湖泊藍藻資源化再利用技術研究進展

1、湖泊藍藻資源化再利用技術研究進展1. 研究背景1.1藍藻簡介 藍藻又稱藍綠藻，又稱為藍綠藻，是由于光合作用形成的顏色得名，是廣泛出現(xiàn)在世界各地的主要藻種，在淡水中生長的藍藻在水體表面聚集形成水華，或者集中在表面形成藍綠色的浮藻群1，稱藍細菌，屬于原核生物。藍藻目前，人們對多數(shù)藍藻種類還缺乏基本的研究，對有害有毒藍藻的研究相對較多。藍藻是原核生物中最原始、最古老的藻類植物，出現(xiàn)在距今35億年33億年前。作為原核生物，藍藻沒有細胞核，具有真核生物中進行光合作用的主要色素葉綠素a，并在光合作用中釋放出氧氣?，F(xiàn)在已知有1500多種，分布遍及世界各地，能夠適應不同的環(huán)境，特別是對高溫、高鹽有很強的適應性

2、。藍藻偏好中性和堿性水體，部分種類具有氣囊，總氣囊的體積占整個細胞的2%20%,可自主調節(jié)在水體中的垂直位置，這就是它們能夠在湖泊產生趨表聚集的最主要的原因。 藍藻形態(tài)各異，但是以球形單細胞和絲狀藻體為主，多數(shù)藍藻種類以多個細胞被無色透明的膠鞘包裹聚集，形成形態(tài)各異的不定形群體。藍藻的細胞繁殖是簡單的無性分裂。微囊藻是我國湖泊最常發(fā)生的水華藍藻種類。其群體常由幾十個、數(shù)百個甚至上千個單個細胞組成。 藍藻對于光的利用能力非常強。一般高等植物的光能利用率通常是5%6%，而藍藻的光能利用率高達18%，光合效率達43%，是一般農作物的3倍和1.4倍以上。因此，對藍藻進行深入研究將提供很有價值的資料，具

3、有重要的意義。而藍藻體內含有特殊的藻藍蛋白和別藻藍蛋白等營養(yǎng)物質，還具有廣闊的市場和發(fā)展前景。1.2我國湖泊富營養(yǎng)化現(xiàn)狀及危害 湖泊是陸地表面具有一定規(guī)模的天然洼地的蓄水體系，是湖盆、湖水以及水中物質組合而成的自然綜合體。我國是一個多湖泊的國家，約有2萬多個湖泊，占世界天然湖泊的1/10，大于1 km2的天然湖泊就有2 300余個，總面積為71787km，約占全國總面積的8%左右1。湖泊是重要的國土資源，它不僅為人類提供飲用水源，而且在農業(yè)灌溉、工業(yè)生產、水產養(yǎng)殖、航運交通、水力發(fā)電、健身游樂、調節(jié)氣候、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境等許多方面都有重要作用。然而近年來，隨著我國工農業(yè)的迅猛發(fā)展以及城市化進程

4、的加快，工業(yè)廢水、生活污水、農業(yè)灌溉廢水中污染物排放量日益增加，同時，湖泊資源開發(fā)活動加劇，人們環(huán)保意識淡薄，湖泊富營養(yǎng)化問題日益突出。湖泊富營養(yǎng)化是指水體接納過量的氮、磷等營養(yǎng)性物質總氮(TN)達0.2 mg/L，總磷(TP)達0.02 mg/L，使水體中藻類以及其他水生生物異常過度繁殖，水體透明度和溶解氧下降，造成水質惡化，使水域生態(tài)和水功能受到阻礙和破壞，嚴重的甚至發(fā)生水華，給水資源的利用造成破壞，給湖泊水環(huán)境及其生態(tài)系統(tǒng)帶來嚴重后果的過程。1991年：122個湖泊中，51%富營養(yǎng)化；2005年：133個湖泊中，88.6%富營養(yǎng)化。目前我國大約有66%以上的湖泊、水庫處于富營養(yǎng)化的狀況。

5、其中，重富營養(yǎng)化和超富營養(yǎng)化的占到22%以上，而這一趨勢仍在加劇。湖泊的富營養(yǎng)化問題在很大程度上是由于人類活動造成的，如低水平的制造業(yè)產生的工業(yè)廢水，現(xiàn)代化農業(yè)生產中大量流失的農藥、化肥，未經(jīng)處理的城鎮(zhèn)生活污水，高密度水產養(yǎng)殖遺留的剩余餌料，以及航運、旅游等水上活動產生的一些污染物等等，都造成了富營養(yǎng)物質大量輸入湖泊。湖泊生態(tài)系統(tǒng)本身是有一定的自凈能力的，如水草、蘆葦、沉水植物、湖畔濕地等都是天然的凈化器。而現(xiàn)在由于人類對湖泊的圍墾，湖泊沿岸的水利工程等破壞了湖泊的自凈系統(tǒng)，從而造成營養(yǎng)源的輸出途徑減少，營養(yǎng)物質大量過剩，最終形成富營養(yǎng)化。 湖泊水體的富營養(yǎng)化，造成的一個突出問題就是引發(fā)藍藻水

