微藻治废有潜力有前景 但还需跨过几道坎

废水处理是环境保护中的重要环节。微藻具有生长速率快、光合速率强、含高价值生物质及可以固定二氧化碳等特点,利用微藻处理废水可以说是一种经济可行的污水资源化方案。

目前，该如何利用微藻来实现对农业废水、工业废水、城市废水和含农药以及抗生素等物质的有害废水进行治理？针对不同的污水治理需求，又该如何进行藻种选择？我国在这方面的研究成果有哪些？微藻治污在我国产业化应用情况如何，产业化应用还面临哪些挑战？未来该如何进一步扩大产业化？

微藻技术是新兴水处理技术

“利用微藻处理废水是一种生态可持续的技术方法，其可通过发挥藻菌的协同作用，吸收并降解废水中的污染物，整个处理过程不仅能耗低，又能促进氮、磷等营养物质的循环利用，同时达到控制温室气体排放的目的。”江南大学环境与土木工程学院副院长邹华教授说。

在江苏理工学院环境工程专业程洁红教授看来，微藻净化污水的特点，就是在净化污水的同时，又能生成有用的生物质。利用微藻处理污水，是近年来的新兴水处理技术之一。

目前，利用微藻处理的废水多以城市污水、工业废水、农业废水等有机废水为主。这类废水中含大量的氮、磷等营养物质，易造成受纳水体的富营养化，导致水华或赤潮。

传统的A2/O工艺（俗称厌氧-缺氧-好氧法,是一种常用的污水处理工艺），去除氮、磷时运行管理复杂、反硝化时需要补充碳源，提高了处理成本，还会造成温室气体排放。利用微藻处理污水，既不用补充碳源，又可控制温室气体排放。

由于微藻具有极强的适应环境能力，甚至可以利用微藻处理含有毒害成分的废水，如含有农药、抗生素、杀虫剂等的废水，以及利用微藻处理含铁、锰、锌、铜等微量重金属元素的废水。

微藻具有强大吸附作用和降解作用，它可通过这两种作用去除有害污染物，从而得以净化废水。

邹华介绍，在实验室规模的生物反应器中，小球藻能去除85.6%的羟氨苄青霉素；经小球藻处理后再加入来源于湿地沉积物或活性污泥的细菌进行处理后，羟氨苄青霉素的去除率能达到99%。

不同污水应采用不同方式

“不同行业产生的污水种类繁多，且其中的氮磷含量及氮磷比也不尽相同。生活污水和农业污水中的污染物多为微藻生长所需的氮磷等，适宜微藻繁殖，因此利用微藻对该类废水进行处理较为合适。”邹华说。

邹华介绍，用市政污水培养莱茵衣藻可将污水中几乎全部氮磷予以消耗。栅藻也可在市政污水中生长，并可完成对污水中氮磷的去除。

尽管污水中含有微藻生长所需的营养物质，但在实际应用中仍需针对不同污水的组成和性质，挑选适当的藻种，以满足微藻生长的需要。

邹华认为，微藻处理农业废水虽潜力巨大，但需要结合各地实际情况，从生态农业和循环经济角度出发，做好藻种选育、工艺优化和产品开发工作。

各种实验结果证明，在养鱼的废水或者养猪后产生的废水中加入微藻都能有效去除各项常规污染物。

在工业废水方面，工业废水中除了COD、TN和TP等指标外，还包括重金属离子和有毒有害化学品等成分，需要多个步骤进行净化，微藻可以作为整体工艺的一个环节，提高工业废水处理效率。

比如，在废水处理过程中混合微藻处理能去除动物粪便废液、沼渣废液和纺织废水中的磷。

城市废水的组成与工农业废水有差异，一般来说，城市废水经过一级处理后，同样可以通过微藻进行深度处理。

程洁红介绍，目前，微藻可以“对付”废水中的有毒重金属，通常是用吸附的办法，如可吸附镉、铬、汞和铅等毒性大的金属，但这些重金属含量不能过高，一旦超出微藻的耐受极限，同样抑制微藻生长或导致微藻死亡。

此前，清华大学胡洪营教授团队就高效筛选出了可以异养的微藻，其中筛选得到的小球藻和栅藻可以利用20余种污染物作为有机底物，并且可以利用废水中的有机底物生产生物燃料，具有良好的市场前景。

微藻大规模应用要跨过几道坎

“我国在20世纪50年代末就提出了利用微藻进行废水处理，此后，以藻-菌共生体系和高效藻类塘为代表的悬浮生长藻类塘系统在分散式污水处理中得到了广泛的应用，但是由于一些技术问题无法得到突破，利用微藻治污至今还没有得到工业化的大规模应用。”邹华说。

在程洁红看来，藻类是自养型生物，尽管生长时对废水中营养要求较低，但目前从自然界纯化分离获得的微藻往往净化效率偏低，仍无法适应高浓度的污水。因此，需要通过选择育种、基因工程育种、诱变育种进行改良，以得到可工程利用的藻株。

此外，不同废水的污染物成分、含量皆不同，用单一的藻类处理一般很难达到要求。因此，要根据不同的处理对象选择藻种，并深入研究其净化机制。

常州工程职业技术学院环保教研室主任纪振介绍，当前，微藻治理废水领域的研究主要集中在优势藻类种属的筛选、藻类固化、藻类污水处理工艺优化、藻类处理废水设备开发四个方面，尽管已在筛选方法和筛选装置的研究上，形成了不少专利，但在废水处理领域的产业化尚不多见。

邹华认为，目前来说，微藻治污面临多方面挑战。比如，治污的效率以及稳定性有待提高，藻细胞分离、采收困难仍是限制微藻技术大规模工业化应用的重要瓶颈；技术经济性不被认可，有必要进行综合开发，提高技术的可持续性并降低成本；环境风险也有待进一步评估。从总的来说，进行大规模生产和利用微藻仍然是一个技术难题。

“微藻废水处理技术是有潜力的绿色技术，需要针对不同废水的处理需求，选择合适的藻种（菌种）和工艺，进一步提高废水处理效率。”邹华说，目前，多数研究还停留在实验室阶段，需要更多中试规模以上的实验数据。

“需要从污染物处理效率、过程能量需求和经济性等多方面考察新的微藻废水处理工艺，重视微藻的产品开发，提出可持续治理技术，推动微藻废水处理的更广泛应用。”邹华说。

常州工程职业技术学院检验检测认证学院李娟红博士也认为，微藻废水处理技术是极具潜力的绿色技术，具有广阔的市场前景。在实际应用中需要针对不同废水的处理需求，选择合适的藻种及工艺，提高废水处理效率，但关于微藻废水处理的多数研究目前还停留在实验室阶段，需要工程应用推广。

从市场角度来看，需要从污染物处理效率、过程能耗和工程经济性等多方面考察新的微藻废水处理工艺，特别是要重视微藻的产品开发，基于循环经济理念提出可持续开发路线，将微藻处理废水技术作为微藻产品开发工艺的源头而非终端，这样才能推动微藻废水处理的更广泛应用。