隨著化石能源的耗竭以及溫室效應(yīng)的日益顯著，尋覓更為節(jié)能和環(huán)境友好的污水處置工藝變得更為迫切。廢水中氮磷過剩是引發(fā)水體富營養(yǎng)化的主要緣由之一。這些氮磷是細(xì)菌、真菌和微藻能夠應(yīng)用的營養(yǎng)物質(zhì)。微藻廢水處置是環(huán)境可持續(xù)的綠色工藝，探究藻菌共培育降解廢水污染物的協(xié)同代謝調(diào)控機(jī)制具有科學(xué)意義。傳統(tǒng)的廢水處置經(jīng)過硝化和反硝化作用，把廢水中的污染物轉(zhuǎn)化成無害的化合物。固然處置廢水中的碳、氮和磷效率很高，但是需求補(bǔ)充能量，營養(yǎng)物質(zhì)也會損失。傳統(tǒng)的廢水處置過程十分復(fù)雜，過程控制難度大，還會形成溫室氣體排放。應(yīng)用微藻實(shí)施廢水處置，既能降低能耗，又能促進(jìn)氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)應(yīng)用。微藻廢水處置包括藻類塘、活性藻和固定化藻等方式。藻菌共生工業(yè)污水處理技術(shù)在20世紀(jì)50年代由Oswald等率先提出，逐漸開展為高效藻類塘技術(shù)，該技術(shù)經(jīng)過增加攪拌等使得塘中藻類的生長得以強(qiáng)化，在藻類和細(xì)菌的協(xié)同作用下，有機(jī)物、氮、磷和其他污染物的去除效率得到大幅提升。相比于傳統(tǒng)污水處置中以細(xì)菌和原生動物為主體的活性污泥來說，藻類的蛋白質(zhì)含量高，收獲后可用作動物飼料或餌料。

　　近年來，微藻廢水處置在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和城市廢水的處置中有了新的探究。本文中，筆者綜述微藻廢水處置中的藻種選育、藻菌共培育、藻菌絮體、過程集成、可持續(xù)開發(fā)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)等問題。

　　1、微藻在廢水處置中的應(yīng)用

　　微藻能夠處置農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市等多個來源的廢水。這些廢水中COD、總氮(TN)、總磷(TP)、總有機(jī)碳(TOC)和重金屬等污染物的含量千差萬別，排放規(guī)范也不盡相同。為更有針對性地處置這些廢水，去除主要污染物，目前曾經(jīng)有了一些勝利嘗試，詳見表1。

　　1.1 農(nóng)業(yè)廢水處置

　　為滿足對蛋白和水產(chǎn)品的需求，全球范圍內(nèi)的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)范圍逐漸擴(kuò)展，產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)廢水也在逐年增加。室外開放培育微藻堅(jiān)持嚴(yán)厲無菌是艱難的。Halfhide等研討發(fā)現(xiàn)，微藻無菌和有菌處置水產(chǎn)廢水的生物量都可達(dá)0.35g/L，硝基氮(NO3-)去除率也都大于95%，但是無菌條件下COD去除率只要25%～30%，而有菌處置條件下能夠到達(dá)75%以上。魚菜共生是生態(tài)化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)。在魚菜共生系統(tǒng)中魚會產(chǎn)生糞便等進(jìn)入水體，Addy等參加小球藻和魚構(gòu)成一個動態(tài)均衡，穩(wěn)定pH在7，氨氮(NH4+)和亞硝酸鹽都能夠有效去除，結(jié)果也證明，微藻比蔬菜對氮去除效果好。Xu等在養(yǎng)魚廢水中參加微藻，COD、TN和TP去除率達(dá)50%以上。養(yǎng)豬廢水中的TN1356mg/L，TP63.5mg/L，Ganeshkumar等用微藻直接處置養(yǎng)豬廢水，TN去除率僅有40.88%，TP去除率3.1%。將養(yǎng)豬廢水和釀酒廠廢水按體積比20∶80混合后，6～10d后TN去除率89.36%，TP去除率56.56%，微藻含油50%。微藻處置農(nóng)業(yè)廢水潛力宏大，需求分離各地實(shí)踐狀況，從生態(tài)農(nóng)業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)角度動身，做好藻種選育、工藝優(yōu)化和產(chǎn)品開發(fā)工作。