6、華16,17的暴發(fā)。藍藻是水中的浮游植物，當水中的氮、磷等營養(yǎng)鹽濃度大量增加后，為其快速繁殖提供了有利的條件，加上適度的溫度光照等條件，形成藍藻暴發(fā)性生長，漂浮在水面上，從而形成水華。大量的藍藻水華堆積死亡后，還會分解產生對人體及水體生態(tài)系統(tǒng)有害的藻毒素。研究表明，大規(guī)模的河湖藍藻水華暴發(fā)，將造成飲用水源污染，河湖生態(tài)遭到嚴重破壞，水資源的利用效率降低，以及巨大的經(jīng)濟損失。同時，藍藻毒素將影響公眾的健康生活，造成水環(huán)境安全隱患。湖泊富營養(yǎng)化主要有以下幾種危害2; （1）使水體變得腥臭難聞 在富營養(yǎng)狀態(tài)的水體中生長著很多藻類，其中藍藻門的束絲藻屬和魚腥藻屬會散發(fā)出類似豬圈中令人難聞的臭味，而土腥

7、素及硫醇、吲哚、胺類、酮類等厭氧菌的次生代謝產物，則使水體散發(fā)出土腥味、霉腐味、魚腥味等臭味。這種腥臭，一旦向湖泊四周的空氣擴散，將直接影響、干擾人們的正常生活，給人以不舒適的感覺。 （2）降低水體的透明度 在富營養(yǎng)水體中，生長著以藍藻、綠藻為優(yōu)勢種類的大量水藻。這些水藻浮在湖水表面，形成一層“綠色浮渣”，使水的透明度下降到0.2 m，湖水感官性狀大大下降。我國五大淡水湖之一的巢湖，每年都形成以銅綠微囊藻為主的水華，覆蓋巢湖水域面積之半。而我國云南滇池現(xiàn)在也正面臨這樣的狀況，令人擔憂。 （3）影響水體的溶解氧 首先，富營養(yǎng)湖泊的表層密集藻類，使陽光難以透射進入湖泊深層，因而湖底層溶解氧隨之減少

8、。其次，湖泊藻類死亡后不斷地向湖泊沉積，斷地腐爛分解，也將消耗深層水體中大量的溶解氧，嚴重時可能使深層水體的溶解氧消耗殆盡而呈厭氧狀態(tài)。這種厭氧狀態(tài)，可以觸發(fā)或者加速底泥積累和營養(yǎng)物質的釋放，造成水體營養(yǎng)物質的高負荷，形成富營養(yǎng)水體的惡性循環(huán)。 （4）向水體釋放有毒物質 早在一百多年前，F(xiàn)rancis G.首次報道了澳大利亞的亞力山湖中含泡沫節(jié)球藻(Modular mismanage Me rt.)的水體引起家畜和家禽中毒死亡的事件。這之后，Gotham P. R.和Modernize A.等人先后報道淡水藍藻毒素水華在美國、加拿大、南非、南美、日本、印度等國家引起動物死亡。目前已知能夠產生毒

9、素的淡水藍藻大約有11屬25種。最近的研究表明，由藍藻微囊屬、魚腥藻屬、顫藻屬及束絲藻屬的某些種類或品系產生的次生代謝產物微囊藻毒素能損害肝臟，影響蛋白磷酸酶的活動，引起動物中毒和死亡，還具有促癌效應，直接威脅人類的健康和生存。林毅雄等人研究了滇池富營養(yǎng)化的主要藻種銅綠微囊藻對小白鼠的致毒作用，結果表明銅綠微囊藻可使小白鼠肝臟增重，肝臟超微結構發(fā)生明顯變化，致使小白鼠中毒死亡。 （5）影響供水水質并增加制水成本 湖泊常常是生活飲用水和工業(yè)用水的供給水源。富營養(yǎng)水體在作為供給水源時，會給制水廠帶來一系列問題。首先是在夏日高溫藻類增殖旺盛的季節(jié)，過量的藻類會給制水廠在過濾過程中帶來障礙，需要改善或

10、增加過濾措施。其次，富營養(yǎng)水體可能含有硫化氫、甲烷和氨等有毒有害氣體和水藻產生的某些有毒物質，在制水過程中，增加了水處理的技術難度，同時也直接威脅著飲用水的安全問題。 （6）影響水生生態(tài)19 在正常情況下，湖泊水體中各種生物都處于相對平衡的狀態(tài)。一旦水體受到污染而呈現(xiàn)富營養(yǎng)狀態(tài)時，大量魚類因窒息而死亡，水生生物的穩(wěn)定性和多樣性明顯降低，湖泊的生態(tài)平衡遭到破壞。研究表明，隨著湖泊富營養(yǎng)化的發(fā)展，魚的種類和水產品種類明顯減少，同時藻類、浮游動物和底棲動物的種類數(shù)減少而個體豐度急劇增加，水生生物群落生態(tài)平衡受到嚴重破壞，水生生物多樣性明顯下降。 （7）加速湖泊填平、衰亡 隨著富營養(yǎng)化水體中大量藻類的

