周長(zhǎng)仁，馮騫,2，張凱杰，羅來威，張逸，郭文，駱苗苗

(1.河海大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210098；2.河海大學(xué) 淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098)

微藻生長(zhǎng)速度快且含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可作為各類高附加值生物產(chǎn)品(如生物柴油、生物飼料等)的原料[1-2]，因此其工業(yè)化培養(yǎng)越來越受到人們重視。懸浮培養(yǎng)是目前應(yīng)用最廣泛的微藻培養(yǎng)方式，其代表性裝置為開放跑道池[3](Raceway ponds，RWP)和各種密閉的光反應(yīng)器[4](Photobioreactors，PBRs)。RWP操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)營(yíng)和投資的成本低，是微藻商業(yè)化生產(chǎn)的主要設(shè)施[5]。但RWP存在許多不足，例如生物量生產(chǎn)率低、水分蒸發(fā)嚴(yán)重、極易受到污染等[6]。針對(duì)RWP的缺點(diǎn)，研究者開發(fā)出了各種PBRs，根據(jù)形狀可分為管狀光生物反應(yīng)器、平板光生物反應(yīng)器和箔狀光生物反應(yīng)器[7]。PBRs對(duì)養(yǎng)分、光照和溫度等參數(shù)的有效控制顯著提高了微藻的生產(chǎn)效率；封閉的空間避免了外界環(huán)境對(duì)微藻培養(yǎng)液的污染和水分的大量蒸發(fā)[8]。但PBRs過高的表面積體積比導(dǎo)致了反應(yīng)器內(nèi)嚴(yán)重的光抑制和氧氣積聚；技術(shù)的復(fù)雜性又導(dǎo)致建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本高昂[9]。由于缺乏高效、低成本的大規(guī)模種植技術(shù)，目前以微藻為原料生產(chǎn)各類產(chǎn)品并不具備經(jīng)濟(jì)可行性。

近年來，一種新的微藻培養(yǎng)模式——生物膜培養(yǎng)引起了人們的極大興趣。在這種培養(yǎng)模式中，微藻細(xì)胞附著在固體基質(zhì)表面以生物膜的形式生長(zhǎng)，培養(yǎng)裝置運(yùn)行穩(wěn)定性高且需水量低，在微藻生物膜生長(zhǎng)成熟后，可直接通過機(jī)械手段刮取藻細(xì)胞，操作簡(jiǎn)單，技術(shù)難度低，可使采收成本大幅度降低[10]。本文分類介紹了目前常見的微藻生物膜培養(yǎng)裝置，總結(jié)了其在微藻培養(yǎng)及污水處理領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)其未來的發(fā)展方向進(jìn)行了討論。

1 藻類生物膜培養(yǎng)裝置

微藻生物膜培養(yǎng)裝置是微藻生物膜技術(shù)由理論研究邁向工業(yè)化生產(chǎn)所需的條件。為了使微藻生物膜培養(yǎng)裝置的性能達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的要求，研究者設(shè)計(jì)了各種類型的反應(yīng)器。目前常見的藻類附著培養(yǎng)裝置有藻萍凈水系統(tǒng)(Algal turf scrubber units，ATS)、旋轉(zhuǎn)光生物反應(yīng)器(Revolving algal biofilm，RAB)、多孔介質(zhì)光生物反應(yīng)器(Porous substrate bioreactors，PSBR)以及附著-懸浮光生物反應(yīng)器。

1.1 藻萍凈水系統(tǒng)

ATS裝置是最早出現(xiàn)的微藻生物膜培養(yǎng)裝置，這種滿液式的連續(xù)流反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，利用水泵驅(qū)動(dòng)培養(yǎng)液在生物膜表面流過，借助水流的擾動(dòng)打破氣液界面的擴(kuò)散邊界層，增加CO2和養(yǎng)分的傳輸效率[11]。但是流經(jīng)生物膜表面的水層也會(huì)導(dǎo)致光的散射，降低了光能利用率。

圖1 藻萍凈水系統(tǒng)

