会引起水体富营养化的藻类竟然还能赚钱

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什么是旋转藻类生物膜？

    旋转藻类生物膜（RAB），正如它的名字一样，是一种利用藻类生物附着于贴壁材料并固定在滚筒式装置上，旋转浸于富含藻类生长所需营养物质的废水中（同时控制空气中CO2浓度）。藻膜长至一定厚度时，人工刮取采收附着于生物膜上的藻类生物。装置图如下：

    （A）RAB装置设计示意图；（B）RAB系统；（C）Stickney水回收厂中设置的RAB反应器组（垂直传送带高约1.83米，宽0.91米，以连续的循环旋转，浸入4600升的废水中）

    相比于传统收集悬浮藻类的方法，生物膜反应器具有较高的藻类生物量生产力，并且大大节省了占地面积。

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生物膜材质和装置布局

    Bergstedt等人测试了64种材料，根据强度，成本，附着力和最终去除培养物的容易程度四个方面确定管状棉质织物是最佳的贴壁材料。下图为几种材料测试效果。

    因为附着在带状材料表面上的潮湿藻类培养物会持续生长，因此需要足够的附着面积。Gross团队对比了三角形排列，垂直分层放置和垂直排列放置（Stickney水厂所采用的布局）三种布局模式，以7天为测试周期，与单个的滚道设置相比，生产率提高如下：

    三角形排列：增加147％。

    垂直分层放置：增加380％。

    垂直排列放置：增加470％。

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效果研究

    以美国犹他州北部的洛根地区污水处理厂为例，废水组成如下：

    设置旋转藻类生物膜反应器（RABR）组，每组含有5个滚筒，光合周期为14 h，水力停留时间为4.8天，每48 h补充营养物质。

    试验结束时，79%的磷存在于生物膜中，9%悬浮或沉淀，剩下的12%存在于废水中。在另一研究中，Christenson发现当城市污水被注入藻类生物反应器时，RABR隔离的磷酸盐是悬浮培养系统的六倍。

    此外，该水厂初始废水TSS在2天后减少了50%，4天后减少了90%。藻类生物量生产力为20-31 g m-2d-1, （悬浮体系藻类生物生产力：7.4 g m-2d-1），脂肪酸甲酯（FAME）浓度（2-2.3 g m-2d-1）也高于悬浮体系（1.0-1.2 g m-2d-1）。回收的藻类采用离心法收集，回收率可达到90%以上。

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技术前景

    如文章开头提到的，Stickney水回收厂通过RAB系统培养藻类，从生物膜皮带上刮下来藻类生物并制成肥料以获利。

    在Stickney水回收厂中，从生物膜皮带上刮下来藻类生物将制作成肥料或供厌氧消化池使用的有机废物。现如今，Stickney每天可处理3.6吨富含营养物质的废水，每年回收多达7500吨的化肥产品，并以“绿色水晶”命名，在商店中出售。下图为Stickney水厂出售的“绿色水晶”肥料。

    另一方面，Stickney尝试用藻类处理啤酒厂或乳制品厂产生的废水。富含丰富有机物的藻类生物可通过厌氧消化处理将有机废物变为沼气。Stickney每天能够产生约1700立方米沼气，并尝试使其变成汽车燃料（大约每天够为20辆汽车提供燃料）。

    此外，一些研究还尝试将藻类生物作为生产原油，生物柴油，生物塑料，丙酮、丁醇、乙醇，饲料(水产养殖和农业用蛋白质)，藻青蛋白制品(色素、抗氧化剂)等。

    正如Stickney工程项目总监Tom Kunetz所说：“藻类能从废水中回收磷和氮，当您不希望藻类生长时，藻类会生长并变得令人讨厌。但是，如果我们能够控制藻类的生长，它将对我们有利。”