11、繁殖、死亡、沉積，湖泊的底泥不斷積累，湖床逐漸抬高，湖水變淺，向沼澤轉化，大大加速了湖泊的衰老進程。1.3藍藻資源化利用的意義 藍藻問題是中國湖泊今后面臨的主要問題之一。從環(huán)境方面而言，富營養(yǎng)化水體中失控瘋長藍藻可以稱為“綠色災害”。但從另一個角度，富營養(yǎng)化水體中藍藻高效吸收和消納污染水體中大量的氮、磷及有機污染物，也能起到凈化水質的作用。因此如對其進行研究，使之變害為利、變廢為寶，達到綜合治理的目的，將是一項很有意義的工作。一方面，藻類生長起到了聚磷、固氮的作用，如果我們在藻類腐化前將藻類從水體中分離出來，就等于取走水中的氮、磷，為水體氮、磷的減少做出了貢獻。利用藻類處廢水和人畜廢物早就有研

12、究。藻類的生長速率與水中磷的去除速率成正比關系：不同磷濃度的水體中，藻類除磷最高可達50%；而磷濃度越低，去除效果越好。 另一方面，湖泊的富營養(yǎng)化問題早已成為世界性的難題,對大部分人而言,藍藻的大規(guī)模爆發(fā)無異于一場災難,對生產生活等諸多方面帶來負面影，但從另一個角度來看,如果處理得當藍藻也具有吸納水體中氮、磷及其他有機污染物,凈化水質的作用，并且藍藻含有豐富的營養(yǎng)成分,將其有效資源化,使之變廢為寶!變害為利，將具有重大的環(huán)境、社會和經(jīng)濟意義。藍藻營養(yǎng)成分豐富,在暴發(fā)的時期生長量很大，具有很好的開發(fā)利用前景。特別是近年來對藍的利用己成為生物學、生命保健學、食品工程學等學科研究和開發(fā)的熱點。據(jù)文獻

13、報道，滇池藍藻的氨基酸成份遠遠高于魚腥藻，與螺旋藻不相上下。初步估算，滇池每年可收獲的藍藻鮮重為10 000 t，其中可用于資源化的量約為5 000 t。1 t藍藻干粉可生產藻藍蛋白5080 kg、藻多糖20 kg、藻毒素l kg；同時還可與其它原料混合制成飼料或肥料在農業(yè)上應用。從這一角度來說，各大湖泊富營養(yǎng)化為我們藍藻的綜合利用提供了豐富的原料來源。1.4目前存在的問題 雖然對藍藻資源化利用的研究較多,也提出很多將藍藻變廢為寶的方式和途徑,但藍藻資源化利用一直未能進行產業(yè)化開發(fā)及大規(guī)模應用推廣,分析主要有以下幾方面的原因： 爆發(fā)規(guī)模大且有季節(jié)性、打撈量大且脫水困難、破壁成本高和藻毒素殘留等

14、。近年來在藍藻爆發(fā)期主要將直接打撈藍藻作為應急措施,但是如此多的藍藻被打撈上岸后需要相當大的場所安置,且要防止藍藻水通過滲漏、徑流等途徑重新回到太湖水域造成二次污染，由于藍藻含水率高達97%以上，將其脫水后存放可以解決上述問題，但藍藻本身不易脫水，常規(guī)的脫水方法很難將藻水分離，特殊方法則代價昂貴。此外，藍藻的爆發(fā)具有季節(jié)性，一般只在夏季大規(guī)模暴發(fā)。如果產業(yè)化開發(fā)則需要考慮夏季巨大的處理量和其他季節(jié)原料短缺的問題，并且藍藻在自然條件下堆放，自身會發(fā)生一系列變化，使其營養(yǎng)物質的含量和成分發(fā)生改變，不易于儲存。除上述問題外，在藍藻資源化利用的其他途徑如開發(fā)成飼料、食品、肥料等過程中涉及的環(huán)節(jié)較多，除

