我国水华蓝藻资源化研究现状、问题与对策.doc

综述我国水华蓝藻资源化研究现状、问题与对策摘要：近年来大规模蓝藻水华频繁爆发，蓝藻作为一种具有潜力的新型生物质 资源，其资源化利用引起广大学者的重视分析了我国水华蓝藻作为生物质能 源、牛物肥料、微牛物培养原料以及水华蓝藻中牛物活性物质的利用现状，并 分析了在传统利用方式中打捞、浓缩及脱毒效率低的问题探讨了优化蓝藻资 源化的方式和途径，提出了改善水华蓝藻利用现状的对策，可为我国水华蓝藻 资源化发展提供参考关键词：水华蓝藻；资源化；生物质能源蓝藻是世界各国湖泊中分布广、规模大和持续时间长的水华藻类之一我 国由水体环境富营养化引起的蓝藻水华问题也日趋严重不仅大型淡水湖泊如 滇池每年夏秋季都会爆发蓝藻水华，华东、华中、西南、华南等地许多中小型 湖泊、供水性水库、观赏娱乐性湖泊也相继发生了不同程度的蓝藻水华蓝藻 高效吸收和消纳水体中大量的氮、磷及有机污染物，直接将其打捞移出水面是 去除水体氮磷等营养元索、降低水体富营养化程度、保护水体生态环境最直接、 最安全、最有效的应急和治理方法仅以我国大型淡水湖泊为例，据统计，巢 湖水华暴发总蓝藻量（干重）可达5 0〜7 0万t （蒋雪英，2 0 0 0 ）,滇 池中每年可用于资源化的蓝藻量（干重）约为5 0 0 0 t （周婿斐等，2 0 11 ）,太湖打捞蓝藻量（干重）在2 0 0 8年己超过2 8 0 0 t （王惠和朱喜,2 0 0 9 ） o如此巨大的蓝藻生物量收获后如何处置或利用，是一个亟待解决 的问题。

近些年我国相关科研机构在水华蓝藻的资源化利用上开展了研究工作本文综述近5年來我国水华蓝藻的资源化利用现状与问题，并总结和探讨水华蓝藻利用的新方向，为我国水华蓝藻资源化发展提供参考1我国水华蓝藻的资源化研究现状1・1作为生物质能源1・1・1发酵产沼气 打捞的蓝藻含水量高，不经过脱水处理难以利用 而将蓝藻作为新型牛物质材料发酵产沼气既可以实现规模化处理，乂无需对其 进行脱水，且发酵过程中蓝藻毒素也得到一定程度的降解，从而实现蓝藻的资 源化董诗旭等（ 2 0 0 6 ）以滇池水华蓝藻为研究对象，推测以滇池蓝藻年 产5 0 0 0 1 （干生物量）计算，每年可产生2 0 0多万m3沼气；翟志军等（ 2 0 0 8 ）以巢湖蓝藻为研究对象，通过试验推算以年产蓝藻量5 0万t （干生物量）计算，每年可产生1・8亿m 3沼气；杜静等（ 2 0 0 8 ）以太 湖蓝藻为对象研究其产沼气潜力，采用复合折流板反应器（AB R）工艺，进 行了太湖蓝藻厌氧发酵的中试运行，表明ABRI艺处理蓝藻的可行性此外, 利用蓝藻与其他原料共同产沼气的研究也受到国内学者关注胡萍等（200 9）将厌氧颗粒与蓝藻混合进行厌氧发酵，其产气率比单一利用蓝藻为原料高, 且藻毒索含量降低。

这与V e r g a r a F e rnand e z a等（2 0 0 8 ） 的研究是一致的王寿权等（ 2 0 0 8 ）通过猪粪与蓝藻共同发酵产沼气试验 证实，2者共同发酵产气率高，月.未检出藻毒素徐双锁等（201 1 ）利用 稻秸与蓝藻共同厌氧发酵，发现其产沼气速度和卬烷含量均明显高于单一稻秸 为底料的处理组1. 1. 2发酵产酸 将蓝藻作为生物质原料进行厌氧发酵产氢、甲烷、丁 酸和乙酸等是目前认为最可行的资源化方式之一由于在生物产氢过程中丁酸 的积累有利于产氢，因此丁酸的生成对生物制氢也具有指示作用吕娴等（2 0 11）进行了以蓝藻为底物的厌氧发酵产丁酸试验，通过调节初始pH对发 酵起到定向产丁酸的作用，证实了蓝藻定向发酵产丁酸的可行性任洪艳等（2 0 1 1 ）在综合考虑运行费用和厌氧消化效果的前提下，对蓝藻厌氧发酵 适宜的预处理方法进行探讨，认为中档微波碱法预处理更符合蓝藻快速减量化、 资源化的要求李玉祥等（2010）进行了碱性条件促进蓝藻厌氧发酵产挥 发性脂肪酸研究，对蓝藻产酸效果与其他固体废物产酸效果进行比较，证实蓝 藻作为厌氧发酵原料生产挥发性脂肪酸具有可行性1・1・3 生产生物柴汕 高产汕型微藻与生物柴汕的其他原料相比，其所 具有的生产优势最明显，可能成为未來替代石化能源的清洁新能源之一（Ami n, 2 0 0 9 ；李华等，2 0 1 1 ） o美国和欧洲都已经启动了微藻生物柴 油计划。

