藻类去除废水中的酚类物质
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11
2.1.2 酚衍生物的去除
❖ 有许多藻类降解酚类衍生物的研究，Surkatti和Al-Zuhair进行了藻类 对剧毒甲酚的降解实验。研究发现，小球藻在对甲酚中的生长和降解效 果优于邻甲酚。小球藻能将对甲酚从95 -265 mg/L的浓度范围内完全 去除。而当浓度达到330 mg/L时，5天内微藻对p-甲酚的降解率仅为 20%。
9
2.1.1 除酚
Source:A comparative study on growth and degradation behavior of C. pyrenoidosa on synthetic phenol and phenolic wastewater of a coal gasification plant
2.1.2 酚衍生物的去除
❖ 此外，Zhou et al.等人对斜刺绿藻去除壬基酚和辛基酚进行了实验研究。
Source:Cellular responses and bioremoval of nonylphenol and octylphenol in the freshwater green microalga Scenedesmus obliquus 17
10
2.1.1 除酚
❖ Lee等人研究了了大螺旋藻对苯酚的耐受性和降解能力以及苯酚-碳同化 能力。结果表明，苯酚浓度在50 ~ 400mg /L之间，6天后对培养基中的 苯酚去除率均在97%以上，且总去除时间随着苯酚浓度的增加而增加 。 同时， 13C-酚-碳被作为生物物质同化，并且碳矿化为CO2。
15
2.1.2 酚衍生物的去除
❖ Zhang等人进行了一项类似的实验，用Ulva prolifera去除海水中的双酚A。
Source:Phycoremediation of coastal waters contaminated with bisphenol A by green tidal algae Ulva prolifera 16
12
2.1.2 酚衍生物的去除
❖ 以往的研究表明，在葡萄糖和光照的作用下，微藻的生长速率和 分解代谢活性均有所提高(Papazi and Kotzabasis 2007)。
❖ 双酚A是一种重要的酚类衍生物和内分泌干扰化学物质。它是水 生环境中内分泌干扰的主要因素，具有极强的雌激素活性和急性 毒性。因此，双酚A的完全矿化是一个重大的环境问题。
5
2.1 合成废水
❖ 合成废水只在实验阶段得到了较好的处理效果。对于合成废水处理， 在一定浓度范围内，许多藻类能在苯酚或酚类衍生物废水中有良好的生 长。藻类可以将污染物作为自身生长和代谢的唯一碳源。
2.1.1 除酚
常用作废水处理的藻类有好几种，其中小球藻和栅藻被广泛使用。斯克 拉格比较了普通小球藻和小球藻VT-1在苯酚存在下的生长情况。实验结果 表明，小球藻VT-1在连续光照培养14天后，可以在4种不同的苯酚浓度 （100-400mg/L）下生长；然而，小球藻在苯酚浓度为400mg/L时几乎不生 长。
利用微藻降解的优点
(a)低成本生产和维护 (b)通过光合作用使用 廉价和丰富的能源 (c)生产高价值的产品 (d)使用无机氮和磷生 长 (e)使用生物燃料繁殖 藻类生物量。
3
1 背景
苯酚是石油炼制、塑 料、造纸、纸浆、制药 、煤炭加工等工业中常 见的有机污染物之一。
不加选择地向水体中 排放废水是造成水体中 苯酚浓度偏高的主要原 因。
18
2.2 废水
❖ Hodaifa等评价了pH对橄榄油厂废水中斜视阔叶草生长的影响。 ❖ Dayana Priyadharshini和Bakthavatsalam研究了煤气化厂酚废水的降解。 ❖ Dayana Priyadharshini和Bakthavatsalam也对C. pyrenoidosa在某煤气化厂
Source：The effect of phenol on the growth of Chlorellavulgaris and Chlorella VT-1.