15、脫水、去除藻毒素外，還要考慮有益成分的動態(tài)變化等，生產成本、生產過程中是否會產生二次污染、生產出的成品市場競爭力如何等等均有待探索。2. 藍藻資源化國外的研究進展 從國內外藍藻水華應急治理來看，將藍藻從水體中移除，無疑是較為有效的治理手段。藍藻本身攜帶大量的氮和磷元素，將漂浮在水體表面的藍藻移除的同時，可大大降低導致水體富營養(yǎng)化的兩種元素。然而，如不妥善處理，打撈上來的藍藻水容易通過滲漏、徑流重新回到水體中造成二次污染，很難找到合適的場所來消納如此多的藍藻。藍藻資源化無疑是最佳的山路。 目前，藍藻處理途徑主要有發(fā)酵產沼氣、堆肥制有機肥。生產藻藍蛋白,生產天然色素，生產胞外多糖，蛋白質飼料等等。

16、但在其產業(yè)化開發(fā)過程中，藍藻脫水脫毒已逐漸成為藍藻資源化利用的瓶頸20。2.1發(fā)酵產沼氣 藍藻打撈上來后，最簡單、最直接的資源化應用就是厭氧發(fā)酵產沼氣，沼氣作為清潔能源可用于發(fā)電或用作熱源。將藍藻作為生物質原料進行厭氧發(fā)酵產沼氣既可以大規(guī)模產業(yè)化處理，又無需對其進行脫水(含固率38即可)，其發(fā)酵過程中藻毒素也得到一定程度的降解，從而實現(xiàn)藍藻的減量化、無害化和資源化。由于藍藻本身的氮、磷含量高，碳含量較少，在厭氧發(fā)酵的時候常面臨營養(yǎng)不足的問題，相對較好的辦法是和其他有機物混合后進行厭氧發(fā)酵，以彌補含碳量不足的問題。2.2好氧堆肥 堆肥是藍藻資源化的主要工程應用之一。好氧堆肥處理處理藍藻的量較大。

17、堆肥過程中只需要簡單的機械翻堆、通風等操作，相對于其他資源化技術而言，工藝簡單，維護運行費用少。堆肥缺點是需要進行預處理，一方面藻經(jīng)脫水到一定程度后，方能進行厭氧堆肥；另一方面是仍需要添加一些有機物，以彌補自身碳素缺乏的問題。在堆肥過程中，堆體中的有機質呈逐漸減少的趨勢，而全氮呈增加趨勢，碳氮比也呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢。藍藻堆肥經(jīng)過一個月可以達到腐熟,堆肥過程中，兩個堆體微囊藻毒素M cRR含量都呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢，但堆體T由于藻毒素降解菌c Ml的存在藻毒素減少更為明顯。添加氮素固定劑在堆肥前期能促進發(fā)酵，特別是添加過磷酸鈣的處理最高溫度達668。固定劑的添加能促進物料的降解，尤其添加過磷酸鈣的

18、促進作用比較明顯；各氮素固定劑在藍藻堆肥過程中都起到了抑制氮素損失的作用，其中過磷酸鈣和Mg(OH)2與H3PO4?；旌弦簩Φ氐墓潭屎芨?，且對氨氮的固定效果較好。堆肥結束后，添加過磷酸鈣和Mg(OH)2與H3PO4?；旌弦旱膬商幚戆钡榷逊势鸪醴謩e增加。隨著堆肥的進行，各處理堆肥物料中NPK含量均明顯升高，cN比顯著下降，發(fā)芽指數(shù)增加，而且添加氮素固定劑的處理效果更為明顯?？梢姴捎酶邷囟逊屎偷毓潭夹g可有效實現(xiàn)藍藻的資源化利用。2.3制備藻藍蛋白 產沼氣和制肥均可用于大規(guī)模的藍藻治理，但是所產生的經(jīng)濟效益很低，甚至為負值，因此，利用水藻生產高附加值的產品以市場效益帶動水藻華的應急治理具有

19、重要的現(xiàn)實意義。藍藻中含有豐富的蛋白質資源，藻藍蛋白就是其中最有價值的一種。采用“凍融，絮凝，兩步鹽析，透析和雙水相萃取”的提取工藝可以高效、簡便提取及純化藻藍蛋白。2.4提取藍藻色素藍藻中含有豐富的天然色素物質。如葉綠素、胡蘿卜素、藻藍素、葉黃素等。脂溶性色素和水溶性色素可分別通過不同萃取方式提取出來，太湖等淡水湖的藍藻中色素含量比較豐富，100 kg的干藻可分別提取4 kg葉綠素、170 g胡蘿卜素和170 g葉黃素等。目前，螺旋藻中的藻藍素、類胡蘿卜素作為天然色素已用于食品和化妝品中，進行商業(yè)生產。2.5提取胞外多糖 很多藍藻在細胞外能產生大量黏液質的多糖物質，這些多糖通常稱之為細胞外被