小国科学院与小国石化合作开发微藻生物柴油技术，预计2 0 15年 前后实现户外中试装置研发在利用水华蓝藻产油方面，国内鲜见报道，郑洋 等（2 0 11）采用实验室规模的固定床反应器作为试验平台，对蓝藻快速热 解液化制取生物油的可行性进行了探讨，通过成分分析表明水华蓝藻是生产生 物油的良好候选材料，并具有产油率高、预处理简单-等特点尽管蓝藻生物油 的直接利用还有很人难度，存在着技术不完善、油品品质待提高等一系列问题, 但蓝藻液化制取生物油有良好的发展趋势与前景1.1.4制备煤浆或焦炭 高含水率生物质与煤共制浆气化方而的研究受 到国内学者的关注李伟东等（ 2 0 0 9 ）通过试验表明，含水蓝藻表观黏度 的降低，有利于蓝藻煤浆成浆浓度的提高加入蓝藻的煤浆比水煤浆表现岀更 好的稳定性，煤一藻混合浆代替水煤浆，能达到水煤浆的固体浓度水平但是 破坏蓝藻生物质网状结构和释放分了内水的预处理，将增加煤一藻混合浆的生 产成木Heilman 口等（2010）研究了在反应温度2 0 0 C、反应 压力小于2MP a的条件下，可以高效地将微藻转化为藻焦炭，而且发现反应 生成的藻焦炭不产生二氧化碳，产生的重金属类污染物质也很少，其品位达到 烟煤的质量水平。

该藻焦炭产品的潜在用途很广阔，包括转化为合成气、工业 化学品和汽油等，以及替代天然煤用來发电1・1・5 构建微主物燃料电池微主物燃料电池（m i c r o b i a 1 f u e 1 c e 1 1 , MFC）是利用微生物的催化作用将化学能转化为电能的一 种装置（Park & Zeikus, 2 0 0 3 ） o何辉（ 2 0 0 9 ）以小球藻 为原料，通过试验证明利用小球藻构建微生物燃料屯池是可行的，这为水华蓝 藻的资源化提供了一种新的思路陈糠等（ 2 0 0 9 ）尝试微生物燃料电池处 理蓝藻水，发现利用水华蓝藻产电量不低于相同条件下处理葡萄糖模拟废水的 电量利用蓝藻构建微生物燃料电池新技术，具有较大的研究价值和应用空间1・2 作为生物肥料 孙世中等（ 2 0 0 8 ）利用水华蓝藻及废弃烟叶作为原料共同发酵制作的冇机 肥料各项指标均优于国家标准究其原因，是因为加入粉碎后的废弃烟叶进行 堆腐发酵，可以增加蓝藻泥的疏松度，改善通气性韩士群等（ 2 0 0 9 ）研 究蓝藻厌氧发酵产出沼气、沼液以及沼渣农肥利用等技术，其中试生产效果良 好姜继糠等（2010）研究表明，虽然新鲜水华蓝藻对不结球小白菜植株 生长发育促进作用不如发酵后的沼渣沼液强烈，但是有明显作用。

沈银武等（ 2 0 0 5 ）研究了几种专用蓝藻有机无机复混肥，并对农作物进行了出间肥 效试验，施用蓝藻有机无机复混肥与普通N、P、K复合肥相比较，对烟草、 西芹、韭菜和康乃馨等都有增产效果并能改良土壤1・3作为微生物培养原料蔡健等（2011）采用摇瓶发酵试验探讨了蓝藻为原料制备苏云金杆菌生物 杀虫剂的可行性，并考察了不同培养条件对苏云金杆菌生长增殖、产他与产毒 效果的影响研究结果表明，无需任何预处理工序，试验菌株能在蓝藻为唯一 原料的培养基中正常生长发育，并且产孑包产毒远高于常规培养基，该研究不仅 为蓝藻提供了高附加值的处置新途径，而11可显著降低生物杀虫剂的生产成本, 具有广阔的应用前景蓝藻经过生物转化处理能得到大量酵母蛋口，用作饲料 行业的原料（杨海麟等，2 0 0 8 ）,因而蓝藻是一种很冇潜力的蛋白质资源 李克朗等（ 2 0 0 9 ）以蓝藻为氮源发酵生产酵母单细胞蛋白，1 0 g / L的 蓝藻（干重）培养基最终使酵母产量达到6 . 2 g / L,但检测酵母产物胞内 微囊藻毒索含量超出安全标准3 9 0倍，酵母中毒索的去除需做进一步研究1・4 提取生物活性物质水华蓝藻中含冇藻蓝蛋白、细胞多糖和色索等丰富营养成分，因此近年來对水 华蓝藻生物活性成分的利用已成为生物学、生命保健学和食品工程学等学科的 研究和开发热点。

