微藻系统 - 废水处理和潜在生物质增值的环境剂

Journal of Environmental Management (IF=8.910) 2023-03-21

波尔图大学  José C.M. Pires 课题组

水是地球上最宝贵的资源。然而，大规模的人为活动会产生传统废水处理系统中无法有效去除的有机和无机污染物。高浓度的常规污染物 (碳、氮和磷)、抗生素和病原体（即抗生素耐药性和相关基因）等新兴化学污染物，危害生态系统和人类健康。

传统的废水处理系统有如下几个环境问题：(i) 能耗高；(ii)  CO2排放量大；(iii) 化学品的使用或有害副产品的产生。因此，使用微藻系统 (包含一种或几种微藻物种，并与细菌联合) 作为废水处理的环境剂，已被视为去除传统污染物、抗生素、大肠菌群和抗生素抗性基因的环保解决方案。

近年来，一些学者评估了微藻系统在处理不同类型废水方面的应用，如农业、市政和工业废水。通常，微藻系统可以实现高效的除效率：(i) 通过吸收机制，分别高达99%、99%和90%的总氮、总磷和/或有机碳的常规污染物得以去除；(ii) 废水中常见的抗生素，如磺胺甲恶唑、环丙沙星、甲氧苄氨嘧啶和阿奇霉素，生物降解效率分别高达 86%、65%、42% 和 93%。

尽管微藻对病原体的去除是复杂的，并且具有非常强的菌株特异性，但总大肠菌群和大肠杆菌的去除率也有可能分别达到99.4%和98.6%。然而，微藻系统的有效性在很大程度上取决于生物和非生物条件，因此操作条件的选择至关重要。

虽然所选物种 (微藻和细菌)、比率和接种物浓度的组合能有效去除传统污染物并产生大量生物质 (可以进一步转化为有价值的产品，如生物燃料和生物肥料)，但光照强度和CO2/O2的供应在传统污染物和抗生素的去除以及废水消毒中也起着关键的作用。此外，虽然碱性 pH值会促进一些抗生素的水解和粪便大肠菌群的去除，但会降低磷酸盐的溶解度，并诱导氨形成铵。此外，虽然通入CO2增加了对大肠杆菌和铜绿假单胞菌的去除以及微藻的生长 (从而增加了常规污染物的吸收)，但它降低了粪肠球菌的去除率。

因此，本综述旨在对微藻系统在有效去除常规污染物、抗生素和病原体方面的应用的最新研究进行批判性综述；讨论了可行性，强调了实施这一过程的优势和挑战，并介绍了微藻系统不同应用的当前案例研究。

原文链接：Microalgae systems - environmental agents for wastewater treatment and further potential biomass valorisation. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.117678

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