ATS在污水廠出水深度處理，養(yǎng)殖廢水處理及農(nóng)業(yè)用水處理等方面應(yīng)用都十分廣泛。Rupert等利用ATS處理二沉池出水，取得了35 g/(m2·d)的生物質(zhì)產(chǎn)量[11]。Ozka等研究發(fā)現(xiàn)利用ATS生產(chǎn)1 kg 微藻生物質(zhì)所需要水僅為懸浮培養(yǎng)的55%，且能耗降低了99.7%[12]。近年來一些研究者通過對(duì)載體的改進(jìn)，顯著提高了ATS的性能。Walter等研究了平滑載體和3D載體在提高藻類產(chǎn)量和去除養(yǎng)分方面的區(qū)別[13]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在平滑的載體上的年平均生產(chǎn)力為15.4 g/(m2·d)，在3D載體上，產(chǎn)量提高到39.6 g/(m2·d)，去掉夏季高溫期，產(chǎn)量達(dá)到47.7 g/(m2·d)。此外使用3-D載體的ATS氮磷去除率是平坦載體的3.5倍。Zhang等使用木質(zhì)纖維素材料(松木鋸末、稻殼、甘蔗渣等)作為藻類細(xì)胞附著的載體，生物質(zhì)產(chǎn)量最高可達(dá)到10.92 g/(m2·d)[14]。收獲時(shí)不用將微藻生物質(zhì)與木質(zhì)纖維素分離，混合物可以直接作為生物能源生產(chǎn)的原料。

1.2 旋轉(zhuǎn)光生物反應(yīng)器

根據(jù)旋轉(zhuǎn)生物接觸器的原理，研究者設(shè)計(jì)了見圖2的旋轉(zhuǎn)藻盤光生物反應(yīng)器(Algadisk)。通過電機(jī)帶動(dòng)圓盤旋轉(zhuǎn)，使藻細(xì)胞周期性地與培養(yǎng)液和空氣接觸，當(dāng)藻細(xì)胞浸入培養(yǎng)液時(shí)，吸收營(yíng)養(yǎng)基內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；當(dāng)藻細(xì)胞進(jìn)入空氣時(shí)，直接從空氣中吸收二氧化碳和光能[15]。這種培養(yǎng)方式提高了微藻在載體上的牢固性，更有利于微藻生物質(zhì)的積累。

圖2 旋轉(zhuǎn)光生物反應(yīng)器

基于Algadisk的原理，研究者開發(fā)了中試規(guī)模的旋轉(zhuǎn)光生物反應(yīng)器，并將其與污水處理聯(lián)合，利用污水中的氮、磷等元素作為營(yíng)養(yǎng)物來源，不但降低培養(yǎng)成本，也能對(duì)污水進(jìn)行凈化。Logan等發(fā)明了旋轉(zhuǎn)筒式藻類生物膜反應(yīng)器，利用纏繞了繩索的滾筒狀不銹鋼框架代替了旋轉(zhuǎn)藻盤光生物反應(yīng)器中的圓形轉(zhuǎn)盤，微藻細(xì)胞附著在繩索上生長(zhǎng)[16]。當(dāng)生物膜達(dá)到一定厚度后利用配套的收割裝置擠壓繩子收獲藻類生物量，一定程度上實(shí)現(xiàn)了微藻生物膜的機(jī)械化收獲[16]。Wen等開發(fā)出了一種旋轉(zhuǎn)輥軸藻類生物膜反應(yīng)器，將載體材料纏繞到兩個(gè)輥軸上，通過輥軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)載體轉(zhuǎn)動(dòng)[17]。

1.3 多孔介質(zhì)光生物反應(yīng)器

PSBR反應(yīng)器(圖3a)最初被用作藻類生物傳感器，但后來被廣泛應(yīng)用于微藻培養(yǎng)[18]。

圖3 多孔介質(zhì)光生物反應(yīng)器

PSBR 反應(yīng)器由多個(gè)豎直單元平行排列組成，每個(gè)單元由微藻附著層和多孔介質(zhì)營(yíng)養(yǎng)供給層構(gòu)成。培養(yǎng)液在泵的驅(qū)動(dòng)下在多空介質(zhì)層內(nèi)循環(huán)，在毛細(xì)力和重力的作用下擴(kuò)散到微藻附著層，微藻源源不斷的獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生長(zhǎng)[19]。PSBR反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)在于：(1)通過各單元的豎直布置解決了培養(yǎng)系統(tǒng)占地面積的問題，大大提高了單位土地面積上微藻生物質(zhì)的生產(chǎn)力[20]；(2)微藻生物膜直接暴露在空氣中，更有利于CO2和光照的傳遞，還可以根據(jù)光照強(qiáng)度調(diào)節(jié)各垂直單元之間的距離，避免光限制或光抑制現(xiàn)象[21]；(3)微藻生物膜不直接和培養(yǎng)液接觸，完全避免了水流對(duì)生物膜的沖刷作用[20]。

