微藻废水处理：农药生物修复的可持续策略 | MDPI Water

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文章导读

水体中的杀虫剂作为潜在的内分泌干扰化合物，对水生生物和水生生态系统有很大危害。废水处理效率和可持续性的处理策略是当前含农药废水处理的重要部分。目前的生物修复越来越多的作为替代技术来修复各种污染物，尤其是利用微藻去除杀虫剂或将其转化为无害或危害较小的化合物。与传统的处理技术相比，利用微藻进行废水处理具有多种优势，其中包括同时处理含农药废水和微藻栽培的营养回收，以及减少有毒污泥的形成。来自马来西亚理工大学的学者Pei Sean Goh及其团队在 Water 期刊发表了综述，讨论了微藻在缓解农药污染方面的作用。文章指出，基于目前实验室研究均表明，微藻生物修复方法是一种具有前景的水处理方法，应鼓励开展更多的试点研究，从而进一步促进微藻生物修复的实际应用。

农药分类及特点

农药根据其目标、来源、化学成分、理化性质和毒性的一般分类，如图1所示。在农业活动增长过程中，除草剂的使用量也随之快速增长。草甘膦和三嗪化合物 (如阿特拉津) 是在全球范围内大量使用的除草剂。这些化合物可以很容易地在生态系统中转移，在土壤、水和生物群中都能检测到其残留物。新烟碱类如啶虫脒、噻虫啉和吡虫啉是一类广泛用于昆虫控制的合成神经活性杀虫剂。杀虫剂的化学成分可分为四个主要组，即有机氯、有机磷、氨基甲酸酯、除虫菊酯和拟除虫菊酯。有机氯农药的高持久性与卤素吸电子基团的存在密切相关，该基团导致缺电子条件，使得化合物能够承受好氧降解。人体接触有机氯化物可能导致神经损伤和内分泌紊乱。

图1. 农药的一般分类。

农药的研究包括农药的检测、在土壤和水体中的分布、作用方式、运输机制和途径等。查明农药残留源是减轻土壤和水中农药污染的关键。通常，除了沉积在水果和蔬菜之外，喷洒在作物上的农药通过灌溉和径流进入水生系统。农药通过土壤迁移到水体取决于许多因素，包括土壤质地、农药浓度、农药-土壤相互作用和农药的稳定性。

含农药废水的处理

农药处理方法的选择主要取决于废水中农药的成分、处理成本和操作的简易程度，物理、化学和生物方法已被广泛用于去除水介质中的农药。吸附和过滤是废水处理厂广泛使用的废水处理物理方法，它们适用于广泛的废水处理，主要优点是操作简单，去除能力高和成本效益高。

化学和生物过程主要是对目标农药的成分和结构进行化学改变，从而将它们转化为通常更简单、毒性更小的其他形式化合物。多项研究表明，光催化、芬顿氧化和臭氧化方法有着去除水体农药的高可行性。化学处理过程的主要瓶颈是大剂量的几种不同化学品，通常是需要这些化学物质来实现氧化过程。除了成本问题外，一些刺激性化学品的使用和处置也会产生环境问题。对比而言，生物方法具有成本更低和更环保的优势，主要包括有活性污泥法、伪造生物降解法、混合细菌-微藻联盟法等。混合处理技术提供了解决单一处理的局限性，可以提高处理效率，但目前主要是应用在实验室方面，在现场处理方面需要明确水体成分后选择更为合适的水体处理技术。

微藻生物修复研究进展

微藻具有氧介导的光合作用等生化特性，且能在高有机物浓度的含盐废水中耐受生长，微藻的培养可以减轻二氧化碳，并在其生长过程中吸收废水中的微量营养素；能降解废水中常见酚类及染料色素，降低水体颜色并提高水体中阳光的可用性，微藻对氮和磷的去除效率高达95%以上。农药是通过微藻植物修复三种主要途径的其中之一进行处理的，如图2所示，即生物吸附、生物吸收或生物积累和生物降解。使用微藻处理农药可以通过多种方式完成，培养微藻的方法有开放性的微藻系统、封闭性的光生物反应器，以及膜生物反应器等。

图2. 微藻通过生物吸附、生物蓄积和生物降解对农药进行植物修复的示意图。

微藻用于农药生物修复的研究主要集中在基于池塘的有机污染物去除、基于实验室烧瓶的去除、基于光生物反应器的处理、以及集成微藻系统研究等。本文指出，微藻废水处理是从水环境中去除杀虫剂的替代方案，该方法提供了实现去除效率和资源转化潜力的整体解决思路。然而，除深入研究微藻在农药生物修复方面的潜力方面外，仍然存在未开发的反应途径研究，未来应仔细研究长期运行的微藻生态系统方法的性能稳定性，全面评估解决生态问题，为当前的农药管理挑战提出解决方案。

研究总结

微藻等天然资源可以作为一种生态安全、廉价和有效的替代品，来去除水环境中的有害农药污染物。此外，通过微藻进行生物修复处理其他新兴污染物也十分有前景。用于去除农药的微藻生物修复方法的开发仍处于起步阶段，但在一些实验室和试点规模的尝试中已经有了初步进展。虽然使用微藻去除农药仍然面临许多技术挑战，但微藻作为生物修复工具有着显著优势，该类生物修复方法被认为是现有技术的更为经济的替代方案。若未来有大量的可用信息和领域创新突破，这项技术在不久的将来会从实验室研究发展到实际应用中。

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原文出自 Water 期刊

Goh, P.S.; Lau, W.J.; Ismail, A.F.; Samawati, Z.; Liang, Y.Y.; Kanakaraju, D. Microalgae-Enabled Wastewater Treatment: A Sustainable Strategy for Bioremediation of Pesticides. Water 2023, 15, 70. 

Water 期刊介绍

主编：Jean-Luc PROBST, University of Toulouse, France

期刊涵盖所有水资源领域相关的科学技术，主要包括全球和区域水循环的可持续管理，水资源及其与粮食、能源、生物多样性、生态系统功能和人类健康的互联。期刊鼓励领域内研究人员发表实验、理论、建模和大数据等相关研究成果。

2021 Impact Factor	3.530
2021 CiteScore	4.8
Time to First Decision	17.8 Days
Time to Publication	42 Days

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 特约撰稿人：李佳瑞 博士研究生

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