1、我國(guó)污水處理脫氮除磷和富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)是水污染防治領(lǐng)域長(zhǎng)期未能解決的問(wèn)題。污水處理時(shí)脫氮除磷的性能不穩(wěn)定，污水中氮磷肥源不能回收。富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)中的兩個(gè)核心問(wèn)題—除磷和抑制微型藻生長(zhǎng)也未能有效解決，致使我國(guó)地表水水華爆發(fā)頻率日益增加。本研究針對(duì)污水處理和富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)所面臨的上述問(wèn)題，以水綿（Spirogyra sp.）、團(tuán)集剛毛藻（Cladophora glomerata）為代表，研究了大型絲狀綠藻去除氮磷污染物以及抑制微型藻類生

2、物生長(zhǎng)的性能與機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，研究了大型絲狀綠藻用于城市污水處理、富營(yíng)養(yǎng)化水體生物修復(fù)的效果，并評(píng)價(jià)了這些技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的可行性。
　　用TP濃度小于1.6mg/L、TN濃度小于16mg/L的模擬富營(yíng)養(yǎng)化湖水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Spirogyra和 Cladophora可以有效地去除水中磷，適當(dāng)?shù)腘H4+-N/TN比例有利于除磷。Spirogyra和 Cladophora除氮時(shí)，優(yōu)先去除NH4+-N，只有當(dāng)NH4+-N基本去除時(shí)，NO

3、3--N濃度才開(kāi)始降低。
　　用TP濃度達(dá)到6.8mg/L、TN達(dá)到45mg/L、NH4+-N達(dá)到33mg/L、CODcr接近100mg/L的系列預(yù)處理生活污水為處理對(duì)象，研究了Spirogyra和Cladophora處理城市污水的性能，發(fā)現(xiàn)兩株大型絲狀綠藻可以有效地去除水中的TP、NH4+-N和CODcr，對(duì)NO3--N也有一定的去除效果。當(dāng)TP為6mg/L、TN為39mg/L、Spirogyra用量為1.65g/L（以濕重計(jì)）

4、時(shí)，處理6d后，TP去除率約為90％，TN去除率約為60%。TN去除率隨NH4+-N/TN升高而增加，但NH4+-N/TN對(duì)TP去除率沒(méi)有顯著影響。Cladophora處理城市生活污水時(shí)，具有與Spirogyra類似的性能。
　　研究了大型絲狀綠藻與簡(jiǎn)單污水預(yù)處理工藝“生物吸附活性污泥法”相結(jié)合處理城市污水的效果，發(fā)現(xiàn)在溫度、光照、水力停留時(shí)間適宜的條件下，可以有效地降低污水中有機(jī)物、氮、磷污染物含量，出水可達(dá)到景觀環(huán)境用水的水質(zhì)

5、標(biāo)準(zhǔn)。處理城市污水二級(jí)處理出水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大型絲狀綠藻深度處理可以進(jìn)一步改善水質(zhì)。
　　大型絲狀綠藻在水處理過(guò)程中對(duì)氮磷有富集作用，并考察了影響富集量的因素。污水的氮污染物組成影響藻體對(duì)氮的富集率，NH4+-N/TN越小，藻體對(duì)氮的富集率越高。藻體對(duì)磷的富集率與氮污染物組成無(wú)關(guān)，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)藻體對(duì)磷的富集率在80%以上。在酸性條件下，藻體富集的部分氮磷可以解吸，解吸率與單位質(zhì)量藻體對(duì)氮磷的富集量有關(guān)，單位質(zhì)量藻體對(duì)氮磷的富集量越

6、大，氮磷解吸率越小。氮的解吸率比磷的解吸率要小得多，可解吸的氮主要是NO3--N。
　　通過(guò)電子掃描電鏡分析觀察了大型絲狀綠藻表面沉積物的特征，許多納米級(jí)晶粒堆積在藻體表面上形成粗糙的多孔結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)藻體表面上沉積物的X射線衍射分析、Fourier變換紅外光譜分析、X射線光電子能譜（XPS）分析，發(fā)現(xiàn)藻體表面存在的晶體沉積物是方解石，沉積物表面上存在羥基磷灰石玻璃體。由此提出了大型絲狀綠藻的除磷機(jī)制。由于大型絲狀綠藻的微界面效應(yīng)和