胞外多糖是一种具有生物活性的多聚物，其含量可达蓝藻细 胞干重的5 %左右张玲等（ 2 0 0 7 ）通过试验发现铜绿微囊藻（Mier ocystisaeruginosa）胞外酸性多糖的2个组分E A P S I 和E A P S I I对人宫颈癌细胞（H e 1 a ）、大鼠骨髓瘤细胞（S P 2 0 ）和神经胶质瘤细胞（U2 5 1 ）的生长都有较明显的抑制作用，并证实样詁多 糖抑制肿瘤细胞生长的机制之一是促进肿瘤细胞的凋亡进程藻胆蛋白含量口J 达蓝藻细胞干重的1 5%,它包括别藻红蛋白、藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白3类 它们主要作为天然色素用于食品和化妆品等工业中不同种类藻胆蛋门可以发 出不同颜色的荧光，将其制成荧光试剂用于生物学及临床医学领域，用于分析 研究生物大分子（Glazer, 1 9 9 4 ） o有研究发现藻蓝蛋口可以作为 一种光敏剂，其介导的光动力学疗法通过增强机休的免疫力同时启动乳腺癌细 胞内的凋亡信号转导通路诱导细胞凋亡，从而达到杀死肿瘤的目的（李冰等， 2 0 11）此外，藻蓝蛋口可抑制糖尿病大鼠肝脏和胰岛细胞凋亡，具有保 护脏器的潜在价值（沈卫等，2 0 1 0 ） o杨立红等（2010）研究了鱼腥 藻（An a b e a n a ）藻蓝蛋白作为食品着色剂和食品添加剂的可行性和稳 定性。

K a t sumiYamaguch i从蓝藻中筛选出一种血管紧张索转 化酶抑制剂，发现 M icrocyst i saeruginosa> M. v ir i d i s和M. Wesenbergi i的水溶性成分和脂溶性成分均显示 较明显的血管紧张素转化酶抑制剂活性(杨海麟，2 0 0 8 ) o P r o t e a u等(1 9 9 3 )从A nabaenasp・BQ 1 1得到的一种小分子肽可以作用于小鼠离体心，从而可能开发为一种心脏活性剂2 我国水华蓝藻资源化利用存在的问题2・1蓝藻打捞和浓缩难蓝藻资源化前处理一般包括2个步骤，一是高效地将蓝藻从湖泊中打捞出來， 二是高效地浓缩蓝藻一般蓝藻水华暴发多发生在4一1 0月，其资源化的生 物量存在着季节性限制，这可能会使工业化生产不能连续进行，从而给产业化 和经济效益带来一定的限制(王寿权等，2 0 0 8 ) o蓝藻的高效打捞是其资 源化前的技术难题之一蓝藻是单细胞原核生物，细胞小，以群休形式集聚漂 浮在水面，打捞时容易造成蓝藻细胞内气泡破裂而无法收集现存打捞设备大 多是简单作业工具，利用传统的打捞方式，劳动强度大、效率低人工或简单 的机械打捞作业打捞岀的蓝藻含水量高，蓝藻水中的水分高达9 7 %以上，常 规的脱水方法很难将蓝藻分离岀來，而用喷雾干燥法去除水分，代价昂贵。

打 捞技术的限制要求推进一体化高效蓝藻分离浓缩设备的研制以太湖为例，2 0 0 9年太湖打捞出蓝藻4 0余万t,相当于移除2 0 0余t氮、磷等营养元 素，每天的打捞量就高达1 0 0 0余t,但刚打捞上来的蓝藻含水率很高，在 蓝藻资源化利用或处置时需要高运输成本和前处理成本所以蓝藻资源化关键 是脱水减重，降低蓝藻含水量2 . 2 蓝藻脱毒难水华蓝藻中的部分种类是产毒种类，如水华常见种类微囊藻(M i c r o c y s t i s )因其毒索(micFocystinS'MC)产生的危害大而引 起广泛的关注(Wu e t a 1 , 2 0 11)o将蓝藻开发成保健食品、饲料、 氨基酸肥料涉及的环节非常多，不仅涉及到脱水问题，还涉及脱毒问题。