隨著全球快速工業(yè)化推進(jìn)、城市規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥使用量的激增，難降解污染物在環(huán)境中的累積的問(wèn)題日益凸顯，其引發(fā)的生物放大效應(yīng)更是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)平衡和人類(lèi)健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，成為當(dāng)前社會(huì)各界廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)環(huán)境議題。這類(lèi)難降解污染物具有化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、分解難度大的顯著特征，更值得警惕的是，其在環(huán)境中發(fā)生轉(zhuǎn)化后形成的產(chǎn)物，往往展現(xiàn)出更強(qiáng)的毒性和環(huán)境持久性，因此，針對(duì)此類(lèi)污染物的高效修復(fù)已成為亟待解決的緊迫任務(wù)。
傳統(tǒng)的污染物處理技術(shù)，如物理吸附、化學(xué)氧化等，普遍存在成本高昂、處理效率低下的弊端，且部分化學(xué)處理方法還可能引入新的有害化學(xué)物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成二次污染，其應(yīng)用場(chǎng)景和治理效果受到極大限制。在這樣的背景下，尋找綠色、高效、可持續(xù)的替代修復(fù)方案已勢(shì)在必行。微藻作為一類(lèi)分布廣泛、種類(lèi)繁多的微生物資源，憑借其經(jīng)濟(jì)成本低、環(huán)境友好、生長(zhǎng)速率快等突出優(yōu)勢(shì)，逐漸走進(jìn)人們的視野，成為生物修復(fù)領(lǐng)域極具潛力的新興利器，為解決難降解污染物治理難題提供了全新思路。
微藻在污染物修復(fù)方面展現(xiàn)出了獨(dú)特的雙重價(jià)值：一方面能夠高效去除環(huán)境中的有毒污染物，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的凈化；另一方面，其在修復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生的生物質(zhì)還具有豐富的應(yīng)用前景，可用于生物燃料生產(chǎn)、飼料添加劑研發(fā)、高價(jià)值化合物提取等多個(gè)領(lǐng)域，真正實(shí)現(xiàn)了 “治污” 與 “資源回收” 的有機(jī)結(jié)合。從作用機(jī)制來(lái)看，微藻主要通過(guò)生物吸附、生物富集、生物轉(zhuǎn)化、生物降解及光降解等多種途徑協(xié)同作用，完成對(duì)污染物的分解與轉(zhuǎn)化。在生物吸附過(guò)程中，微藻細(xì)胞表面的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜及胞外聚合物等結(jié)構(gòu)，能夠通過(guò)物理吸附、化學(xué)結(jié)合等方式將污染物分子固定在細(xì)胞表面；隨后，部分污染物會(huì)通過(guò)跨膜運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，被微藻通過(guò)生物富集作用儲(chǔ)存起來(lái)；而對(duì)于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的污染物，微藻則會(huì)通過(guò)自身代謝過(guò)程產(chǎn)生特定的酶類(lèi)，將其生物轉(zhuǎn)化為毒性較低的中間產(chǎn)物，最終通過(guò)生物降解作用分解為二氧化碳、水等無(wú)害物質(zhì)，同時(shí)，微藻自身的光合作用也能輔助實(shí)現(xiàn)部分污染物的光降解，整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物還能為微藻自身的生長(zhǎng)繁殖提供營(yíng)養(yǎng)支持，形成良性循環(huán)。
大量研究實(shí)踐已充分驗(yàn)證了微藻基生物修復(fù)技術(shù)在消除難降解有毒污染物方面的巨大潛力。在重金屬污染治理中，微孢綠膠藻、團(tuán)集剛毛藻和腸滸苔等特定微藻物種表現(xiàn)尤為突出，以對(duì)重金屬鉻的去除為例，這些微藻通過(guò)高效的生物吸附機(jī)制，去除率可高達(dá) 66.6%，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)處理方法。除重金屬外，微藻對(duì)多種新型污染物均展現(xiàn)出良好的去除效果：針對(duì)醫(yī)藥行業(yè)排放的藥物殘留、紡織工業(yè)產(chǎn)生的染料廢水、石油化工領(lǐng)域的烴類(lèi)污染物、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中濫用的農(nóng)藥以及日益嚴(yán)峻的塑料垃圾等，不同種類(lèi)的微藻都能通過(guò)特異性的吸附或降解機(jī)制，實(shí)現(xiàn)高效凈化。目前，該技術(shù)已在廢水處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，形成了一系列成熟的微藻修復(fù)工藝，如開(kāi)放式跑道池培養(yǎng)系統(tǒng)、封閉式光生物反應(yīng)器系統(tǒng)等，能夠針對(duì)不同類(lèi)型的污染廢水，實(shí)現(xiàn)污染物的精準(zhǔn)去除和水質(zhì)的深度凈化。
本文通過(guò)系統(tǒng)梳理微藻基生物修復(fù)技術(shù)的研究成果，批判性地評(píng)估了其在難降解污染物治理中的應(yīng)用潛力與局限性。同時(shí)，重點(diǎn)聚焦該領(lǐng)域的新興技術(shù)突破，如基因工程改造高產(chǎn)酶微藻菌株、微藻與其他微生物協(xié)同修復(fù)系統(tǒng)構(gòu)建等，深入剖析了各類(lèi)修復(fù)機(jī)制的作用原理與適用場(chǎng)景，并結(jié)合當(dāng)前環(huán)境治理需求，探討了面向未來(lái)可持續(xù)環(huán)境的解決方案。未來(lái)，隨著研究的不斷深入，微藻基生物修復(fù)技術(shù)有望在優(yōu)化修復(fù)工藝、提升污染物去除效率、拓展應(yīng)用場(chǎng)景等方面取得更大突破，為全球生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供更具可行性的技術(shù)路徑，推動(dòng)環(huán)境治理向綠色、高效、可持續(xù)的方向轉(zhuǎn)型。
原文鏈接：Microalgae-based bioremediation of emerging contaminants: techniques, recent developments, and future perspectives