6
2.1.1 除酚
❖ 在另一项研究中， (Xiao et al. 2019)以 小球藻为单一污染物对苯酚进行了生 物降解实验。实验使用BG-11培养基， 培养基的酸碱度调至7.1进行灭菌。用 血细胞计数法和紫外源自文库可见分光光度法 分别测定细胞数和细胞密度。测定所 有样品均在25℃的光照培养箱中进行， 光照-黑暗各12小时。苯酚浓度分别为 100、300、500和800mg/L。废水中酚 类化合物 用气相色谱进行表征。
❖ Pinto等利用微藻去除橄榄油厂废水(OMW)中的低分子量苯酚。
Source:Improving high carbon dioxide tolerance and carbon dioxide fixation capability of Chlorella sp. by adaptive laboratory evolution Removal of low molecular weight phenols from olive oil mill wastewater using microalgae
❖ Das等人对蛋白核小球藻降解苯酚的情况进行了全面研究，研究发现， 在藻类初始生物量为0.22 g/L、苯酚浓度为25-200mg/L的条件下，7天后 苯酚去除率达到100%。之后，他们研究了一种新型硅藻BD1IITG降解 苯酚的动力学和生物化学。结果表明，在单一苯酚为污染物的条件下， 硅藻BD1IITG的降解能力比蛋白核小球藻差。
14
2.1.2 酚衍生物的去除
Source:Identification of novel pathways for biodegradation of bisphenol A by the green alga Desmodesmus sp.WR1, combined with mechanistic analysis at the transcriptome level
Source:Phycoremediation of coastal waters contaminated with bisphenol A by green tidal algae Ulva prolifera
20
3 吸附
❖ 藻类降解有机污染物的机理与去除重金属离子的机理相同，包括第一阶 段的快速和被动物理化学吸附。 Dotto等通过螺旋藻LEB 18吸附苯酚的 热力学参数表明，生物吸附是一个自发的、有益的放热过程。疏水性和 受体与供体之间的相互作用是酚类化合物吸附的主要驱动力。在酚类物 质浓度一定的情况下，海藻吸附剂的用量对去除率有一定的影响。在初 始阶段，吸附剂的含量对去除率的影响最为明显。这是因为使用的吸附 剂越多，它们与酚类物质结合的位点就越多。藻类的大小也与其吸附能 力密切相关。据报道，这种生物体的吸收与它的表面面积成正比。死藻 对苯酚也有吸附作用，但效果远逊于活藻。
直接接触苯酚对人类是 致命的
苯酚
许多去除工业废水中的 苯酚和酚类衍生物的传统 的废水处理技术已被开发 出来。
例如吸附，微波辅助提 取，臭氧化，膜基技术， 电化学处理，这些方法复 杂且昂贵，其中一些产生 有害的副产品。因此，生 物处理技术逐渐得到广泛 应用。
4
2 最新研究进展
根据最新的研究，苯酚及其衍生物可以被藻类 代谢和降解。藻类对酚类化合物的去除能力随藻类 的种类或基质、降解时间和初始pH值的不同而不同， 但随着污染物浓度的增加，藻类对苯酚的降解率降 低，因为苯酚浓度越高，对细胞的毒性越大，所以 藻类对苯酚有一定的耐受范围。
2.1.2 酚衍生物的去除
❖ Wang等人研究了双酚A降解实验。 将含有藻类的培养基与不同浓度 的双酚A(1,3,5.5和13.5 mg/L)混合。 结果表明，绿藻对双酚a有较强的 耐受性，不同浓度的双酚a(1、3、 5.5、13.5 mg/L)对藻类的生长无 明显抑制作用，去除率分别57%、 25%、18%和26%。
7
除酚
Source:Characterization of cometabolic degradation of p-cresol with phenol as growth substrate by Chlorella vulgaris
8
2.1.1 除酚
❖ (Dayanaand Bakthavatsalam 2019)对从煤气化污水处理厂分离得到的核小 球藻的生长和对苯酚的利用行为进行了研究。
合成酚废水和酚废水中的降解效果进行了比较研究.研究发现，7 天后藻 类对苯酚的平均降解率约为97.6%，废水中大部分金属离子被去除。藻 类利用酚类物质在污染物浓度适当范围内，藻类通过光合作用将酚类物 质吸收到细胞中，并通过一系列酶促反应将有机物矿化，从而达到水体 修复的目的。
Source:Influence of pH on the culture of Scenedesmus obliquus in olive-mill wastewater Phycoremediation of phenolic effluent of a coal gasification plant by Chlorella pyrenoidosa
藻类去除废水中的酚类物质
Caisong Zhang等
Contents
1
背景
2
最新研究
3
吸附
4
降解
5 酚类化合物的毒理学效应
2
1 背景
藻类的介绍
藻类由来自不同系统 发育类群的一系列生 物体组成，共超过 30,000种。
通常分为多细胞的大 藻类和单细胞的微藻 类。
藻类的应用
近年来，微藻在化妆 品中的应用越来越受 到人们的关注。而且 微藻可以去除废水中 的有害化合物。
❖ 烷烃和苯酚的共代谢可以为细胞提供两个平行的碳源，从而为细胞生长 提供更多的碳。提高生物量的生长率可以导致更好的苯酚降解率。苯酚 的加入有效提高了间甲酚和对氯酚的降解效率。在外源营养素的作用下， 苯酚和对甲酚的降解速率得以提高，而且NaHCO3可以同时提高苯酚和对 甲酚的降解速率
Source:Effect of cresols treatment by microal-gae on the cells’ composition.
