微藻治廢有潛力有前景 但還需跨過(guò)幾道坎

廢水處理是環(huán)境保護(hù)中的重要環(huán)節(jié)。微藻具有生長(zhǎng)速率快、光合速率強(qiáng)、含高價(jià)值生物質(zhì)及可以固定二氧化碳等特點(diǎn),利用微藻處理廢水可以說(shuō)是一種經(jīng)濟(jì)可行的污水資源化方案。

目前，該如何利用微藻來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)廢水、工業(yè)廢水、城市廢水和含農(nóng)藥以及抗生素等物質(zhì)的有害廢水進(jìn)行治理？針對(duì)不同的污水治理需求，又該如何進(jìn)行藻種選擇？我國(guó)在這方面的研究成果有哪些？微藻治污在我國(guó)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用情況如何，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還面臨哪些挑戰(zhàn)？未來(lái)該如何進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)化？

微藻技術(shù)是新興水處理技術(shù)

“利用微藻處理廢水是一種生態(tài)可持續(xù)的技術(shù)方法，其可通過(guò)發(fā)揮藻菌的協(xié)同作用，吸收并降解廢水中的污染物，整個(gè)處理過(guò)程不僅能耗低，又能促進(jìn)氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用，同時(shí)達(dá)到控制溫室氣體排放的目的?！苯洗髮W(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院副院長(zhǎng)鄒華教授說(shuō)。

在江蘇理工學(xué)院環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)程潔紅教授看來(lái)，微藻凈化污水的特點(diǎn)，就是在凈化污水的同時(shí)，又能生成有用的生物質(zhì)。利用微藻處理污水，是近年來(lái)的新興水處理技術(shù)之一。

目前，利用微藻處理的廢水多以城市污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢水等有機(jī)廢水為主。這類(lèi)廢水中含大量的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，易造成受納水體的富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致水華或赤潮。

傳統(tǒng)的A2/O工藝（俗稱(chēng)厭氧-缺氧-好氧法,是一種常用的污水處理工藝），去除氮、磷時(shí)運(yùn)行管理復(fù)雜、反硝化時(shí)需要補(bǔ)充碳源，提高了處理成本，還會(huì)造成溫室氣體排放。利用微藻處理污水，既不用補(bǔ)充碳源，又可控制溫室氣體排放。

由于微藻具有極強(qiáng)的適應(yīng)環(huán)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(nóng)藥、抗生素、殺蟲(chóng)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(qiáng)大吸附作用和降解作用，它可通過(guò)這兩種作用去除有害污染物，從而得以?xún)艋瘡U水。

鄒華介紹，在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的生物反應(yīng)器中，小球藻能去除85.6%的羥氨芐青霉素；經(jīng)小球藻處理后再加入來(lái)源于濕地沉積物或活性污泥的細(xì)菌進(jìn)行處理后，羥氨芐青霉素的去除率能達(dá)到99%。

不同污水應(yīng)采用不同方式

“不同行業(yè)產(chǎn)生的污水種類(lèi)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(nóng)業(yè)污水中的污染物多為微藻生長(zhǎng)所需的氮磷等，適宜微藻繁殖，因此利用微藻對(duì)該類(lèi)廢水進(jìn)行處理較為合適?！编u華說(shuō)。

鄒華介紹，用市政污水培養(yǎng)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(zhǎng)，并可完成對(duì)污水中氮磷的去除。

盡管污水中含有微藻生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍需針對(duì)不同污水的組成和性質(zhì)，挑選適當(dāng)?shù)脑宸N，以滿(mǎn)足微藻生長(zhǎng)的需要。

鄒華認(rèn)為，微藻處理農(nóng)業(yè)廢水雖潛力巨大，但需要結(jié)合各地實(shí)際情況，從生態(tài)農(nóng)業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，做好藻種選育、工藝優(yōu)化和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作。

各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在養(yǎng)魚(yú)的廢水或者養(yǎng)豬后產(chǎn)生的廢水中加入微藻都能有效去除各項(xiàng)常規(guī)污染物。

在工業(yè)廢水方面，工業(yè)廢水中除了COD、TN和TP等指標(biāo)外，還包括重金屬離子和有毒有害化學(xué)品等成分，需要多個(gè)步驟進(jìn)行凈化，微藻可以作為整體工藝的一個(gè)環(huán)節(jié)，提高工業(yè)廢水處理效率。

