海洋生物学论文1

海洋生物学公选课论文论文题目藻类在环境保护中的作用

所在学院交通学院

专业交通运输

年级 10级

学生姓名覃杰

学号 102262006031 编号 104

2011年11月9日成绩

海洋生物学课程论文的写作

藻类在环境保护中的作用

10级交通运输专业2班覃杰 102262006031

摘要作为地球上最庞大的生物群体，藻类在环境保护中具有重要意义。主要述评了藻类在固定二氧化碳、去除有毒有害物

质、去除难降解有机物、吸附重金属等方面的作用。

关键词藻类环境保护

前言

藻类种类繁多，形态各异，目前已知的有3O 000多种。作为地球上最庞大的生群体，藻类在环境保护中具有重要意义，其光合作用效率高，二氧化碳固定能力强能去除有毒有害物质，同时可以制油、提取有用物，资源化利用前景较为广阔。

1 藻类在环境保护中的作用

1．1 固定二氧化碳

工业革命后，全球二氧化碳排放量达到290亿t／a，大气中二氧化碳的质量分数由2．7×10上升到了3．9×10 [】]。微藻干质量中约5O 的碳元素来自二氧化碳100藻类生物量可固定183 t二氧化碳[23，而且微藻可以利用照射到它表面的9 9／6左右的太阳能产生280 t／(hm ·a)的干生物量，同时固定513 t／a二氧化碳[3J 近年来，这方面的研究正陆续开展。DE MORAIS等将6 (体积分数，下同)的二氧化碳直接通人藻类培养液中，测得钝顶螺旋藻(Spirulina sp．)的最高产率为0．22g／(L·d)，最大二氧化碳日固定量达53．29 。SYDNEY等将5%的二氧化碳通入藻类培养液中，测得丛粒藻(B．braunii SAG一30．81)和螺旋藻(S．platensis LEB-104)对二氧化碳的吸收速率分别为496．98、318．16 mg／(L·d)。SUNG等对不同二氧化碳浓度下小球藻的生长情况进行了研究，结果发现在1O 的二氧化碳下其具有最高的生长速率，尽管之后二氧化碳浓度的升高其生长速率逐渐下降，但在70 的二氧化碳下其仍然生长良好，由此可见该藻类对二氧化碳的吸收及承受能力。不仅如此，藻类还可以承受一定浓度的NOx和SO 。BROWNE 的实验发现，微小单针藻类(Monoraphidium minutum)可以承受200 FL／L的

SO 和150“L／L的NO ，溶于水中的部分N0作为氮源，可使藻类生长良好。藻类利用光合作用固定二氧化碳，能够适应较宽的pH和温度范围，去除二氧化碳的成本非常低，且相对于地下存储法，不存在二氧化碳逃逸，地下水污染，引发地震、地面沉降等潜在危险。同时，由于范围广，海洋藻类对二氧化碳的吸收量大，而且藻类生物量的后续处理较简便，易实现资源化利用。

1．2 去除有毒有害物质

当水体中有机物浓度过高时，藻类细胞可异养生长，直接吸收尿素、氨基酸、磷酸脂等含氮、磷有机污染物以及木质素、酚类等难降解、有毒物质，甚至能吸附重金属。

1．2．1 去除难降解有机物

酚类化合物是美国环境保护署(EPA)的优先控制污染物对象，而藻类能对其进行物理吸附。NAVARRO等研究了Lessonia sp．(酸度系数(pKa)一3．13)和Macrocystis sp．(pKa一2．83)对2一硝基酚(pKa一7．23)的吸附效果，发现最适pH分别为3和4。ARAVINDHAN 等用Caulerpascalpelliformis(pKa=3．85)对苯酚(pKa一9．90)进行吸附实验，发现在pH为6时苯酚的吸附率达到了86 。除了物理吸附，藻类还能分解难降解有机物。TARLAN等。。用混合藻类处理造纸废水，处理后其COD、色

度、可吸附有机卤化物(AOX)的去除率分别达到了58％、84 、8O 。研究同时表明，色度的去除主要是藻类新陈代谢结果，而非藻类的吸附作用，藻类的生长也多采用兼性异养和异养方式。EL SHEEKH等[】u用各种藻类对偶氮染料进行了降解实验，历时7 d，海星念珠藻(Nostoc linck—ia)对甲基红的去除率达到81．97 小球藻在3 d内对甲基红的去除率为56．5l 。实验还发现，这2种藻类的偶氮还原酶活性分别增加了72．25 和69．76％。藻类主要通过吸附和降解来去除难降解物质。吸附过程的发生主要取决于原始溶液的pH，它不仅影响污染物的化学性质，同时对藻类吸附剂吸附位点的离子化程度也有重要影响。这是因为在低pH时，酸性的苯酚可以被分子态的藻类很好地吸附，而当pH>6．0时，两者都会带上负电荷从而相互排斥，导致吸附效果下降。偶氮类化合物对鱼类毒性高，但对藻类的生长没有显著的抑制作用，藻类在降解偶氮化合物的过程中，偶氮还原酶催化了偶氮基的断裂。

1．2．2 吸附重金属

最近研究显示，藻类细胞具有富集金属的能力，对一些金属离子如Zn、Hg、Cd、Cu、U、Pb等金属离子的富集可达几千倍，并且由于其生长速度快，代谢迅速，吸附作用快而净化效率高。因此可以吸附能力好的藻类作为吸附剂的生产原料如海藻，其不仅量大而且容易收集，并且在一定地区可以人工培养。

