01

什么是旋轉藻類生物膜？

    旋轉藻類(lei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)膜(mo)（RAB），正如(ru)它的名字一(yi)(yi)樣，是一(yi)(yi)種利用藻類(lei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)附(fu)著(zhu)于貼(tie)壁材料并(bing)固(gu)定(ding)在滾(gun)筒式(shi)裝(zhuang)置上(shang)，旋轉浸(jin)于富含(han)藻類(lei)生(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)(chang)所需(xu)營養物(wu)質的廢水中（同時控制空氣中CO2濃度(du)）。藻膜(mo)長(chang)(chang)至一(yi)(yi)定(ding)厚度(du)時，人工刮取采收附(fu)著(zhu)于生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)膜(mo)上(shang)的藻類(lei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)。裝(zhuang)置圖如(ru)下：

    （A）RAB裝置設計示(shi)意圖；（B）RAB系統；（C）Stickney水回收廠中(zhong)設置的(de)RAB反(fan)應器(qi)組(zu)（垂直傳送帶高約1.83米，寬0.91米，以連(lian)續的(de)循環旋(xuan)轉，浸(jin)入4600升的(de)廢(fei)水中(zhong)）

    相比于傳統收集(ji)懸浮(fu)藻類的(de)(de)方(fang)法，生物膜反(fan)應器(qi)具有(you)較高的(de)(de)藻類生物量生產力，并且(qie)大(da)大(da)節省了占(zhan)地面積。

02

生物膜材質和裝置布局

    Bergstedt等人(ren)測(ce)(ce)試了(le)64種(zhong)材(cai)料，根(gen)據(ju)強度(du)，成本，附(fu)著(zhu)力和(he)最(zui)終去(qu)除培養物的(de)容易程度(du)四個方面確定(ding)管狀(zhuang)棉質織物是最(zui)佳的(de)貼(tie)壁材(cai)料。下圖為幾種(zhong)材(cai)料測(ce)(ce)試效果。

    因為(wei)附(fu)(fu)著(zhu)在帶(dai)狀材料(liao)表(biao)面上的潮濕藻類培養物(wu)會(hui)持續生長，因此需要足夠的附(fu)(fu)著(zhu)面積(ji)。Gross團隊(dui)對比(bi)了三角形排(pai)(pai)列，垂(chui)直分層放(fang)置(zhi)和垂(chui)直排(pai)(pai)列放(fang)置(zhi)（Stickney水廠所采(cai)用的布局）三種布局模式，以(yi)7天(tian)為(wei)測試周(zhou)期，與(yu)單個的滾道設置(zhi)相比(bi)，生產(chan)率提高(gao)如下：

    三角形(xing)排列：增加147％。

    垂直分層放置：增加(jia)380％。

    垂直(zhi)排列放(fang)置：增加470％。

3

效果研究

    以美國(guo)猶他(ta)州北部的洛(luo)根地區污水處理廠為(wei)例，廢水組成如下：

    設置旋轉藻(zao)類生物膜反應(ying)器(qi)（RABR）組，每組含有5個(ge)滾筒，光合周期為14 h，水力停留時間為4.8天(tian)，每48 h補充營養物質。

    試驗結束時，79%的磷存在于生物膜中，9%懸浮或沉淀，剩下的12%存在于廢水中。在另一研究中，Christenson發現當城市污水被注入藻類生物反應器時，RABR隔離的磷酸鹽是懸浮培養系統的六倍。

    此外，該水廠初始廢水TSS在2天后減少了50%，4天后減少了90%。藻類生物量生產力為20-31 g m-2d-1, （懸浮體系藻類生物生產力：7.4 g m-2d-1），脂肪酸甲酯（FAME）濃度（2-2.3 g m-2d-1）也高于懸浮體系（1.0-1.2 g m-2d-1）。回收的藻類采用離心法收集，回收率可達到90%以上。

04

技術前景

    如文章開頭提到的，Stickney水回收廠通過RAB系統培養藻類，從生物膜皮帶上刮下來藻類生物并制成肥料以獲利。

    在Stickney水回收廠中，從生物膜皮帶上刮下來藻類生物將制作成肥料或供厭氧消化池使用的有機廢物。現如今，Stickney每天可處理3.6噸富含營養物質的廢水，每年回收多達7500噸的化肥產品，并以“綠色水晶”命名，在商店中出售。下圖為Stickney水廠出售的“綠色水晶”肥料。

    另一方面，Stickney嘗試(shi)用藻類(lei)處(chu)(chu)理啤酒廠或(huo)乳制(zhi)品廠產(chan)生(sheng)的廢水。富(fu)含豐富(fu)有機(ji)物(wu)的藻類(lei)生(sheng)物(wu)可通過厭氧消化處(chu)(chu)理將有機(ji)廢物(wu)變(bian)為沼氣(qi)。Stickney每天能夠(gou)產(chan)生(sheng)約1700立方米沼氣(qi)，并嘗試(shi)使其變(bian)成汽(qi)車燃料(liao)（大約每天夠(gou)為20輛(liang)汽(qi)車提供燃料(liao)）。

    此外，一些研究還嘗試將藻類生物作為生產原油，生物柴油，生物塑料，丙酮、丁醇、乙醇，飼料(水產養殖和農業用蛋白質)，藻青蛋白制品(色素、抗氧化劑)等。

    正如Stickney工程項目(mu)總監(jian)Tom Kunetz所說：“藻類能從廢(fei)水中回收(shou)磷和氮，當(dang)您不(bu)希(xi)望藻類生長時，藻類會生長并變得令人討厭。但是，如果我(wo)(wo)們(men)能夠(gou)控制藻類的生長，它將對(dui)我(wo)(wo)們(men)有利。”