　　1.2 工業(yè)廢水處置

　　采用成熟的液體培育基能夠保證微藻快速生長，但是工業(yè)廢水中的成分與傳統(tǒng)培育基還有很大差異。Hyu等發(fā)現(xiàn)，假如不添加其他成分，混合微藻處置能完整肅清動物糞便廢液、沼渣廢液和紡織廢水中的磷，但是氮的去除率分別僅有72.3%、16.7%和70.1%。其中，混合微藻在紡織廢水中的生長最好，但是生物量僅有0.4g/L，這限制了微藻對氮的進(jìn)一步應(yīng)用。Gao等研討發(fā)現(xiàn)，海鮮加工廢水中的TN為120mg/L，經(jīng)微藻處置45d后能夠較好去除，假如經(jīng)過曝氣或稀釋，處置時間能縮短至19d。Memon等發(fā)現(xiàn)制糖廢水中的COD可達(dá)16g/L，小球藻和惡臭假單胞菌能去除其中的55%。假如再參加0.08g/L的聚丙烯酸酯多元醇，COD去除率能到達(dá)80%。Solovchenko等發(fā)現(xiàn)酒精蒸餾廢水的COD高達(dá)20g/L，經(jīng)過預(yù)處置，將pH調(diào)控至6～7，對之后的廢水處置至關(guān)重要。傳統(tǒng)的厭氧硝化廢水處置后產(chǎn)生大量活性污泥，需求處置。Ge等在微藻培育體系中參加4種濃度的活性污泥濃縮液，處置50d后TN、TP和COD的去除率都大于90%。需求留意的是，Ren等發(fā)現(xiàn)，隨著活性污泥濃縮液濃度的提升，微藻油脂含量降落到10.2%。假如在實(shí)踐活性污泥濃縮液中再參加1g/L的廢甘油，生物質(zhì)產(chǎn)率能到達(dá)0.46g/(L·d)，油脂含量能到達(dá)27%，污染物的去除率均大于86%。但是參加甘油質(zhì)量濃度大于1g/L，微藻生物量和污染物去除率均大幅降落。假如不加甘油，COD和TP的去除沒有顯著差別，但是TN去除率降低到77.2%。Daneshvar等發(fā)現(xiàn)藻種選擇在廢水處置中也很關(guān)鍵，同樣處置乳業(yè)廢水，柵藻能去除86.21%以上的TN和TP，海洋扁藻僅能去除44.92%的TN和42.18%的TP。除了COD、TN和TP等指標(biāo)外，工業(yè)廢水還包括重金屬離子和有毒有害化學(xué)品等成分，需求多個步驟實(shí)施凈化。微藻能夠作為整體工藝的一個環(huán)節(jié)，能夠提升工業(yè)廢水效率。

　　1.3 城市廢水處置

　　城市廢水的組成與工農(nóng)業(yè)廢水有差別。普通來說，城市廢水經(jīng)過一級處置后，能夠經(jīng)過微藻實(shí)施深化處置。比方，Wang等實(shí)施城市廢水一級處置后，TN和TP質(zhì)量濃度分別從20～80mg/L和3～7mg/L降低到5～30mg/L和0.2～3mg/L，再用傳統(tǒng)辦法處置需求消耗能量，也難以繼續(xù)去除廢棄物，而應(yīng)用微藻就能夠到達(dá)凈化目的。食品廢棄物厭氧消化廢水中COD和NH4+均較高，Cheng等發(fā)現(xiàn)通入15%CO2能夠促進(jìn)小球藻生長和污染物的去除，同時，用臭氧實(shí)施前處置比用曝氣實(shí)施前處置對COD、TN和TP的去除更有效。Katam等直接從湖中采集的混藻也對餐廚廢水中的TN、TP和總有機(jī)碳(TOC)有大于85%的去除效果。