19
3 吸附
❖ 近年来，绿藻作为去除染料的生物手段得到了广泛的研究。此外，大量 研究已经证明大型藻类对重金属有一定的去除作用。例如，蓝绿色的螺 旋藻生长在受污染的条件下，对汞和铅具有抗性，这导致了类似哺乳动 物金属结合多肽的鉴定。而且，藻类可以利用胞内磷酸盐和胞外多糖吸 附金属离子。
❖ Zhou等人发现，蛋白核小球藻和斜生栅藻对铜和锌的去除率均在70% 以上，细胞内两种金属的去除量远低于细胞表面的吸附量，说明两种藻 类非代谢吸收对金属的去除起着重要作用的。
Source:Identification of novel pathways for biodegradation of bisphenol A by the green alga Desmodesmus sp.WR1, combined with mechanistic analysis at the transcriptome level
Source: Biological treatment of pulp and paper industry effluent by oleaginous yeast integrated with production of biodiesel as sustainable transportation fuel. 13
2.2 废水
❖ 许多研究表明，微藻可以直接去除废水中的营养物， COD表示化学污 染物氧化所需的氧气量，BOD表示需氧生物分解有机物所需的氧气量。 因此，微藻在去除废水中的酚类化合物时，具有降低BOD的能力。
❖ 李等人在人工废水中利用连续和间歇光照培养小球藻。结果表明，无论 照明方案如何，在1天内，总有机碳(TOC)和化学需氧量(COD)均下 降到初始浓度的20%以下。间歇光照对单位生物量有机碳和磷的去除 效率提高，连续光照对硝酸盐的去除效率略高于间歇光照。此外，还研 究了藻类对实际废水中苯酚的降解效果。
Source：Spirulina maxima for Phenol Removal: Study on its Tolerance, Biodegradability and Phenol-Carbon Assimilability Biodegradation of phenol by a novel diatom BD1IITG-kinetics and biochemical studies.
2.1.2 酚衍生物的去除
❖ 有许多藻类降解酚类衍生物的研究，Surkatti和Al-Zuhair进行了藻类 对剧毒甲酚的降解实验。研究发现，小球藻在对甲酚中的生长和降解效 果优于邻甲酚。小球藻能将对甲酚从95 -265 mg/L的浓度范围内完全 去除。而当浓度达到330 mg/L时，5天内微藻对p-甲酚的降解率仅为 20%。
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2.1.1 除酚
Source:A comparative study on growth and degradation behavior of C. pyrenoidosa on synthetic phenol and phenolic wastewater of a coal gasification plant
2.1.2 酚衍生物的去除
❖ 此外，Zhou et al.等人对斜刺绿藻去除壬基酚和辛基酚进行了实验研究。
Source:Cellular responses and bioremoval of nonylphenol and octylphenol in the freshwater green microalga Scenedesmus obliquus 17
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2.1.1 除酚
❖ Lee等人研究了了大螺旋藻对苯酚的耐受性和降解能力以及苯酚-碳同化 能力。结果表明，苯酚浓度在50 ~ 400mg /L之间，6天后对培养基中的 苯酚去除率均在97%以上，且总去除时间随着苯酚浓度的增加而增加 。 同时， 13C-酚-碳被作为生物物质同化，并且碳矿化为CO2。
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2.1.2 酚衍生物的去除
❖ Zhang等人进行了一项类似的实验，用Ulva prolifera去除海水中的双酚A。
Source:Phycoremediation of coastal waters contaminated with bisphenol A by green tidal algae Ulva prolifera 16
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2.1.2 酚衍生物的去除
❖ 以往的研究表明，在葡萄糖和光照的作用下，微藻的生长速率和 分解代谢活性均有所提高(Papazi and Kotzabasis 2007)。
❖ 双酚A是一种重要的酚类衍生物和内分泌干扰化学物质。它是水 生环境中内分泌干扰的主要因素，具有极强的雌激素活性和急性 毒性。因此，双酚A的完全矿化是一个重大的环境问题。
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2.1 合成废水