目前大部分的PSBR裝置營(yíng)養(yǎng)基的循環(huán)通過泵驅(qū)動(dòng)，這是除了微藻收獲外最大的能源消耗工序。研究者依據(jù)植物的蒸騰作用開發(fā)了一種新型的PSBR裝置(圖3b)，利用蒸騰力和毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在多孔介質(zhì)層的傳輸，在能源節(jié)約方面有重大意義[22]。然而，目前這種類型的PSBR反應(yīng)器并不是十分完善，存在著由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)傳輸不足導(dǎo)致微藻生物量生產(chǎn)力低的問題[22]。

1.4 附著-懸浮光生物反應(yīng)器

根據(jù)活性污泥法中流化床和固定床的原理，一些研究者通過額外投加載體的方式對(duì)藻類懸浮培養(yǎng)裝置進(jìn)行了強(qiáng)化，得到了一些懸浮與附著相結(jié)合的光生物反應(yīng)器。Zhang等將珊瑚絨材料作為載體強(qiáng)化跑道池處理生活污水，COD、TN、TP的去除率分別可達(dá)86.61%,73.68%,89.85%，最高生物質(zhì)生產(chǎn)力可達(dá)8.1 g/(m2·d)[23]。Zhuang等將亞麻載體投加到PBR反應(yīng)器中，發(fā)現(xiàn)載體的加入使微藻生物量最大增加30%[24]。

適量的載體的加入并不會(huì)對(duì)反應(yīng)器中懸浮生長(zhǎng)的藻類產(chǎn)生光抑制，研究表明,附著-懸浮光生物反應(yīng)器中懸浮生長(zhǎng)的藻類生物量生產(chǎn)力與單純的懸浮培養(yǎng)體系差距不大，因此附著在載體上的藻類生物量可以看作微藻生物量的增量[25]。除此之外，隨著載體的加入，曝氣產(chǎn)生的氣泡在反應(yīng)器中的停留時(shí)間大大增加，提高了二氧化碳的利用效率，這也是附著-懸浮光生物反應(yīng)器生物量產(chǎn)率提高的原因之一[24]。

2 微藻生物膜培養(yǎng)裝置的優(yōu)勢(shì)

微藻生物膜培養(yǎng)裝置可以有效避免懸浮培養(yǎng)裝置中諸如CO2傳質(zhì)效率低，光和水利用效率低，藻細(xì)胞收獲困難等一系列問題。

2.1 CO2傳質(zhì)效率高

在懸浮培養(yǎng)裝置中，液體培養(yǎng)基將微藻細(xì)胞與周圍的氣相分離，CO2必須克服氣液界面才能進(jìn)入培養(yǎng)液中被藻類細(xì)胞利用。由于較低的傳質(zhì)效率，懸浮培養(yǎng)裝置中培養(yǎng)液CO2濃度對(duì)微藻細(xì)胞的生長(zhǎng)有顯著影響。目前大多通過曝氣或攪拌的方式為微藻生長(zhǎng)提供充足的無機(jī)碳源，但這樣做不僅會(huì)增加生產(chǎn)成本，強(qiáng)攪拌或曝氣帶來的水流剪切力也會(huì)干擾微藻的生長(zhǎng)。微藻生物膜培養(yǎng)裝置中藻細(xì)胞可以長(zhǎng)期或間歇性的暴露在空氣中直接接觸氣態(tài)CO2，擴(kuò)散路徑短，傳質(zhì)效率高，有效解決了CO2供應(yīng)問題[21]。研究發(fā)現(xiàn)在沒有CO2供應(yīng)裝置的微藻生物膜培養(yǎng)裝置中微藻依舊可以快速生長(zhǎng)[17]。這可能是微藻生物膜中CO2傳質(zhì)效率高，即使在較低的CO2濃度水平下，微藻仍能從氣相吸收足夠的CO2作為碳源[26]。