藻类细胞壁和真菌细胞壁相似，也是多层微纤维结构，其组成一般都含有纤维素和果胶质以及藻酸铵岩藻多糖和聚半乳糖硫酸酯等，它们可提供氨基、酰胺基、醛基、羟基、硫醇等功能团与金属结合。藻类细胞壁一般为多孔结构，允许分子和离子自由通过，而细胞膜是具有高度选择性的半透膜，一般只允许中性分子通过而离子不能通过，这些结构决定了藻类可富集金属离子。刘玉等在研究藻类净化重金属废水(Pb和Zn为主)的机理时认为藻类群体外的胶质层主要由糖类、果胶质等大分子物质所组成，易于和重金属形成缔合物或络合物，附着在群体细胞的外胶上被改变形态，从而降低污水中游离态的Pb、Zn的含量，实现解毒功能。

严国安等在研究小球藻对Hg2+浓度为0.2，0.8，1.4mg/L的污水净化效率时发现，固定藻对Hg2+的去除明显高于悬浮藻，固定藻在5天内对上述浓度污水中Hg2+的去除率分别达到94.7%、94.5%、97.5%，而悬浮藻的去除率则只有79.7%、88.1%、76.9%。污水中Hg2+的浓度大小对藻的去除效果有一定的影响，表现为随着Hg2+浓度负荷增加，去除效率有所提高。小球藻对Hg2+的去除主要集中在开始的1一2天内，由于藻细胞表面的吸附作用，起初两天的去除速度很快，其后藻细胞表面的Hg2+通过细胞膜向细胞内转运富集，Hg2+的去除速度降低。固定藻对Hg2+的去除也是被动吸附起主要作用。

国外在藻类对金属的吸附方面也进行了较广泛的研究。Rice等对比了死亡和活

的藻类细胞对金属的吸附，发现死亡的藻类细胞对金属有更强的吸附能力，并且也更适于应用。Hassall等在用藻类活的细胞和预先用热水杀死的细胞对Cu进行吸附的对比实验中发现，尽管最终吸附量相同，但死亡细胞对Cu吸附速度要大于活细胞。进一步研究表明，活细胞在有毒环境中可增强其耐受性，而这种适应了有毒环境的藻细胞其对Cu吸附量要比正常细胞的吸附量小5一10倍。Hassett等用20种不同年龄的藻(绿藻、蓝藻等，11一44天)在不同pH和金属浓度条件下对As、Cu、Ca、Hg、Pb、Zn等进行吸收研究，表明金属去除速度很快(≤3h)，年龄小的藻体去除率要高于年龄大的藻体，去除过程受pH影响较小。Foster在研究褐藻对Pb的吸附时发现褐藻对Pb的富集系数(CF)可达7x104，并且随着时间增加Pb由细胞表面转移到原生质中去，吸附在细胞上的Pb可用0.01一0.lmo/L EDTA，在pH为7.5条件下(用醋酸钠调节)进行快速淋洗。Marine diatom对Zn的富集系数(CF)可达5x104，并且死亡细胞比活细胞吸附速度快，增加pH有利于吸附，吸附在细胞上的Zn可以用EDTA淋洗。褐藻对Co的吸附能力要比经常使用Duolite?C-20离子交换树脂高2倍，在pH为4一5条件下对温度不敏感，但Ca和Fe可抑制Co的吸收。

1．2．3有机废水处理

我国目前城市污水的处理率很低，是造成水体富营养化及有机污染的重要原因。国内外利用藻类处理城市污水、二级处理厂的废水，以及印染、制药、酿造、制糖等工业有机废水的研究已取得初步效果;同时回收的藻类可有作饲料、肥料等多种用途。

藻类净化水质的机理是通过光合作用向水体供氧，增加水体的溶解氧，使好氧菌能够不断地进行有机质的降解，而藻类则利用细菌降解有机质产生的CO2，因此在净化水质的过程中，藻类与细菌是相辅相成的，称为"藻菌共生"。另外，藻类是自养型生物，以光能作为能源，利用N、P等营养物质合成复杂的有机质，因此藻类可降低水体中的N、P含量。

国内外对螺旋藻处理有机废水进行研究，发现利用缫丝废水部分取代Z氏培养基;10天后80%以上的含氮物质被螺旋藻利用，水质透过率明显增加。当废水量占10%时(CODcr约为1100mg/L)，鲜藻泥(含水)产量可达11.2g/L。利用糖蜜废液进行螺旋藻的培养，当废水 COD在 500一3300mg/L时，COD、糖、NH4+、－N、PO43－-P的去除率分别为75%、80%、70%一85%、60%一75%。最高生物量可达干重1.85g/L。陈博谦等利用土壤一微生物(藻类和细菌组成)模拟系统处理模拟生活污水，其中模拟系统分为4个单元，每个单元长3m，总长l2m，平均土壤深度l0cm，日进污水量500mL，水深2cm，停留时间24h，模拟污水参数为TN274mg/L、

TPl54mg/L、TOCl018mg/L。生活污水经过模拟系统处理后，污水中TOC浓度下降了71.5%，TN下降了69.3%，TP下降了64.4%。DO和温度几乎没有变化。实验数据表明，土壤一微生物系统对污水取得了较好的净化效果。严国安等对比固定化小球藻和悬浮小球藻对污水中NH4+、－N、PO43－-P的净化效果研究中发现，固定藻对NH4+、－N、PO43－-P的净化效率明显高于悬浮藻，在静态停留5天条件下，悬浮藻对NH4+、－N、PO43－-P去除率分别达到51.9%、89.7%，而固定藻则高达94.8%和100%。同时严国安等在对比固定化栅藻和悬浮栅藻对污水净化效果时也发现固定藻对NH4+、－N、PO43－-P的去除率明显高于悬浮藻，藻类进行固定用于污水的净化处理，以提高污水的净化效率;是一条实用、可行的新途径。特别是用作三级处理方法，以进一步提高出水质量。

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