❖ 合成废水只在实验阶段得到了较好的处理效果。对于合成废水处理， 在一定浓度范围内，许多藻类能在苯酚或酚类衍生物废水中有良好的生 长。藻类可以将污染物作为自身生长和代谢的唯一碳源。
2.1.1 除酚
常用作废水处理的藻类有好几种，其中小球藻和栅藻被广泛使用。斯克 拉格比较了普通小球藻和小球藻VT-1在苯酚存在下的生长情况。实验结果 表明，小球藻VT-1在连续光照培养14天后，可以在4种不同的苯酚浓度 （100-400mg/L）下生长；然而，小球藻在苯酚浓度为400mg/L时几乎不生 长。
利用微藻降解的优点
(a)低成本生产和维护 (b)通过光合作用使用 廉价和丰富的能源 (c)生产高价值的产品 (d)使用无机氮和磷生 长 (e)使用生物燃料繁殖 藻类生物量。
3
1 背景
苯酚是石油炼制、塑 料、造纸、纸浆、制药 、煤炭加工等工业中常 见的有机污染物之一。
不加选择地向水体中 排放废水是造成水体中 苯酚浓度偏高的主要原 因。
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2.2 废水
❖ Hodaifa等评价了pH对橄榄油厂废水中斜视阔叶草生长的影响。 ❖ Dayana Priyadharshini和Bakthavatsalam研究了煤气化厂酚废水的降解。 ❖ Dayana Priyadharshini和Bakthavatsalam也对C. pyrenoidosa在某煤气化厂
Source：The effect of phenol on the growth of Chlorellavulgaris and Chlorella VT-1.
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2.1.1 除酚
❖ 在另一项研究中， (Xiao et al. 2019)以 小球藻为单一污染物对苯酚进行了生 物降解实验。实验使用BG-11培养基， 培养基的酸碱度调至7.1进行灭菌。用 血细胞计数法和紫外源自文库可见分光光度法 分别测定细胞数和细胞密度。测定所 有样品均在25℃的光照培养箱中进行， 光照-黑暗各12小时。苯酚浓度分别为 100、300、500和800mg/L。废水中酚 类化合物 用气相色谱进行表征。
❖ Pinto等利用微藻去除橄榄油厂废水(OMW)中的低分子量苯酚。
Source:Improving high carbon dioxide tolerance and carbon dioxide fixation capability of Chlorella sp. by adaptive laboratory evolution Removal of low molecular weight phenols from olive oil mill wastewater using microalgae
❖ Das等人对蛋白核小球藻降解苯酚的情况进行了全面研究，研究发现， 在藻类初始生物量为0.22 g/L、苯酚浓度为25-200mg/L的条件下，7天后 苯酚去除率达到100%。之后，他们研究了一种新型硅藻BD1IITG降解 苯酚的动力学和生物化学。结果表明，在单一苯酚为污染物的条件下， 硅藻BD1IITG的降解能力比蛋白核小球藻差。
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2.1.2 酚衍生物的去除
Source:Identification of novel pathways for biodegradation of bisphenol A by the green alga Desmodesmus sp.WR1, combined with mechanistic analysis at the transcriptome level
Source:Phycoremediation of coastal waters contaminated with bisphenol A by green tidal algae Ulva prolifera
20
3 吸附
❖ 藻类降解有机污染物的机理与去除重金属离子的机理相同，包括第一阶 段的快速和被动物理化学吸附。 Dotto等通过螺旋藻LEB 18吸附苯酚的 热力学参数表明，生物吸附是一个自发的、有益的放热过程。疏水性和 受体与供体之间的相互作用是酚类化合物吸附的主要驱动力。在酚类物 质浓度一定的情况下，海藻吸附剂的用量对去除率有一定的影响。在初 始阶段，吸附剂的含量对去除率的影响最为明显。这是因为使用的吸附 剂越多，它们与酚类物质结合的位点就越多。藻类的大小也与其吸附能 力密切相关。据报道，这种生物体的吸收与它的表面面积成正比。死藻 对苯酚也有吸附作用，但效果远逊于活藻。
直接接触苯酚对人类是 致命的
苯酚
许多去除工业废水中的 苯酚和酚类衍生物的传统 的废水处理技术已被开发 出来。
例如吸附，微波辅助提 取，臭氧化，膜基技术， 电化学处理，这些方法复 杂且昂贵，其中一些产生 有害的副产品。因此，生 物处理技术逐渐得到广泛 应用。
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2 最新研究进展
