水华藻类厌氧消化研究进展及关键问题

环境科学导刊http://hjkxdk.yies.org.cn2017，36(3)CN53-1205/XISSN1673-9655水华藻类厌氧消化研究进展及关键问题杜昕睿，刘传旸，刘跃岭，李欢(深圳市环境微生物利用与安全控制重点实验室，清华大学深圳研究生院，广东深圳518055)摘要：综述了目前水华藻类厌氧消化的研究进展，包括水华藻类的种类和组分、厌氧消化特性、共消化方法、预处理方法、藻毒素的降解情况以及沼液沼渣的资源化途径等，最后提出了水华藻类厌氧消化需要关注的优化脱水、调控碳氮比、水华季节性、预处理破胞、沼液沼渣科学施用等问题。关键词：水华；蓝藻；厌氧消化；研究进展中图分类号：X52文献标志码：A文章编号：1673-9655(2017)03-0063-06近年来，随着污水排放量日益增加，湖泊资源开发活动加剧，大量氮、磷等营养元素进入水体，导致我国许多湖泊、水库处于富营养化的状况。湖泊水体的富营养化可能会引发水华，蓝藻、绿藻、硅藻等藻类成为水体中的优势种群，大量繁殖后使水体呈现蓝色或绿色。我国巢湖、太湖、滇池等重要湖泊均发生过水华暴发，导致水质恶化和水生态环境破坏，给周边居民生活、工农业生产用水带来威胁。除根本性的截污减排外，目前末端治理水华的方法有化学法、生物法和物理法[1:e化学法是在水体中施用铜离子制剂、硫氰酸红霉素等杀藻剂，见效较快，但可能引起重金属及抗生素的二次污染。生物法包括微生物防治、水生植物抑制、放养食藻生物等，该方法短时间内难有成效，可以作为长期生态调控手段。物理方法主要是指机械打捞，是目前降低水华危害及避免再次暴发的最直接有效的措施，也是实践中治理水华的主要措施。打捞上来的藻类经脱水后成为藻泥，藻泥含水率高达80%以上，不宜直接填埋，而堆积时会腐烂发臭并再次释放氮、磷等营养盐，造成二次污染[2]。因此，利用藻类有机质丰富的特性，通过厌氧消化实现藻泥的资源化利用，成为目前藻泥处理的一种重要手段[3]。由于国内湖泊治理的紧迫性，研究机构和相关企业投入了大量资源研究水华藻类的控制问题，近收稿日期：2016-12-29基金项丨I:广永竹科技项丨1((2015A010106002)，深圳市科技项目（JCYJ20150320154458994}。作者简介：杜昕睿（1993-)，女，iV林省吉林市人，济平大学深圳研究少院能源4环境学部环境工程专业，2014级在读硕士薇究生，研究方丨句为丨耐休废物处理处)viU年来国内发表的有关水华藻类厌氧消化的论文就超过80篇。由于发达国家较少存在淡水水华问题，研究者对此很少关注，其研究重点在于针对以小球藻、螺旋藻等为代表的能源藻类开展厌氧消化研究，其研究结果可供借鉴。本文对这些文献进行了归纳分析，总结了水华藻类厌氧消化的潜力和前景，提出了后续研究需要解决的问题。1水华藻类种类及其主要成分水华藻类以蓝藻为主，此外还含有绿藻、硅藻等。以滇池为例，5月、12月全湖平均藻类密度分别为1.398x108、2.180x108个/L，全湖藻类中蓝藻门的微囊藻属占绝对优势，其次为绿藻门的栅藻属（图1)[4]。由于水体水质、所在区域气候的不同，藻种相对含量也存在一定差异&例如山东潍坊峡山水库水进入眉村水厂气浮池后，9月初收集的藻类中蓝藻占99.08%，其中边缘微囊藻和鱼害微囊藻占97.16%;其余藻类包括绿藻（0.77%)、硅藻（0.12%)、黄藻（0.02%)和甲藻(0.01%)151。蓝藻也是巢湖中浮游藻类的常年优势种群，主要包括微囊藻和鱼腥藻[6]，太湖蓝藻水华也是以微囊藻、鱼腥藻等为主17]&图1滇池浮游藻类构成藻类有机质含量（VS)占总固体（TS)的—63—环境科学导刊http://hjkxdk.yies.org.cn第36卷第3期2017年6月90%以上，包括蛋白质、碳水化合物、脂类等，适于进行厌氧消化（表1)。由于水华藻类有机质以蛋白质为主，其C/N较低，如巢湖蓝藻的C/N仅有5:1[8]。表1水华藻类的主要有机组分（干重百分比)表1水华藻类的主要有机组分（干重百分比)蛋白质碳水化合物脂类核酸文献滇池蓝藻44-54-0.27-[9]太湖蓝藻4290.25-[10]斜生栅藻50-5610-1712-143~6[11]四尾栅藻47-1.9-[11]2水华藻类的厌氧消化及共消化2水华藻类的厌氧消化及共消化厌氧消化是利用多种功能微生物对藻类有机质进行逐步降解和转化的过程，包括水解、酸化、乙酸化、产甲烷等阶段。虽然根据水华藻类的有机元素组成可以理论上推测其厌氧消化的产气潜力，但潜力值与实际值差距较大[12]。相对于餐厨垃圾等易降解有机废弃物，蓝藻的厌氧消化性能较差，这主要受到蓝藻细胞结构和碳氮比的影响[13]。蓝藻藻液本身浓度较低，这一方面不利于能源回收，另一方面，蓝藻在消化过程中容易上浮结壳[1