比如，在廢水處理過(guò)程中混合微藻處理能去除動(dòng)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(nóng)業(yè)廢水有差異，一般來(lái)說(shuō)，城市廢水經(jīng)過(guò)一級(jí)處理后，同樣可以通過(guò)微藻進(jìn)行深度處理。

程潔紅介紹，目前，微藻可以“對(duì)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(guò)高，一旦超出微藻的耐受極限，同樣抑制微藻生長(zhǎng)或?qū)е挛⒃逅劳觥?/p>

此前，清華大學(xué)胡洪營(yíng)教授團(tuán)隊(duì)就高效篩選出了可以異養(yǎng)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(jī)底物，并且可以利用廢水中的有機(jī)底物生產(chǎn)生物燃料，具有良好的市場(chǎng)前景。

微藻大規(guī)模應(yīng)用要跨過(guò)幾道坎

“我國(guó)在20世紀(jì)50年代末就提出了利用微藻進(jìn)行廢水處理，此后，以藻-菌共生體系和高效藻類(lèi)塘為代表的懸浮生長(zhǎng)藻類(lèi)塘系統(tǒng)在分散式污水處理中得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于一些技術(shù)問(wèn)題無(wú)法得到突破，利用微藻治污至今還沒(méi)有得到工業(yè)化的大規(guī)模應(yīng)用?！编u華說(shuō)。

在程潔紅看來(lái)，藻類(lèi)是自養(yǎng)型生物，盡管生長(zhǎng)時(shí)對(duì)廢水中營(yíng)養(yǎng)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(wú)法適應(yīng)高濃度的污水。因此，需要通過(guò)選擇育種、基因工程育種、誘變育種進(jìn)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(lèi)處理一般很難達(dá)到要求。因此，要根據(jù)不同的處理對(duì)象選擇藻種，并深入研究其凈化機(jī)制。

常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院環(huán)保教研室主任紀(jì)振介紹，當(dāng)前，微藻治理廢水領(lǐng)域的研究主要集中在優(yōu)勢(shì)藻類(lèi)種屬的篩選、藻類(lèi)固化、藻類(lèi)污水處理工藝優(yōu)化、藻類(lèi)處理廢水設(shè)備開(kāi)發(fā)四個(gè)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(zhuān)利，但在廢水處理領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化尚不多見(jiàn)。

鄒華認(rèn)為，目前來(lái)說(shuō)，微藻治污面臨多方面挑戰(zhàn)。比如，治污的效率以及穩(wěn)定性有待提高，藻細(xì)胞分離、采收困難仍是限制微藻技術(shù)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的重要瓶頸；技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不被認(rèn)可，有必要進(jìn)行綜合開(kāi)發(fā)，提高技術(shù)的可持續(xù)性并降低成本；環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)也有待進(jìn)一步評(píng)估。從總的來(lái)說(shuō)，進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)和利用微藻仍然是一個(gè)技術(shù)難題。

“微藻廢水處理技術(shù)是有潛力的綠色技術(shù)，需要針對(duì)不同廢水的處理需求，選擇合適的藻種（菌種）和工藝，進(jìn)一步提高廢水處理效率。”鄒華說(shuō)，目前，多數(shù)研究還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，需要更多中試規(guī)模以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

“需要從污染物處理效率、過(guò)程能量需求和經(jīng)濟(jì)性等多方面考察新的微藻廢水處理工藝，重視微藻的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，提出可持續(xù)治理技術(shù)，推動(dòng)微藻廢水處理的更廣泛應(yīng)用?！编u華說(shuō)。

常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證學(xué)院李娟紅博士也認(rèn)為，微藻廢水處理技術(shù)是極具潛力的綠色技術(shù)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。在實(shí)際應(yīng)用中需要針對(duì)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(guān)于微藻廢水處理的多數(shù)研究目前還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，需要工程應(yīng)用推廣。

從市場(chǎng)角度來(lái)看，需要從污染物處理效率、過(guò)程能耗和工程經(jīng)濟(jì)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(chǎn)品開(kāi)發(fā)，基于循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念提出可持續(xù)開(kāi)發(fā)路線，將微藻處理廢水技術(shù)作為微藻產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工藝的源頭而非終端，這樣才能推動(dòng)微藻廢水處理的更廣泛應(yīng)用。