较强强适应性性，可能能使它成成为生境境严重破破碎的海海岸湿地地恢复与与重建的的先锋植植物。2004 年 4 月，研研究发现现川蔓藻藻是我国国天津滨滨海滩涂涂湿地发发生次生生演替的的先锋植植物，并并首次将将它用于于以再生生水为水水源的滨滨海河道道生态修修复工程程中。研研究结果果表明：川蔓藻藻能够在在营养盐盐含量较较高的再再生水体体中生长长和繁殖殖，而且且对于再再生水体体中无机机营养盐盐的去除除效果极极好。它它对于再再生水体体中的磷磷酸盐去去除率达达到 90 %94 %，氨氨氮的去去除率超超过922 %98 %。再再生水河河道水体体中叶绿

21、绿素 a 与川川蔓藻的的生物量量呈显著著的线性性负相关关，说明明川蔓藻藻种群能能够用于于含盐量量较高的的滨海再再生水的的富营养养化控制制。近年来海岸岸资源调调查结果果表明，由由于滨海海城市经经济迅速速发展带带来的河河口海岸岸带的环环境污染染日益严严重，我我国华南南地区的的海草场场的生态态环境受受到明显显的威胁胁，华北北渤海湾湾的大面面积的海海草场已已严重衰衰退。因因此迫切切需要我我们去了了解我国国海岸湿湿地生态态系统中中的植物物资源和和它们对对于污染染环境的的适应与与改变，并并进行生生态修复复。3固定化化藻类细细胞去除除污水中中N、PP的应用用【4】利用藻类处处理污水水始于220世纪纪60年年

22、代，利利用污水水培养藻藻类既可可以廉价价高效的的去除污污水中的的N、PP等污染染物质，还还可以产产生大量量的藻类类生物量量，这些些生物量量可以作作为饲料料、肥料料或燃料料等加以以利用。用用固定化化藻类细细胞处理理污水具具有藻类类细胞密密度高、反反应速度度快、去去除效率率高、藻藻细胞易易于收获获、净化化后的水水可再利利用等优优点，是是一项重重要的生生物工程程技术，在在污水处处理中有有广阔的的应用前前景。1）固定化化藻类细细胞去除除N、PP的原理理藻类细胞能能利用水水体中多多种无机机氮和有有机氮化化合物作作为氮源源，利用用二氧化化碳和硝硝酸盐作作为碳源源进行光光自养生生长，被被藻细胞胞吸收的的硝酸

23、盐盐、亚硝硝酸盐和和铵盐可可以用于于氨基酸酸和蛋白白质等物物质的合合成。污水中磷酸酸盐的去去除有两两条主要要途径：（1）在在有氧的的条件下下，直接接被藻细细胞吸收收，并通通过多种种磷酸化化途径转转化成AATP、磷磷脂等有有机物；（2）在在无氧的的条件下下形成磷磷酸盐沉沉淀。因因此，藻藻类细胞胞可以用用来去除除污水中中富集的的N、PP等营养养物质，并并以有机机物的形形式将储储存在藻藻细胞中中。而采采用固定定化技术术可以大大大提高高藻细胞胞对N、PP等营养养盐的去去除效率率。2）藻类细细胞固定定化技术术藻类细胞固固定化的的基本方方式有22种：吸吸附和包包埋。吸吸附是将将藻细胞胞附着在在载体(基质)

24、的表面面；而包包埋是将将藻细胞胞包埋或或封闭在在载体的的内部。其其中，包包埋是目目前采用用的主要要方式。包包埋载体体可以采采用人工工合成的的高分子子聚合物物，如聚聚乙烯基基泡沫、聚聚氨基甲甲酸酯泡泡沫、聚聚丙烯酰酰胺等：也可采采用天然然聚合物物如褐褐藻胶、角角叉藻胶胶、琼脂脂、脱乙乙酰壳多多糖等。包包埋方法法主要由由包埋基基质的物物理和(或)化学性性质决定定。四、藻类在在其他方方面的应应用1、高效藻藻类塘技技术的研研究进展展【5】高效藻类塘塘(HRRAP)，又名名高负荷荷氧化塘塘。与传传统稳定定塘(SSP)相相比主要要有以下下几个方方面的特特征：11)塘深深较浅，一一般为003O6m，而而传统

25、稳稳定塘的的深度根根据类型型不同一一般在OO520m不等等；2)有连续续搅拌装装置，促促进塘内内的污水水与藻类类完全混混和，并并推动水水流作环环型或螺螺旋型流流动，流流速在0015O45rrns，而传传统稳定定塘一般般没有搅搅拌装置置，只有有曝气稳稳定塘中中的曝气气装置在在曝气的的同时起起到混合合塘内水水体的作作用；33)停留留时间较较短，一一般为4410天，比比传统稳稳定塘停停留时间间短7-110倍；4)高效效藻类塘塘一般分分成几个个狭长的的廊道，所所以廊道道的宽度度较窄，而而传统稳稳定塘不不设挡板板没有狭狭长的廊廊道。高效藻类塘塘对污染染物的去去除主要要是通过过藻类和和细菌的的共同作作用而

26、完完成的。塘塘内由于于水深较较浅，太太阳光能能直射到到塘底，所所以有利利于藻类类的新陈陈代谢。藻藻类在水水中经筛筛选存活活并大量量自然繁繁殖，同同时藻类类间又相相互粘结结交联及及通过与与细菌的的作用形形成一种种类似于于活性污污泥的可可絮凝结结构，称称之为藻藻菌共体体。塘内内生长的的藻类光光合作用用释放的的氧供给给好氧型型微生物物进行代代谢活动动，从而而对有机机污染物物进行氧氧化分解解，代谢谢产物CC02又又成为藻藻类光合合作用所所需的碳碳源，如如此循环环，使水水质不断断净化。高高效藻类类塘中藻藻类对污污染物的的去除起起着直接接和间接接两种作作用。直直接的作作用是藻藻类光合合作用产产生的氧氧供好氧氧菌降解解有机物物之用，同同时为硝硝化细菌菌创造良良好的好好氧环境境，有利利于硝化化作用的的进行。另另外，直直接作用用还包括括藻类的的生长繁繁殖过程程中吸收收氮、磷磷等营养养盐，有有利于氮氮、磷等等污染物物的去除除。间接接作用是是藻类光光