20、多糖，是一種生物多聚物，其含量可達細胞干重的5%左右。藍藻胞外多糖具有一定的生理活性，其主要功能有：防止脫水、被其他生物吞噬和抗菌劑的毒害；螯合細胞生命活動所必需的陽離子如Ca2+和Fe2+；其還有絮凝作用，故可作為絮凝劑用于天然湖泊的澄清、灌溉貯存水中固體懸浮物的去除、土壤貯水容量的提高等等，但其絮凝的機理還沒有研究清楚。邵雪玲等人的研究表明藍藻 T.Thirtieth 細胞外多糖經(jīng)純化，進行了抗腹水癌Saar -coma-180活性(體內) 和直接阻礙癌細胞活性(體外) 的研究，顯示出具有一定的抗癌活性和直接阻礙癌細胞活性。目前藍藻產多糖產量較低，尋找高產多糖的藍細菌菌株的工作是今后研究的

21、重要方向。藍藻能夠合成胞外多糖并釋放到細胞外圍及周圍環(huán)境中，這是其為適應復雜多變的環(huán)境而進化出的一種適應性機制作為細胞與外界環(huán)境之間的保護性屏障，藍藻胞外多糖可以起到抵抗干旱紫外輻射生物礦化和原生動物捕食等功能藍藻胞外多糖是一種酸性雜多糖，超過75的多糖由6種以上單糖組成，葡萄糖是出現(xiàn)頻率最高的單糖胞外多糖的性質因種而異，多數(shù)藍藻的胞外多糖呈現(xiàn)陰離子特性，這主要是由于糖醛酸和硫酸基團等帶電基團的存在，硫酸基團同時也是多糖呈抗病毒特性的基礎，而乙?；鶊F縮氨酸部分及脫氧糖等疏水基團的存在使多糖呈乳化特性，因此，藍藻胞外多糖在食品化妝品制藥污水處理等行業(yè)有廣闊的應用前景，藍藻胞外多糖的工業(yè)應用不能將

22、水華藍藻資源化，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益，也能解決打撈藍藻處置難題避免隨意堆放造成的二次污染，但截至目前，仍沒有藍藻胞外多糖類產品出現(xiàn)，理論研究與大批量工業(yè)生產之間仍然有很多技術性問題亟待解決。2.6制備飼料 中科院水生所在20世紀50年代研究表明，找到一種魚腥藻，施用在水稻田中可使其分粟數(shù)、穗數(shù)、粒數(shù)和千粒重都有提高，產量比對照增加24%。60年代初時，蘇聯(lián)、印度、日本等已有研究，在水稻田中接種固氮藍藻，這些藍藻是水生的，適宜在稻田中生長，仍能使水稻獲得增產。稻田中接種固氮藍藻后，水稻長勢良好，秧苗移植后返青快，分蘗力強，稻谷產量提高710%。日本對藍藻資源化利用的措施主要是將藻類作為有機肥料，它

23、的肥效優(yōu)于一般化肥，氮、磷、鉀含量均高于豆餅、紫云英等植物性有機肥料，藍藻中不含對作物及人體有害的重金屬，使用后不會污染土壤。1992年，日本的脫水微囊藻已全部實現(xiàn)肥料化，年產量120180 t。微囊藻在實現(xiàn)資源化利用后，其處理費用下降了30%。藍藻中富含蛋白質，可以利用藍藻這一行至進行飼料化利用。藻毒素是藍藻飼料化利用的主要障礙，它的徹底降解是藍藻飼料化的關鍵。在資源化利用研究過程中，應針對目標資源產物，進行相應工藝的構建，在藻華大規(guī)模爆發(fā)情況下，采用厭氧產沼氣和堆肥制肥料具有較強的優(yōu)勢，在應用場合涉及到農作物和人畜接觸時，要特別注意藻毒素的降解途徑和潛在危害。而生產高附加值的產品，如色素、

24、胞外多糖以及生物柴油都具有較強的吸引性，但制備成本高昂是限制這些技術市場化、工程化的最主要原因。2.7制備生物柴油 據(jù)世界石油俱樂部的數(shù)字，每公頃大豆可生產450 L生物柴油，棕櫚可生6000 L，而每公頃藍藻能生產9萬升生物柴油，而且還可以像農作物一樣在地上種植。而藍藻生物柴油轉化比例占其重量的50%，一些企業(yè)嘗試在塑料大棚內生產藍藻，這樣成本較高，露天種植是唯一降低成本的選擇。但從太湖打撈出來的藍藻含脂類物質較少，只有0.27%，從藍藻中提取油脂制作生物柴油不具有可行性。2.8提取生理活性物質 藍藻提取物被發(fā)現(xiàn)具有抗菌的作用，資料表明，Stonemason rebelliously、phe

25、nomenological-aqua和Arteriosclerosis Maracaibo的甲醇提取物有較好的抑菌效果，Microelectronics和T.Horrifically的水提取物也有明顯的抑菌作用；有的藍藻在篩選中被發(fā)現(xiàn)具有抗病毒的活性，Katharine等發(fā)現(xiàn)他們所篩選出來的藍藻提取物中，5%以上的都具有抗皰疹型病毒活性，另外也有5%以上的具有抗呼吸道合胞病毒的活性，但這些活性物質的結構尚不明確，且大多有毒，用于醫(yī)藥較難，需進一步研究。許多藍藻可提取酶抑制劑，Satsuma Yamagata從藍藻中篩選出一種血管緊張素轉化酶抑制劑，發(fā)現(xiàn)Mi-crochets dinosaur、