根据最新的研究，苯酚及其衍生物可以被藻类 代谢和降解。藻类对酚类化合物的去除能力随藻类 的种类或基质、降解时间和初始pH值的不同而不同， 但随着污染物浓度的增加，藻类对苯酚的降解率降 低，因为苯酚浓度越高，对细胞的毒性越大，所以 藻类对苯酚有一定的耐受范围。
2.1.2 酚衍生物的去除
❖ Wang等人研究了双酚A降解实验。 将含有藻类的培养基与不同浓度 的双酚A(1,3,5.5和13.5 mg/L)混合。 结果表明，绿藻对双酚a有较强的 耐受性，不同浓度的双酚a(1、3、 5.5、13.5 mg/L)对藻类的生长无 明显抑制作用，去除率分别57%、 25%、18%和26%。
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除酚
Source:Characterization of cometabolic degradation of p-cresol with phenol as growth substrate by Chlorella vulgaris
8
2.1.1 除酚
❖ (Dayanaand Bakthavatsalam 2019)对从煤气化污水处理厂分离得到的核小 球藻的生长和对苯酚的利用行为进行了研究。
合成酚废水和酚废水中的降解效果进行了比较研究.研究发现，7 天后藻 类对苯酚的平均降解率约为97.6%，废水中大部分金属离子被去除。藻 类利用酚类物质在污染物浓度适当范围内，藻类通过光合作用将酚类物 质吸收到细胞中，并通过一系列酶促反应将有机物矿化，从而达到水体 修复的目的。
Source:Influence of pH on the culture of Scenedesmus obliquus in olive-mill wastewater Phycoremediation of phenolic effluent of a coal gasification plant by Chlorella pyrenoidosa
藻类去除废水中的酚类物质
Caisong Zhang等
Contents
1
背景
2
最新研究
3
吸附
4
降解
5 酚类化合物的毒理学效应
2
1 背景
藻类的介绍
藻类由来自不同系统 发育类群的一系列生 物体组成，共超过 30,000种。
通常分为多细胞的大 藻类和单细胞的微藻 类。
藻类的应用
近年来，微藻在化妆 品中的应用越来越受 到人们的关注。而且 微藻可以去除废水中 的有害化合物。
❖ 烷烃和苯酚的共代谢可以为细胞提供两个平行的碳源，从而为细胞生长 提供更多的碳。提高生物量的生长率可以导致更好的苯酚降解率。苯酚 的加入有效提高了间甲酚和对氯酚的降解效率。在外源营养素的作用下， 苯酚和对甲酚的降解速率得以提高，而且NaHCO3可以同时提高苯酚和对 甲酚的降解速率
Source:Effect of cresols treatment by microal-gae on the cells’ composition.
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3 吸附
❖ 近年来，绿藻作为去除染料的生物手段得到了广泛的研究。此外，大量 研究已经证明大型藻类对重金属有一定的去除作用。例如，蓝绿色的螺 旋藻生长在受污染的条件下，对汞和铅具有抗性，这导致了类似哺乳动 物金属结合多肽的鉴定。而且，藻类可以利用胞内磷酸盐和胞外多糖吸 附金属离子。
❖ Zhou等人发现，蛋白核小球藻和斜生栅藻对铜和锌的去除率均在70% 以上，细胞内两种金属的去除量远低于细胞表面的吸附量，说明两种藻 类非代谢吸收对金属的去除起着重要作用的。
Source:Identification of novel pathways for biodegradation of bisphenol A by the green alga Desmodesmus sp.WR1, combined with mechanistic analysis at the transcriptome level
Source: Biological treatment of pulp and paper industry effluent by oleaginous yeast integrated with production of biodiesel as sustainable transportation fuel. 13
2.2 废水
❖ 许多研究表明，微藻可以直接去除废水中的营养物， COD表示化学污 染物氧化所需的氧气量，BOD表示需氧生物分解有机物所需的氧气量。 因此，微藻在去除废水中的酚类化合物时，具有降低BOD的能力。
❖ 李等人在人工废水中利用连续和间歇光照培养小球藻。结果表明，无论 照明方案如何，在1天内，总有机碳(TOC)和化学需氧量(COD)均下 降到初始浓度的20%以下。间歇光照对单位生物量有机碳和磷的去除 效率提高，连续光照对硝酸盐的去除效率略高于间歇光照。此外，还研 究了藻类对实际废水中苯酚的降解效果。
Source：Spirulina maxima for Phenol Removal: Study on its Tolerance, Biodegradability and Phenol-Carbon Assimilability Biodegradation of phenol by a novel diatom BD1IITG-kinetics and biochemical studies.