7、光合作用，其生長(zhǎng)時(shí)誘導(dǎo)碳酸鈣在其表面上沉積，新生態(tài)碳酸鈣沉積物吸附磷酸根，在堿性條件下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為羥基磷灰石之類的玻璃體覆蓋層。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的回歸分析表明，大型絲狀綠藻吸附除磷時(shí)的模型符合Langmuir吸附等溫線。回歸的Langmuir吸附模型、連續(xù)運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果、藻體上可解吸磷的存在等實(shí)驗(yàn)事實(shí)充分說(shuō)明藻體表面沉積的新生態(tài)碳酸鈣對(duì)磷酸根的吸附作用。
　　大型絲狀綠藻在污水處理和富營(yíng)養(yǎng)化水體生物修復(fù)時(shí)，除氮的主要機(jī)制是部分NH4+-N

8、的揮發(fā)和藻體對(duì)氮的吸收：pH值上升、溫度升高引起NH4+-N揮發(fā)，會(huì)增加TN的去除率，但是會(huì)降低藻體對(duì)氮的富集量。光照較強(qiáng)、溫度較高的自然環(huán)境下，NH4+-N因揮發(fā)和藻體富集而去除的比例分別占70～85%和15～30%。
　　以典型藍(lán)藻Microcystis aeruginosa、Aphanizomenon flos-aquae，典型綠藻Chlorella vulgaris、Scenedesmus為受試對(duì)象,發(fā)現(xiàn)了大型絲狀綠藻與微

9、型藻之間的化感現(xiàn)象，大型絲狀綠藻存在時(shí)可以抑制微型藻生長(zhǎng)。大型絲狀綠藻內(nèi)含有抑制微型藻生長(zhǎng)的化感物質(zhì)，索氏提取-硅膠層析分離的結(jié)果表明，藻體內(nèi)的化感物質(zhì)是弱極性有機(jī)物。大型絲狀綠藻生長(zhǎng)過(guò)程中向環(huán)境分泌化感物質(zhì)，色-質(zhì)聯(lián)機(jī)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)酚類、酚酸類、脂肪酸類等化感物質(zhì)。
　　由于自然生物膜除氮磷能力弱，大型絲狀綠藻在光照強(qiáng)、溫度高的環(huán)境條件下分泌物增加，研究了“Spirogyra+高效生物膜”復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)生物修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水的效果。從自然生

10、物膜中選育出5株高效降解有機(jī)物的貧營(yíng)養(yǎng)型菌株，將其固定在載體上形成生物膜。在室外自然光照條件下，Spirogyra和載體生物膜投加量分別為用量為0.77g/L（以濕重計(jì)）和0.37cm3/L時(shí)，“Spirogyra+高效生物膜”系統(tǒng)運(yùn)行15d后， TP濃度由0.73 mg/L降到0.086 mg/L，去除率為88%以上；NH4+-N濃度由5.77 mg/L降到0.75 mg/L，去除率為87%以上；TN濃度由8.66 mg/L降到1.5

11、4 mg/L，去除率在82%以上；高錳酸鹽指數(shù)由13.05 mg/L降到4.28 mg/L，去除率為67%以上。劣Ⅴ類地表水經(jīng)過(guò)該技術(shù)修復(fù)后，TP濃度低于Ⅱ類地表水標(biāo)準(zhǔn)的限值；高錳酸鹽指數(shù)和NH4+-N濃度接近Ⅱ類地表水的標(biāo)準(zhǔn)。此外，生物修復(fù)還可以顯著地減少水中微型藻的細(xì)胞含量，對(duì)微型藻的抑制效率超過(guò)82%。
　　就環(huán)境適應(yīng)性而言，Spirogyra優(yōu)于Cladophora。在實(shí)驗(yàn)地三年的室外培養(yǎng)結(jié)果證實(shí)，Spirogyra可以在