26、M. Divisors和M. Heisenberg的水溶性成分和脂溶性成分均顯示較明顯的血管緊張素轉化酶抑制劑活性，并且一些藍藻中所產的色素可以強烈吸收紫外線，從而有可能應用于化妝品領域。從Anaheim Sp. BQ-16-1得到的一種小分子肽可以作用于小鼠離體心，從而可能開發(fā)為一種心臟活性劑。2.9生產單細胞蛋白 藍藻經(jīng)過生物轉化處理得到大量酵母蛋白是一個很有潛力的蛋白質資源，酵母蛋白含量高，營養(yǎng)均衡，目前價格為 6 000 元/噸，可替代豆餅等蛋白質產品，用作飼料行業(yè)的原料。這類研究立足飼料方向，利用酵母發(fā)酵技術轉化藍藻蛋白質、糖類等營養(yǎng)物質，制備符合飼料行業(yè)標準的飼料酵母產品。并且在轉

27、化過程中跟蹤藍藻毒素的降解和去除。3. 藍藻資源化國內的研究進展3.1發(fā)酵產沼氣董詩旭等3進行了滇池新鮮藍藻批量發(fā)酵產沼氣的研究。研究結果表明：將直接從滇池打撈的藍藻液靜置分層除去60%清水后，藍藻的TS為3.39%，VS為93.72%。在平均溫度為20.2的發(fā)酵環(huán)境中，發(fā)酵66 d，藍藻TS產氣潛力為487.3 ml/g，VS產氣潛力為491.0 ml/g，甲烷的平均含量可達64.91%，藍藻TS利用率為54.02%，VS利用率為57.33%。僅以滇池藍藻年產5 000 t（干藻量）計算，每年可產生200多萬m3沼氣，可供給1萬戶城鎮(zhèn)家庭使用。因此，利用藍藻產沼氣是可行的研究方向。 胡萍4將

28、進行了藍藻與厭氧顆粒污泥、消化污泥、剩余污泥分別進行混合厭氧發(fā)酵，分析比較了其產沼氣的能力及藻毒素降解情況。并不同接種物濃度條件下，對藍藻厭氧發(fā)酵產沼氣過程中的各項指標進行比較分析，包括產氣速率、發(fā)酵液 pH、氨氮、多糖和蛋白質等。分別對藍藻進行熱處理、堿法處理和酶法處理后，進行厭氧發(fā)酵，進一步提高藍藻厭氧發(fā)酵產沼氣速率。得出當藍藻與厭氧顆粒污泥、消化污泥、剩余污泥干物質量之比分別為 6:1、5:1、4:1 時，其厭氧發(fā)酵產沼氣量及甲烷含量都達到最高的結論。其中，以厭氧顆粒污泥與藍藻的混合發(fā)酵液產氣效果是最佳，產沼氣效率最高可達 59 ml/g TS，73 ml/g VS，最高甲烷含量為 69

29、%。厭氧顆粒污泥為藍藻厭氧發(fā)酵產沼氣的最佳接種污泥。藍藻厭氧發(fā)酵的最佳接種物濃度為 5%，藍藻厭氧發(fā)酵產氣率為79.26 ml/g VS。熱處理的最佳條件為 100處理 30 min；堿法處理的最佳條件為加堿量 0.06g/g VS；酶法處理的最佳條件為堿性蛋白酶加入量 0.08 ml/g VS；經(jīng)各預處理方法后，藍藻厭氧發(fā)酵產氣量的大小關系為：熱處理>堿處理>酶處理>空白樣；甲烷含量的大小關系為：堿處理>熱處理>酶處理>空白樣。 徐富、李學堯5將藍藻與豬糞這兩種廢棄物生物質能源混合厭氧發(fā)酵，研究太湖藍藻與規(guī)模化養(yǎng)殖場糞便的厭氧消化產甲烷的過程以及發(fā)酵過程中

30、的參數(shù)變化，為豬糞等糞便廢棄物產甲烷過程實現(xiàn)工業(yè)規(guī)?；瘧玫於ɑA。取藍藻與豬糞，按優(yōu)化接種比例 12、pH 值為7. 9、發(fā)酵液濃度 2. 9% ，進行配比。得到發(fā)酵結束后，TS 去除率達 22. 2%，VS 去除率達 25. 2%;COD 的去除率達 87. 44%，COD 的去除率隨氨氮濃度的增加而降低，各反應器所產生的沼氣中甲烷和二氧化碳的含量均能保持在 50% 和 35% 左右，最高甲烷含量達 70%。3.2厭氧耦合反硝化產電 周越6采用傳統(tǒng)雙室MFC反應器作為實驗裝置，將啟動完成的傳統(tǒng)微生物燃料電池陽極基質分別替換為用陳藻上清液和藍藻腐熟液，進行厭氧耦合反硝化產電。傳統(tǒng)雙室微生物燃