2.2 光照利用效率高

在懸浮培養(yǎng)裝置中，約10%的總?cè)肷淇梢娸椛涔庖驗(yàn)榉瓷湓谒?空氣表面消散，光照利用效率不高。在微藻生物膜培養(yǎng)裝置中，藻細(xì)胞長(zhǎng)期或間歇性暴露在空氣中，這部分光損失可以被微藻有效捕獲用于光合作用。其次，由于光照直接作用于藻細(xì)胞，懸浮培養(yǎng)中普遍存在的光穿透問題也在微藻生物膜培養(yǎng)裝置中得到了很大的緩解。Huang等比較了光照在不同培養(yǎng)體系的穿透性，隨著微藻懸浮體的面積生物量密度從0增加到10 g/m2，懸浮體的輸出光強(qiáng)迅速?gòu)?20 μmol· m2/s下降到3 μmol· m2/s，此時(shí)10 g/m2,生物膜的輸出光強(qiáng)為59 μmol· m2/s[26]。當(dāng)生物膜生物量密度增加到40 g/m2時(shí)，透過微藻生物膜的光強(qiáng)仍為6.06 μmol· m2/s，研究結(jié)果表明,光穿透生物膜比穿透微藻懸浮液更容易[26]。Tredici等也報(bào)道了類似的結(jié)果[27]。

2.3 水的利用效率高

對(duì)微藻工業(yè)化生產(chǎn)來說，巨大的用水量是一個(gè)難以承受的負(fù)擔(dān)。相關(guān)研究表明，在懸浮培養(yǎng)裝置中生產(chǎn)1 t微藻要消耗200 t的水[27]。但在微藻生物膜培養(yǎng)裝置中，僅需少量培養(yǎng)基流經(jīng)生物膜表面即可維持微藻正常生長(zhǎng)，這為大幅度降低藻類培養(yǎng)的需水量提供了可能[21]。Ozkan等研究發(fā)現(xiàn)，使用附著培養(yǎng)裝置生產(chǎn)1 kg的微藻需要約1 600 L的水，與開放池塘相比減少了45%[12]。Gross等在能量平衡分析的基礎(chǔ)上，建立了RAB系統(tǒng)蒸發(fā)失水模型，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，雖然RAB的蒸發(fā)損失較高，但每單位生物量的耗水量?jī)H為跑道池的26%[28]。

2.4 土地利用率高

相比于懸浮培養(yǎng)裝置，微藻生物膜培養(yǎng)裝置獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)會(huì)大幅度提高土地利用率。在懸浮培養(yǎng)裝置中，因?yàn)楣獾拇┩赶拗?，水的深度有限，垂直方向的空間難以有效利用。微藻生物膜培養(yǎng)裝置多采用平行豎直布置，單位土地面積上的生物培養(yǎng)面積遠(yuǎn)超過懸浮培養(yǎng)裝置，顯著提高了土地的空間利用效率[29]。這意味著在相同面積的土地上微藻生物膜培養(yǎng)裝置擁有更高的生物量生產(chǎn)力和廢水處理能力。Liu等研究發(fā)現(xiàn)，以生物膜形式培養(yǎng)的微藻單位面積生產(chǎn)力能達(dá)到50～80 g/(m2·d)，是生物量生產(chǎn)力懸浮培養(yǎng)的4～7倍，這在土地緊張的地區(qū)意義重大[21]。

藻類被廣泛認(rèn)為可以有效去除生活污水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，然而城市有限且昂貴的土地限制了藻類懸浮培養(yǎng)裝置在污水處理中的應(yīng)用。微藻生物膜培養(yǎng)裝置較高的土地利用效率為藻類在污水處理領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提供了可能。

2.5 微藻收集方便

懸浮培養(yǎng)裝置中藻細(xì)胞密度非常低，RWP中藻類細(xì)胞濃度僅為0.5 g/L(藻類干重0.05%或含水量99.95%)，PBRs中約為 2～6 g/L(藻類干重0.2%～0.6%或含水量99.4%～99.8%)[30]。此外藻細(xì)胞密度與水相近，尺寸僅微米大小(2～30 μm)[31]。這導(dǎo)致從懸浮培養(yǎng)系統(tǒng)中收獲藻類是一件非常困難的事情。目前常用的絮凝沉降-離心工藝需消耗大量的能量和時(shí)間才能收獲藻類[32]。最近一項(xiàng)關(guān)于微藻生產(chǎn)生物燃料的技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究報(bào)告表明，從懸浮培養(yǎng)基中收獲藻細(xì)胞的花費(fèi)占總成本的 20%～30%[30]。除此之外，有研究表明化學(xué)絮凝劑的大量使用還會(huì)對(duì)藻細(xì)胞和環(huán)境造成破壞。

