小球藻与狭叶马尾藻生物吸附/富集重金属的效能比较及合成废水修复优化研究

本研究针对工业废水中Fe2+、Mn2+、Zn2+污染问题，通过Box-Behnken响应面法优化小球藻（Chlorella vulgaris）和狭叶马尾藻（Sargassum angustifolium）的生物吸附（biosorption）与生物富集（bioaccumulation）技术。结果显示小球藻对三种金属的去除率最高达83.59%，其细胞结构和代谢活性显著优于马尾藻，为低成本废水处理及藻类资源化利用提供了新策略。

　　

随着工业活动加剧，重金属污染已成为威胁水生生态和人类健康的全球性问题。铁（Fe²⁺）、锰（Mn²⁺）、锌（Zn²⁺）等金属离子通过采矿、冶金等活动进入水体，其浓度超过0.3 mg/L（Fe）、0.05 mg/L（Mn）、5 mg/L（Zn）时即产生毒性。传统处理方法如离子交换、反渗透等存在高能耗、二次污染等缺陷，而微藻生物修复技术因其成本低、环境友好等优势备受关注。然而，现有研究多聚焦单一金属或活体藻类，对多种金属同步去除及生物吸附/富集机制的对比研究仍存空白。

针对这一挑战，波斯湾大学藻类研究中心的研究团队在《Science of The Total Environment》发表论文，系统比较了小球藻（Chlorella vulgaris）和狭叶马尾藻（Sargassum angustifolium）对Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺的去除效能。研究采用Box-Behnken响应面法优化藻粉剂量、金属浓度和接触时间等参数，结合FTIR（傅里叶变换红外光谱）和SEM（扫描电镜）分析吸附机制，并首次对比了两种藻类的生物吸附（表面吸附）与生物富集（代谢吸收）效率差异。

主要技术方法
研究通过18S rRNA和ITS2 DNA条形码鉴定藻种，在F/2培养基中培养微藻。采用Box-Behnken设计三因素三水平实验，利用原子吸收光谱（AAS）测定金属浓度，通过FTIR和SEM表征吸附前后藻体结构变化，Zeta电位分析阐明静电相互作用。

研究结果

Adsorbent characterization
FTIR显示羧基和羟基是主要吸附位点，光谱峰偏移证实金属-官能团相互作用。SEM观察到吸附后藻体表面形貌显著改变，证实细胞壁在吸附中的核心作用。

Conclusion
小球藻对Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺的去除率（83.59%、74.60%、78.98%）较马尾藻高1.2倍，归因于其更大比表面积和代谢活性。Fe²⁺主要通过生物富集去除，而Mn²⁺和Zn²⁺以生物吸附为主。藻粉在pH 3-7范围内保持高效吸附，且可重复使用3次后仍保持70%效率。

该研究不仅证实小球藻作为经济型生物吸附剂的潜力，还提出“废水处理-藻类培养-生物能源生产”的循环经济模式。未来可结合水热液化（hydrothermal liquefaction）技术进一步提升资源化效率，为工业废水治理提供兼具环境效益与经济效益的创新方案。