黄金是重要的战略及金融储备资源,由于其存量稀少、性质稳定及被赋予尊贵象征等特点,已经在一定程度上成为生活必需品。然而,由于社会需求的不断增加,黄金开采和冶炼的难度也在同步增加,其伴生的环境问题也日益突出,尤其是废水废渣的排放。胶东地区是全国最大的黄金生产基地,但黄金冶炼过程中会产生废酸、萃余液、含氰废水等,此类废水大多呈酸性,而且具有硫酸盐和重金属含量高等特点,该类废水的有效处理一直是环保行业的瓶颈之一。目前针对黄金冶炼废水的处理技术存在成本高、难达标、中水回用率低等诸多问题。然而,通常情况下,冶炼区域的废水通常为冶炼废水与生活污水的混合废水,混合后的废水中含有大量的碳、氮、磷等污染物,大大提高了该区域废水的可生化性。因此,开发新型技术对该区域内废水进行有效处理,探索实现废水资源化利用尤为重要。微藻是一类能够进行光合作用的低等生物,广泛应用于食品保健品、化妆品、动物饵料饲料、生物能源和固碳、废水处理等领域。其中,废水中大量的碳、氮、磷、硫等物质,是微藻生长所必需的元素。同时,微藻具有极强的重金属吸附性能。采用微藻进行废水处理,不仅能够减轻环境污染,还可促进微藻生长。开展利用微藻进行黄金冶炼工业区域废水处理的研究,对于识别微藻在极端环境(高酸、高盐、高重金属等)中的生长状况,以及对硫酸盐、重金属去除效果等问题具有重要意义,也可为利用微藻进行工业废水治理及污染水体修复提供技术依据。本研究采用了两种不同类型的微藻培养方式,即分别利用鼓泡床光反应器在悬浮体系下培养微藻,和利用旋转微藻生物膜反应器(RAB)在挂膜培养体系下培养微藻。本研究针对烟台地区金矿冶炼区域附近,废水中硫酸盐含量及镍、锌、钴、铬等重金属含量较高的特点,首先评价了悬浮微藻在含硫化物模拟废水和含硫酸盐模拟废水中的生长效果,结果显示,在悬浮培养条件下,高浓度硫化物对微藻的生长具有明显的抑制作用,而悬浮微藻可在含高浓度硫酸盐废水中生长。当在p H为9、水力停留时间(HRT)为10天、进水SO₄^2-浓度为1g/L时,悬浮微藻的生长状况最佳,悬浮微藻培养体系对TN、COD的去除效果较好,去除效率分别能达到84%和99%,但对TP、SO₄^2-的去除能力较差,其中TP的出水浓度略高于进水浓度(藻类释放),SO₄^2-的去除效率多在20%附近,且连续培养模式下易发生细胞流失的问题。利用旋转微藻生物膜反应器,重点研究了微藻生物膜对于酸性高硫酸盐(1g/L、2g/L、4g/L)模拟废水的处理效果及在该水体环境下反应器的长期运行状况。结果显示,旋转微藻生物膜反应器对于硫酸盐的去除效率可达46%,去除速率达0.56g/L-day,且微藻生物膜对模拟废水中氨氮、TP、COD均具有很好的处理效果,21天后,去除率分别达到82.64%、99.69%、98.90%。采用电感耦合等离子光谱技术对微藻生物量中的硫含量进行了检测,发现微藻生物量中的硫含量随着进水SO₄^2-浓度的提高而提高,说明微藻生物膜能够有效吸收模拟废水体系中的SO₄^2-。采用高通量测序技术对微藻生物膜处理酸性高含硫酸盐模拟废水前后的微生物群落变化进行分析,结果显示RAB反应器培养的微藻生物膜有着丰富的微生物群落,包括多种蓝细菌、绿藻、硅藻以及酸性还原细菌等。利用微藻能够吸附重金属的优势,采用悬浮微藻和微藻生物膜培养体系,分别对镍(Ni(II))、锌(Zn(II))、钴(Co(II))、铬(Cr(III))四种重金属离子进行吸附性研究。在工业废水常见的浓度范围内,采用4个固定镍、锌、钴、铬浓度,分别为81.75mg/L、0.292mg/L、99mg/L和25mg/L。结果显示,微藻对重金属的吸附效果随着微藻负载量的增加而提高,对镍、锌、钴、铬的去除效率均能达到100%,且微藻生物膜对于镍、锌和铬的吸附效果优于悬浮微藻。通过荧光共聚焦显微镜观察发现,微藻生物膜中的胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)含量远远高于悬浮微藻中的EPS含量,这是造成微藻生物膜对重金属的吸附效果远远好于悬浮微藻的原因。不同微藻负载量下,微藻对重金属的吸附符合二级动力学方程,且微藻对重金属的吸附符合Freundlich等温线吸附模型。在此基础上,本研究以镍为例,着重研究了悬浮微藻和微藻生物膜在不同镍浓度(0、10、100、1000、5000 mg/L)、不同p H(5、7、9)条件下的生长状况,并对微藻吸附重金属的机理进行了深入研究,结果发现,与悬浮微藻相比,微藻生物膜能够耐受浓度为5000 mg/L的镍溶液,且当初始镍浓度为100-1000mg/L时,微藻生物膜对镍的去除效率可达90%,并能够实现生长。利用SYTOX核酸绿细胞技术对吸附镍后的悬浮微藻和微藻生物膜生物量分析发现,微藻生物膜中活细胞含量高于悬浮微藻,这是由于微藻生物膜中大量的EPS对藻细胞起到了一定的保护作用。最后,利用旋转微藻生物膜反应器,对微藻生物膜在硫酸盐(1000 mg/L)和镍(80 mg/L)的复合模拟废水中的生长及污染物去除效果进行了研究。结果显示,微藻生物膜在高硫酸盐重金属复合模拟废水中可以生长且对污染物有着一定的去除效果,镍的存在会在一定程度上抑制微藻生物膜对水体中硫酸盐的去除效果。以上研究说明,相比于传统的悬浮微藻培养体系而言,以RAB反应器为基础的微藻生物膜体系对高浓度硫酸盐、高浓度重金属环境具有更好的耐受性,且能够在以高浓度硫酸盐和重金属复合环境为基础的模拟废水中生长,并完成对水体中污染物的去除,这对后续微藻在处理矿业冶炼区域废水方面的研究具有重要意义。