营养强化型小球藻高效清除棕榈油厂废水重金属：近完全去除与资源化策略

为应对棕榈油厂废水（POME）中重金属（Cu、Cd、Fe、Zn）引发的环境风险，马来西亚诺丁汉大学团队创新性地采用营养强化培养策略，系统评估了Chlorella vulgaris在PSC（POME:合成培养基=2:1）与PC（1:1）体系中的生物修复性能。研究发现PSC体系14天内实现98.99% Cu、99.24% Cd、99.29% Fe及99.92% Zn的突破性去除，显著优于PC体系（P<0.0001），并证实伪二级动力学模型（R²>0.95）主导的化学吸附机制。该成果为POME治理提供了兼具高效金属脱除与生物质资源化（肥料/生物燃料）的绿色解决方案，推动棕榈油产业循环生物经济发展。

棕榈油产业在支撑全球食品与日化行业的同时，衍生出巨量棕榈油厂废水（POME）。这种高有机负荷废水含有铜（Cu）、镉（Cd）、铁（Fe）、锌（Zn）等重金属，源于加工设备腐蚀及添加剂残留，对水体与土壤生态系统构成持续性威胁。尽管传统厌氧消化可降解有机物，但残留重金属仍通过食物链生物放大，诱发水生生物及人类慢性中毒。当前吸附剂（如纳米金属活性炭）虽能去除90-99%重金属，却面临化学活化成本高、二次污泥及不可再生等瓶颈。相比之下，微藻生物修复因兼具污染物清除与生物质资源化潜力备受关注，但POME体系中不同培养条件对多金属同步去除效能的影响机制尚未明晰。

为此，马来西亚诺丁汉大学研究团队在《Cleaner Water》发表题为"Bioremediation of Heavy Metals in Palm Oil Mill Effluent (POME) Using Chlorella vulgaris: A Biological Approach"的论文，系统探究营养强化对小球藻（Chlorella vulgaris）去除POME中四种重金属的增效机制。研究设置三组体系：合成培养基对照（CO）、营养缓冲体系（PSC，POME:合成培养基=2:1）及直接处理体系（PC，POME:藻液=1:1），通过14天培养结合原子吸收光谱（AAS）定量金属浓度，揭示PSC体系实现重金属近完全去除（>98.99%），并阐明其吸附动力学与离子选择性规律，为POME绿色治理提供新范式。

关键技术方法

研究采用马来西亚棕榈油厂原始POME样本，通过0.45 μm滤膜预处理去除悬浮物。实验设置CO、PSC、PC三组体系（各设三重复），在25±2°C、3000 lux光照下培养Chlorella vulgaris。每日采集样本经离心（6200 RPM, 10 min）分离上清液，采用AAS-7800型原子吸收光谱仪测定Cu、Cd、Fe、Zn浓度（依据APHA标准方法），并通过校准曲线验证数据可靠性（如Cu校准曲线R²=0.9746）。生物量通过干重法（60-80°C烘至恒重）量化，吸附动力学采用伪二级动力学模型拟合。离子选择性通过标准化系数S_i评估，吸附剂再生采用0.05 mol L^-1 HCl解吸（固液比1:50, 150 rpm振荡30 min），循环实验重复四次。

研究结果

3.1.1. 铜（Cu）

PSC体系中Cu浓度从0.30 mg L^-1降至0.0037 mg L^-1，呈现三阶段动力学：0-3天为细胞壁官能团快速吸附期（斜率陡峭），4-7天为细胞内植物螯合素介导的积累期，8-14天进入残留抛光期。最终去除率98.99%（PC为98.63%），符合伪二级动力学模型（R²>0.95），证实化学吸附主导。

3.1.2. 镉（Cd）

PSC体系Cd去除率达99.24%（PC为67.23%）。早期（1-4天）依赖表面吸附，中期（5-8天）转向细胞内积累，后期（9-14天）因金属可利用性降低而增速放缓。营养强化显著提升耐受性，避免PC体系中高Cd负荷导致的代谢抑制。

3.1.3. 铁（Fe）

PSC体系Fe浓度经三阶段降至0.0143 mg L^-1（去除率99.29%）：初始吸附期（0-4天）由羧基/磷酸根基团介导，5-7天为铁载体（Siderophore）介导的转运加速期，末期因铁限制性生长趋缓。富铁生物质光合效率（Fv/Fm）提升22%，凸显资源化价值。

3.1.4. 锌（Zn）

PSC实现Zn最高去除率（99.92%），浓度从0.0642 mg L^-1降至0.0016 mg L^-1。PSC因营养补充提升金属结合力，吸附效能持续高于PC体系（99.84%）。

3.2. 离子选择性分析

营养强化显著改变离子竞争行为。PSC体系标准化系数排序为Zn（S_i=1.24）> Fe（1.18）≈ Cd（1.16）> Cu（1.00）（P=0.0016），归因于Zn²⁺/Fe³⁺与细胞壁-COOH/-PO₄基团更强的内层络合能力。PC体系因营养限制导致选择性全面下降（S_i<0.93）。

3.3. 生物量积累

营养补充驱动生物质增产：PSC组干重达1.26 g L^-1（较CO提升16.7%），PC组为1.24 g L^-1（提升14.8%），印证微藻在POME中的资源回收潜力。

3.4. 吸附剂再生

0.05 mol L^-1 HCl解吸率超92%（Zn/Cu）和83%（Fe），成本仅为EDTA的三分之一。经四次循环，PSC生物质仍保留82%初始吸附容量（PC为65%），满足可再生吸附剂阈值（>75%）。

结论与