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科技日報記者?過國忠?通訊員張?青?吳?婷?雷?寧

廢水處理是環境保護中的重要環節。微藻具有生長速率快、光合速率強、含高價值生物質及可以固定二氧化碳等特點,利用微藻處理廢水可以說是一種經濟可行的污水資源化方案。

目前，該如何利用微藻來實現對農業廢水、工業廢水、城市廢水和含農藥以及抗生素等物質的有害廢水進行治理？針對不同的污水治理需求，又該如何進行藻種選擇？我國在這方面的研究成果有哪些？微藻治污在我國產業化應用情況如何，產業化應用還面臨哪些挑戰？未來該如何進一步擴大產業化？

6月13日，科技日報記者就此采訪了相關業內專家。

微藻技術是新興水處理技術

“利用微藻處理廢水是一種生態可持續的技術方法，其可通過發揮藻菌的協同作用，吸收并降解廢水中的污染物，整個處理過程不僅能耗低，又能促進氮、磷等營養物質的循環利用，同時達到控制溫室氣體排放的目的。”江南大學環境與土木工程學院副院長鄒華教授說。

在江蘇理工學院環境工程專業程潔紅教授看來，微藻凈化污水的特點，就是在凈化污水的同時，又能生成有用的生物質。利用微藻處理污水，是近年來的新興水處理技術之一。

目前，利用微藻處理的廢水多以城市污水、工業廢水、農業廢水等有機廢水為主。這類廢水中含大量的氮、磷等營養物質，易造成受納水體的富營養化，導致水華或赤潮。

傳統的A2/O工藝（俗稱厭氧-缺氧-好氧法,是一種常用的污水處理工藝），去除氮、磷時運行管理復雜、反硝化時需要補充碳源，提高了處理成本，還會造成溫室氣體排放。利用微藻處理污水，既不用補充碳源，又可控制溫室氣體排放。

由于微藻具有極強的適應環境能力，甚至可以利用微藻處理含有毒害成分的廢水，如含有農藥、抗生素、殺蟲劑等的廢水，以及利用微藻處理含鐵、錳、鋅、銅等微量重金屬元素的廢水。

微藻具有強大吸附作用和降解作用，它可通過這兩種作用去除有害污染物，從而得以凈化廢水。

鄒華介紹，在實驗室規模的生物反應器中，小球藻能去除85.6%的羥氨芐青霉素；經小球藻處理后再加入來源于濕地沉積物或活性污泥的細菌進行處理后，羥氨芐青霉素的去除率能達到99%。

不同污水應采用不同方式

“不同行業產生的污水種類繁多，且其中的氮磷含量及氮磷比也不盡相同。生活污水和農業污水中的污染物多為微藻生長所需的氮磷等，適宜微藻繁殖，因此利用微藻對該類廢水進行處理較為合適。”鄒華說。

鄒華介紹，用市政污水培養萊茵衣藻可將污水中幾乎全部氮磷予以消耗。柵藻也可在市政污水中生長，并可完成對污水中氮磷的去除。

盡管污水中含有微藻生長所需的營養物質，但在實際應用中仍需針對不同污水的組成和性質，挑選適當的藻種，以滿足微藻生長的需要。

鄒華認為，微藻處理農業廢水雖潛力巨大，但需要結合各地實際情況，從生態農業和循環經濟角度出發，做好藻種選育、工藝優化和產品開發工作。

各種實驗結果證明，在養魚的廢水或者養豬后產生的廢水中加入微藻都能有效去除各項常規污染物。

在工業廢水方面，工業廢水中除了COD、TN和TP等指標外，還包括重金屬離子和有毒有害化學品等成分，需要多個步驟進行凈化，微藻可以作為整體工藝的一個環節，提高工業廢水處理效率。

比如，在廢水處理過程中混合微藻處理能去除動物糞便廢液、沼渣廢液和紡織廢水中的磷。

城市廢水的組成與工農業廢水有差異，一般來說，城市廢水經過一級處理后，同樣可以通過微藻進行深度處理。

程潔紅介紹，目前，微藻可以“對付”廢水中的有毒重金屬，通常是用吸附的辦法，如可吸附鎘、鉻、汞和鉛等毒性大的金屬，但這些重金屬含量不能過高，一旦超出微藻的耐受極限，同樣抑制微藻生長或導致微藻死亡。

此前，清華大學胡洪營教授團隊就高效篩選出了可以異養的微藻，其中篩選得到的小球藻和柵藻可以利用20余種污染物作為有機底物，并且可以利用廢水中的有機底物生產生物燃料，具有良好的市場前景。

微藻大規模應用要跨過幾道坎

“我國在20世紀50年代末就提出了利用微藻進行廢水處理，此后，以藻-菌共生體系和高效藻類塘為代表的懸浮生長藻類塘系統在分散式污水處理中得到了廣泛的應用，但是由于一些技術問題無法得到突破，利用微藻治污至今還沒有得到工業化的大規模應用。”鄒華說。

在程潔紅看來，藻類是自養型生物，盡管生長時對廢水中營養要求較低，但目前從自然界純化分離獲得的微藻往往凈化效率偏低，仍無法適應高濃度的污水。因此，需要通過選擇育種、基因工程育種、誘變育種進行改良，以得到可工程利用的藻株。

此外，不同廢水的污染物成分、含量皆不同，用單一的藻類處理一般很難達到要求。因此，要根據不同的處理對象選擇藻種，并深入研究其凈化機制。

常州工程職業技術學院環保教研室主任紀振介紹，當前，微藻治理廢水領域的研究主要集中在優勢藻類種屬的篩選、藻類固化、藻類污水處理工藝優化、藻類處理廢水設備開發四個方面，盡管已在篩選方法和篩選裝置的研究上，形成了不少專利，但在廢水處理領域的產業化尚不多見。

鄒華認為，目前來說，微藻治污面臨多方面挑戰。比如，治污的效率以及穩定性有待提高，藻細胞分離、采收困難仍是限制微藻技術大規模工業化應用的重要瓶頸；技術經濟性不被認可，有必要進行綜合開發，提高技術的可持續性并降低成本；環境風險也有待進一步評估。從總的來說，進行大規模生產和利用微藻仍然是一個技術難題。

“微藻廢水處理技術是有潛力的綠色技術，需要針對不同廢水的處理需求，選擇合適的藻種（菌種）和工藝，進一步提高廢水處理效率。”鄒華說，目前，多數研究還停留在實驗室階段，需要更多中試規模以上的實驗數據。

“需要從污染物處理效率、過程能量需求和經濟性等多方面考察新的微藻廢水處理工藝，重視微藻的產品開發，提出可持續治理技術，推動微藻廢水處理的更廣泛應用。”鄒華說。

常州工程職業技術學院檢驗檢測認證學院李娟紅博士也認為，微藻廢水處理技術是極具潛力的綠色技術，具有廣闊的市場前景。在實際應用中需要針對不同廢水的處理需求，選擇合適的藻種及工藝，提高廢水處理效率，但關于微藻廢水處理的多數研究目前還停留在實驗室階段，需要工程應用推廣。

從市場角度來看，需要從污染物處理效率、過程能耗和工程經濟性等多方面考察新的微藻廢水處理工藝，特別是要重視微藻的產品開發，基于循環經濟理念提出可持續開發路線，將微藻處理廢水技術作為微藻產品開發工藝的源頭而非終端，這樣才能推動微藻廢水處理的更廣泛應用。