會引起水體富營養(yǎng)化的藻類竟然還能賺錢

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什么是旋轉(zhuǎn)藻類生物膜？

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

    （A）RAB裝置設(shè)計(jì)示意圖；（B）RAB系統(tǒng)；（C）Stickney水回收廠中設(shè)置的RAB反應(yīng)器組（垂直傳送帶高約1.83米，寬0.91米，以連續(xù)的循環(huán)旋轉(zhuǎn)，浸入4600升的廢水中）

    相比于傳統(tǒng)收集懸浮藻類的方法，生物膜反應(yīng)器具有較高的藻類生物量生產(chǎn)力，并且大大節(jié)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(jù)強(qiáng)度，成本，附著力和最終去除培養(yǎng)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?yàn)楦街趲畈牧媳砻嫔系某睗裨孱惻囵B(yǎng)物會持續(xù)生長，因此需要足夠的附著面積。Gross團(tuán)隊(duì)對比了三角形排列，垂直分層放置和垂直排列放置（Stickney水廠所采用的布局）三種布局模式，以7天為測試周期，與單個(gè)的滾道設(shè)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(qū)污水處理廠為例，廢水組成如下：

    設(shè)置旋轉(zhuǎn)藻類生物膜反應(yīng)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(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)。

    試驗(yàn)結(jié)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(xiàn)當(dāng)城市污水被注入藻類生物反應(yīng)器時(shí)，RABR隔離的磷酸鹽是懸浮培養(yǎng)系統(tǒng)的六倍。

    此外，該水廠初始廢水TSS在2天后減少了50%，4天后減少了90%。藻類生物量生產(chǎn)力為20-31 g m-2d-1, （懸浮體系藻類生物生產(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）。回收的藻類采用離心法收集，回收率可達(dá)到90%以上。

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技術(shù)前景

    如文章開頭提到的，Stickney水回收廠通過RAB系統(tǒng)培養(yǎng)藻類，從生物膜皮帶上刮下來藻類生物并制成肥料以獲利。

    在Stickney水回收廠中，從生物膜皮帶上刮下來藻類生物將制作成肥料或供厭氧消化池使用的有機(jī)廢物?，F(xiàn)如今，Stickney每天可處理3.6噸富含營養(yǎng)物質(zhì)的廢水，每年回收多達(dá)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水廠出售的“綠色水晶”肥料。

    另一方面，Stickney嘗試用藻類處理啤酒廠或乳制品廠產(chǎn)生的廢水。富含豐富有機(jī)物的藻類生物可通過厭氧消化處理將有機(jī)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燃料（大約每天夠?yàn)?0輛汽車提供燃料）。

    此外，一些研究還嘗試將藻類生物作為生產(chǎn)原油，生物柴油，生物塑料，丙酮、丁醇、乙醇，飼料(水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)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(xiàng)目總監(jiān)Tom Kunetz所說：“藻類能從廢水中回收磷和氮，當(dāng)您不希望藻類生長時(shí)，藻類會生長并變得令人討厭。但是，如果我們能夠控制藻類的生長，它將對我們有利。”