31、料電池系統(tǒng)在控制陰極溶解氧濃度的條件下實現(xiàn)同步硝化反硝化脫氮。在連接電路的情況下，微生物燃料電池陰極室內氨氮去除率為866，比開路狀況提高477，平均去除速率為224m/(Lh)，硝酸鹽氮濃度由初始值645 mgL下降為53mgL，去除率為918，平均去除速率為243 m/(Lh)。亞硝酸鹽氮的濃度全程較低，不超過O7mgL。微生物燃料電池中，生物陰極實現(xiàn)反硝化所用電子只有一部分是由陽極經(jīng)外電路提供，還有很大一部分是利用陰極液基質中的碳源進行反硝化。同步硝化反硝化生物陰極微生物燃料電池中，生物陰極是造成電池內阻的主要原因。陰極液DO濃度值為55 mgL時的脫氮效果低于45 m/L的情況，所以控

32、制陰極DO值是實現(xiàn)同步硝化反硝化的必要條件。3.3提取生理活性物質 譚超和張乃明7將藍藻(采自滇池，微囊藻屬96.5%，魚腥藻屬1.66%，束絲藻屬1.72%，綠藻門2.99%，硅藻門0.51%)，經(jīng)測定總固體TS(9.47±0.22)%，揮發(fā)性固體VS 7.39±0.18，pH值6.86±0.01與蘇云金芽孢桿菌菌種Bacillus Liechtensteiner(廣東省微生物菌種保藏中心，菌株標準編號：FSCC(T)115030，GIMCC編號：GIM1.32)進行混合接種。首先將藍藻進行厭氧發(fā)酵，再接種6 ml(接種量2%)已活化的GIM1.32菌種初始pH

33、值為7.0，在(30±1) 條件下，110 r/min，培養(yǎng)48 h取1環(huán)進行革蘭氏染色在x1000倍光學顯微鏡進行細胞學觀察，余下用于晶體蛋白含量及毒效測定。結論是當含固率3%、pH值為7、接種物種齡10 h、接種量2%、培養(yǎng)溫度30 時，不同階段藍藻沼液制備B.t.的晶體蛋白含量、LC50值、T x均低于新鮮藍藻培養(yǎng)基，降低了沼液中營養(yǎng)素的含量，導致沼液隨發(fā)酵時間增加，不利于提高B.t. GIM1.32菌種的毒效。3.4生產蛋白酶 李桂英和蔡宇杰等8以 5%( 種子培養(yǎng)液/基本發(fā)酵培養(yǎng)基) 的接種量接入已滅菌的基本發(fā)酵培養(yǎng)基里進行發(fā)酵，于 30 ，200 r / min 培養(yǎng)，分

34、別間隔 4 h 取樣，離心，取上清液測定蛋白酶活力。最后確定出沙雷氏菌發(fā)酵藍藻生產蛋白酶最為適宜的培養(yǎng)基主要成分，即最佳碳源是蔗糖，最佳速效氮源是尿素，最佳金屬離子( 鹽) 激活劑是 Zn-SO4，最佳表面活性劑是吐溫 80。在單因素實驗中，檢測到最高酶(活) 為 941 U/ml，而且發(fā)酵周期短，培養(yǎng) 18 h 即可達到最高產酶值。3.5制備飼料 徐玉娣9通過藍藻制取氨基酸，將過濾后的藍藻根據(jù)干物質含量加入濃鹽酸,水解，水解完畢后,濾紙過濾,除去未水解的殘渣,濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮,除去大部分鹽酸"濃縮后的水解液用氫氧化鈉溶液調節(jié)pH為2，經(jīng)噴霧干燥機噴霧干燥后，得復合氨基酸粉最后發(fā)現(xiàn)影響

35、氨基酸總量，蘇氨酸含量的因素順序為：酸料比>酸解時間，最佳參數(shù)條件為酸解時間為14h，酸料比為10:1，獲得的氨基酸總量為43.00g/100g，,酸解度為78.05%。影響精氨酸含量的因素順序為:酸料比>酸解時間，最佳酸解參數(shù)條件為酸解時間為14h，酸料比為12:1。影響蛋氨酸含量的因素順序為：酸解時間>酸料比，最佳的參數(shù)條件為酸解12h，酸料比為8:1。影響賴氨酸含量的因素順序為：酸解時間>酸料比，最佳的參數(shù)條件為酸解時間為14h，酸料比為10:1。3.6提取藍藻色素 尹騰10在萃取溫度52，萃取壓力25MPa，萃取時間76min,CO2流量18Kg/h，在乙醇濃度