為了降低成本，研究者又開發(fā)了基于藻類-細(xì)菌、藻類-真菌或藻類-藻類相互作用的生物絮凝技術(shù)[33]。這種方法可以高效且節(jié)能的捕獲懸浮藻細(xì)胞，而且一般不會(huì)造成二次污染。但生物絮凝同樣存在不足之處，如果使用細(xì)菌或真菌促進(jìn)藻類絮凝，在收獲的藻類中往往會(huì)含有一定數(shù)量的細(xì)菌或真菌，目前的技術(shù)水平無法將細(xì)菌或真菌和藻類有效分離，收獲的藻類僅能用來生產(chǎn)生物燃料，無法用來生產(chǎn)各種高附加值的生物產(chǎn)品[34]。藻類-藻類生物絮凝不需要對(duì)收獲的藻細(xì)胞進(jìn)行分離處理，但具有自絮凝能力的微藻種類和數(shù)量并不是很多，往往需要對(duì)非絮凝藻株進(jìn)行基因工程改造，這又對(duì)生態(tài)安全造成了潛在威脅[35]。

在微藻生物膜培養(yǎng)裝置中，微藻附著在材料表面以生物膜的形式生長(zhǎng)，天然地與培養(yǎng)基分離，可以通過機(jī)械刮取的方式收獲，不需要離心等高能耗過程。研究表明，刮取收獲的生物質(zhì)中藻細(xì)胞含量約為10%～20%，與懸浮培養(yǎng)絮凝-離心步驟處理后的藻液濃度相近，完全可以滿足下游處理的需要[17]。

3 微藻生物膜培養(yǎng)裝置在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用

Pittman等回顧了藻類生物燃料生產(chǎn)的潛力，認(rèn)為基于目前的技術(shù)，不使用廢水的藻類養(yǎng)殖不具有經(jīng)濟(jì)可行性[36]。Lundquist等分析了藻類廢水處理與生物燃料生產(chǎn)的幾種不同案例，認(rèn)為只有使用廢水作為培養(yǎng)基才能生產(chǎn)具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的生物燃料[37]。因此微藻生物膜技術(shù)在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用前景受到人們的廣泛關(guān)注，相關(guān)研究結(jié)果表明，在水處理領(lǐng)域微藻生物膜技術(shù)比懸浮培養(yǎng)更具潛力，具體表現(xiàn)在以下幾方面。

(1)微藻生物膜培養(yǎng)裝置避免了懸浮培養(yǎng)中普遍存在的沖刷問題。微藻基于同化作用吸收廢水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此反應(yīng)器中微藻生物量是影響廢水處理效率的關(guān)鍵因素。廢水中氮磷的濃度遠(yuǎn)低于BG11等培養(yǎng)基中氮磷的濃度，因此需要高供給流量才能維持微藻的生長(zhǎng)，但這也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的沖刷問題，不利于維持反應(yīng)器中高生物量和出水水質(zhì)。在微藻生物膜培養(yǎng)裝置中，微藻附著在載體上生長(zhǎng)，可以有效地避免沖刷問題，藻類生物量生產(chǎn)力和養(yǎng)分去除效率顯著提高[38]。

(2)微藻生物膜培養(yǎng)裝置對(duì)污染物的去除效果更強(qiáng)。微藻胞外聚合物為微藻類提供了大量官能團(tuán)和結(jié)合位點(diǎn)，這些官能團(tuán)及結(jié)合位點(diǎn)可以通過靜電作用或絡(luò)合作用與污染物相結(jié)合，提高了微藻對(duì)污染物具有良好的去除效果[39]。研究表明，微藻胞外聚合物含量越高，微藻對(duì)污染物的去除效果越強(qiáng)[40]。微藻生物膜系統(tǒng)胞外聚合物的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于懸浮體系，因此對(duì)污染物的去除效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過懸浮藻類。王愛麗等研究了不同生長(zhǎng)模式下銅綠微囊藻球?qū)铣晌鬯形廴疚锏娜コ?，?jīng)過5 d的處理，生物膜中銅綠微囊藻對(duì)合成污水中P的去除率為69.19%，N的去除率達(dá)到了92.92%，而懸浮生長(zhǎng)的銅綠微囊藻的去除效果相對(duì)差很多,P和N的去除率分別只達(dá)到了26.77%和36.54%[38]。

