會(huì )引起水體富營(yíng)養化的藻類(lèi)竟然還能賺錢(qián)

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什么是旋轉藻類(lèi)生物膜？

    旋轉藻類(lèi)生物膜（RAB），正如它的名字一樣，是一種利用藻類(lèi)生物附著(zhù)于貼壁材料并固定在滾筒式裝置上，旋轉浸于富含藻類(lèi)生長(cháng)所需營(yíng)養物質(zhì)的廢水中（同時(shí)控制空氣中CO2濃度）。藻膜長(cháng)至一定厚度時(shí)，人工刮取采收附著(zhù)于生物膜上的藻類(lèi)生物。裝置圖如下：

    （A）RAB裝置設計示意圖；（B）RAB系統；（C）Stickney水回收廠(chǎng)中設置的RAB反應器組（垂直傳送帶高約1.83米，寬0.91米，以連續的循環(huán)旋轉，浸入4600升的廢水中）

    相比于傳統收集懸浮藻類(lèi)的方法，生物膜反應器具有較高的藻類(lèi)生物量生產(chǎn)力，并且大大節省了占地面積。

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生物膜材質(zhì)和裝置布局

    Bergstedt等人測試了64種材料，根據強度，成本，附著(zhù)力和最終去除培養物的容易程度四個(gè)方面確定管狀棉質(zhì)織物是最佳的貼壁材料。下圖為幾種材料測試效果。

    因為附著(zhù)在帶狀材料表面上的潮濕藻類(lèi)培養物會(huì )持續生長(cháng)，因此需要足夠的附著(zhù)面積。Gross團隊對比了三角形排列，垂直分層放置和垂直排列放置（Stickney水廠(chǎng)所采用的布局）三種布局模式，以7天為測試周期，與單個(gè)的滾道設置相比，生產(chǎn)率提高如下：

    三角形排列：增加147％。

    垂直分層放置：增加380％。

    垂直排列放置：增加470％。

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效果研究

    以美國猶他州北部的洛根地區污水處理廠(chǎng)為例，廢水組成如下：

    設置旋轉藻類(lèi)生物膜反應器（RABR）組，每組含有5個(gè)滾筒，光合周期為14 h，水力停留時(shí)間為4.8天，每48 h補充營(yíng)養物質(zhì)。

    試驗結束時(shí)，79%的磷存在于生物膜中，9%懸浮或沉淀，剩下的12%存在于廢水中。在另一研究中，Christenson發(fā)現當城市污水被注入藻類(lèi)生物反應器時(shí)，RABR隔離的磷酸鹽是懸浮培養系統的六倍。

    此外，該水廠(chǎng)初始廢水TSS在2天后減少了50%，4天后減少了90%。藻類(lèi)生物量生產(chǎn)力為20-31 g m-2d-1, （懸浮體系藻類(lèi)生物生產(chǎn)力：7.4 g m-2d-1），脂肪酸甲酯（FAME）濃度（2-2.3 g m-2d-1）也高于懸浮體系（1.0-1.2 g m-2d-1）?；厥盏脑孱?lèi)采用離心法收集，回收率可達到90%以上。

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技術(shù)前景

    如文章開(kāi)頭提到的，Stickney水回收廠(chǎng)通過(guò)RAB系統培養藻類(lèi)，從生物膜皮帶上刮下來(lái)藻類(lèi)生物并制成肥料以獲利。

    在Stickney水回收廠(chǎng)中，從生物膜皮帶上刮下來(lái)藻類(lèi)生物將制作成肥料或供厭氧消化池使用的有機廢物?，F如今，Stickney每天可處理3.6噸富含營(yíng)養物質(zhì)的廢水，每年回收多達7500噸的化肥產(chǎn)品，并以“綠色水晶”命名，在商店中出售。下圖為Stickney水廠(chǎng)出售的“綠色水晶”肥料。

    另一方面，Stickney嘗試用藻類(lèi)處理啤酒廠(chǎng)或乳制品廠(chǎng)產(chǎn)生的廢水。富含豐富有機物的藻類(lèi)生物可通過(guò)厭氧消化處理將有機廢物變?yōu)檎託?。Stickney每天能夠產(chǎn)生約1700立方米沼氣，并嘗試使其變成汽車(chē)燃料（大約每天夠為20輛汽車(chē)提供燃料）。

    此外，一些研究還嘗試將藻類(lèi)生物作為生產(chǎn)原油，生物柴油，生物塑料，丙酮、丁醇、乙醇，飼料(水產(chǎn)養殖和農業(yè)用蛋白質(zhì))，藻青蛋白制品(色素、抗氧化劑)等。

    正如Stickney工程項目總監Tom Kunetz所說(shuō)：“藻類(lèi)能從廢水中回收磷和氮，當您不希望藻類(lèi)生長(cháng)時(shí)，藻類(lèi)會(huì )生長(cháng)并變得令人討厭。但是，如果我們能夠控制藻類(lèi)的生長(cháng)，它將對我們有利?！?/p>