36、86%，溫度69，時間6.6min，液固比為20:1，萃取2次，的條件下萃取葉綠素a。最后得出類胡蘿卜素萃取得率為0.621土0.009mg/g：葉綠素a提取得率為3.216土0.013mg/g。3.7制備生物油鄭洋11將水華藍藻在最佳工藝條件下（直接加熱，最終反應溫度為500，粒徑小于0.08mm，氮氣流速為100mL/min)進行快速熱解液化反應。得出干燥的水華藍藻破碎后的粒徑分布為：小于 0.125 mm 的占 32.60wt%，介于0.125-0.15 mm之間的占22.00wt%，介于 0.15-0.1875 mm 之間的占 37.50wt%，介于0.1875-0.25mm之間的占7

37、.90wt%。藍藻熱解分為脫水!揮發(fā)份析出和炭化三個階段。藍藻的活化能較低,熱解起始溫度低，區(qū)間大。3.8發(fā)酵產丁酸 呂嫻2在厭氧發(fā)酵前對藍藻進行酸、堿、熱、微波處理，將顆粒污泥與藍藻按物料比1：5(TS)混合,對藍藻分別預處理，采用一次進料,加蒸餾水至650mL,在轉速100r/min,溫度(35土1)下恒溫發(fā)酵。最后得出各預處理方法的最佳條件分別為:酸法預處理為調節(jié)藻液pH值為4;堿法預處理為調節(jié)藻pH值為10;加熱預處理的溫度為80,處理30min;微波預處理的時間為4min。在四種預處理方法中,藍藻厭氧發(fā)酵后丁酸產量的大小順序為:堿處理>熱處理>微波處理>酸處理>

38、;空白樣,其中堿法預處理的丁酸產量及有機酸產量均最高。堿法預處理更符合藍藻快速減量化、資源化的要求。3.9堆肥資源化 崔亞青12將新鮮的11藻泥放入藻泥破壁攪拌池里,池里注水1000 L并按藻泥10%的比例接入溶藻破壁菌株CM1發(fā)酵液,用石灰調節(jié)pH=11,攪拌均勻,12 h攪拌一次,每次搜拌均勾。6 d后取出即為破壁藻泥水。It菜籽與破壁藻泥水,50 L蛋白酶降解菌混合均勻,作為CK。It菜籽與破壁藻泥水,50 L蛋白酶降解菌,50 L微囊藻毒素降解菌CM1 (7.0x10?cells/ml)混合均勻,作為處理T。試驗分為二個處理:CK:藻泥(500kg) +菜籽(1000kg) + 50

39、L蛋白酶降解菌;T:藻泥(500 kg) +菜籽(1000kg) +50 L蛋白酶降解菌+50 L微囊藻毒素降解菌。得出結論：在進行堆肥過程中,堆體中的有機質呈逐漸減少的趨勢,而全氮呈增加趨勢,碳氮比也呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢。藍藻堆肥33天的試驗結果顯示:綜合pH、溫度、有機質變化、總養(yǎng)分變化以及種子發(fā)芽指數(shù)等指標認為,藍藻堆肥經(jīng)過一個月可以達到腐熟。藍藻堆肥中微囊藻毒素顯著減少,由堆肥初期的6.78 ix g/g最后下降為0.63 pg/g,堆肥結束時藻毒素降解率達到90.71%。4. 結論與建議 我們應當按流域的角度治理湖泊，從立法的高度管理湖泊，對防治技術與科學管理并重，綜合使用法律、行政、

40、經(jīng)濟、市藍藻預測、預警和預防治理，將藍藻水華消滅在發(fā)生之前；在水華發(fā)生時做好應急工作；在水華發(fā)生后加大控制力度，減輕其危害程度，控制其危害范圍。向社會尤其可能發(fā)生水華的湖泊河流沿岸的群眾和單位做好宣傳、警示工作。宣傳工作包括關于藍藻水華的危害、產生原因、治理方法等方面的知識普及，還有保護水源、減少排污等方面的教育；警示是關于即將發(fā)生的水華的通告以及應對措施等。目前在我國藍藻水華治理工作中的一些問題中有兩個值得我們關注，“即缺少正式的公眾參與機制和信息溝通渠道”。來自公眾的監(jiān)督聲音不強，這是一個值得加強的力量。應當在制度建設方面促進公眾參與，并為公眾參與提供便利。例如可以籌集治理基金，獎勵、補助沿湖群眾撈取藍藻作為肥料和利用湖灘種植蘆葦、茭草等水生植物，并且誰種、誰管、誰有。如果調動了沿湖千家萬戶群眾的積極性，對遏制湖泊富營養(yǎng)化和控制藍藻水華將起到重大作用。由于部門分割等原因，有關管理機構與其他相關部門之間的協(xié)商合作機