微藻生物膜培養(yǎng)裝置在處理工業(yè)廢水時(shí)更具優(yōu)勢(shì)。黃國(guó)蘭等研究了蛋白核小球藻對(duì)染料深棕NM的去除效果，兩天內(nèi)小球藻生物膜對(duì)染料的去除率可達(dá)80.5%，而懸浮小球藻僅為18.5%[41](黃國(guó)蘭，孫紅文，宋志慧，等,2000)[40]。Travieso等研究了微藻生物膜對(duì)合成廢水中鈷(3 mg/L)的去除效果，10 d后鈷的去除率高達(dá)94.5%[42]。Orandi等研究了絲狀藻生物膜對(duì)酸性礦山廢水中多種重金屬的去除，結(jié)果表明，銅、鎳的最大去除率可達(dá)初始濃度的50%，錳和鋅的最大去除率分別達(dá)到40%和45%[43]。

(3)微藻生物膜培養(yǎng)裝置耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)。微藻生物膜培養(yǎng)裝置中的微藻及其他微生物聚集成群以生物膜的形式生長(zhǎng)，在局部構(gòu)成了穩(wěn)定的微環(huán)境，對(duì)pH、溫度、濁度、毒性沖擊等的抵抗力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過懸浮培養(yǎng)裝置[44]。即使在極端脅迫下部分微生物消失，其余的微生物仍然能夠存活，從而保證了微藻生物膜在極端環(huán)境下的生長(zhǎng)。此外，微藻生物膜豐富的胞外聚合物也能夠緩解極端環(huán)境對(duì)微藻細(xì)胞的破壞。Orandi等研究發(fā)現(xiàn)，即使在重金屬濃度極高的礦山廢水中，以藍(lán)細(xì)菌和綠藻為主要物種的生物膜依舊能夠存活，并且可以有效吸附廢水中的重金屬[43]。

由于設(shè)計(jì)原理不同，各種微藻生物膜培養(yǎng)裝置適用于不同種類的污水，表1詳細(xì)介紹了微藻生物膜培養(yǎng)裝置在水處理領(lǐng)域的表現(xiàn)。

表1 微藻生物膜培養(yǎng)裝置在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用情況

4 結(jié)論與展望

具有良好性能的微藻生物膜培養(yǎng)裝置是微藻工業(yè)化生產(chǎn)的必備條件，截止到目前為止已經(jīng)有很多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究且取得了頗多的成果，但關(guān)于微藻生物膜培養(yǎng)裝置的研究還存在一定的局現(xiàn)性，有待進(jìn)一步的研究。

(1)在已報(bào)道的微藻附著培養(yǎng)裝置中，絕大多數(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，中試規(guī)模的系統(tǒng)到目前為止也非常有限，只有ATS系統(tǒng)得到了商業(yè)化應(yīng)用，到目前為止還無法進(jìn)行可靠的成本分析。在今后的研究中應(yīng)著眼于將微藻生物膜培養(yǎng)裝置應(yīng)用于工業(yè)化規(guī)模的生產(chǎn)環(huán)境。

(2)目前研究中涉及的各種微藻生物膜培養(yǎng)裝置在接種和采收時(shí)大量使用人工，僅少部分研究對(duì)附著培養(yǎng)的機(jī)械自動(dòng)化操作進(jìn)行了討論。在未來更大規(guī)模的微藻生物膜培養(yǎng)裝置中，自動(dòng)化機(jī)械的引入是必然趨勢(shì)，關(guān)于這方面的研究亟待加強(qiáng)。

(3)微藻生物膜培養(yǎng)裝置中，載體材料的性能對(duì)微藻生物膜的微藻的產(chǎn)量和成本決定性作用。具有高表面能的材料(紙、棉制品等)由于良好的附著性能被廣泛地應(yīng)用在各類附著培養(yǎng)裝置上，但這些材料耐久性很差，需要進(jìn)行頻繁的更換，不利于藻類商業(yè)化生產(chǎn)。未來規(guī)?；母街囵B(yǎng)體系中急需一種兼具良好附著性和耐久性的載體材料。