　　1.4 含農(nóng)藥和抗生素等的有害廢水處置

　　工農(nóng)業(yè)廢水以及城市廢水中可能均含一些有害物質(zhì)。這些物質(zhì)含量不高，但是持續(xù)累積會對環(huán)境和人類安康形成危害，比方農(nóng)藥、抗生素等。微藻去除廢水中有害化合物的機(jī)制包括降解或吸附。水培番茄廢水中含有多種殺蟲劑，包括甲霜靈、嘧霉胺、芬太尼、碘普利酮和三氯吡啶。固然柵藻和小球藻均能快速去除這些殺蟲劑，但是嘧霉胺僅僅是吸附在微藻外表，而其他殺蟲劑均是被藻完整合成。抗生素普通對藻類具有細(xì)胞毒性。在廢水中抗生素也會發(fā)作光解和水解。比方，Guo等用小球藻、衣藻和麥可藻(Mychonastes)能在150h后去除廢水中的頭孢類抗生素7氨基頭孢菌素酸，除了光解和水解外，3種微藻的吸附發(fā)揮了重要作用。假如僅憑光解和水解，去除7氨基頭孢菌素酸需求300h。分離光降解和吸附，Norvill等用高速藻類塘處置含100μg/L四環(huán)素的城市廢水，其中四環(huán)素的去除率可達(dá)93%～99%。Hom-Diaz等用室外1200L的光生物反響器處置包含大量藥物化合物的廢水，對立炎藥物(布洛芬、對乙酰氨基酚、水楊酸和可待因)的去除率可達(dá)98%，對利尿劑氫氯噻嗪的去除率84%，呋塞米則可以完整去除，抗生素類化合物(阿奇霉素、環(huán)丙沙星、氧氟沙星和紅霉素)的去除率只要48%，肉體藥物氯拉西泮等的去除率在30%～57%。炔雌醇是一種激素，Cheng等補(bǔ)充15%CO2培育小球藻PYZU1處置含炔雌醇的廢水220h后，5mg/L的炔雌醇去除率到達(dá)94%。在實(shí)驗(yàn)室范圍的膜生物反響器中，小球藻能去除85.6%的羥氨芐青霉素。Shi等研討發(fā)現(xiàn)，假如小球藻處置后，再加來源于濕地堆積物或活性污泥的菌處置，羥氨芐青霉素的去除率能到達(dá)99%。廢水中的抗生素、殺蟲劑和化學(xué)殺菌劑假如含量高過微藻耐受極限，將抑止微藻生長，以至形成微藻死亡。假如微藻能完整降解這些抗生素類物質(zhì)，收獲的微藻生物質(zhì)還能夠開發(fā)為生物燃料。假如只是吸附在藻體內(nèi)，能夠思索將藻熱解后應(yīng)用。

　　2、微藻廢水處置的關(guān)鍵問題

　　2.1 藻種選育

　　廢水是一個復(fù)雜的體系，其中假如含有高濃度氨氮和其他有毒有害物質(zhì)，都會構(gòu)成環(huán)境壓力，影響以至抑止藻類生長。廢水處置普通在室外實(shí)施，溫度和光照等環(huán)境條件均會在不同時間尺度上產(chǎn)生動搖，也需求微藻能順應(yīng)這些環(huán)境條件的變化。普通來說，微藻處置有害物質(zhì)要閱歷生物富集和生物轉(zhuǎn)化兩個步驟，前提條件是能耐受這些有害物質(zhì)對藻類產(chǎn)生的影響。苯酚等濃度是工業(yè)廢水排放中的重要檢測指標(biāo)。Cheng等研討發(fā)現(xiàn)，每克小型黃絲藻(Tribonemaminus)能去除449.46mg苯酚。初始苯酚質(zhì)量濃度為700mg/L時，培育6d后，苯酚去除率80%。二嗪農(nóng)(Diazinon)是典型的殺蟲劑。Kurade等研討發(fā)現(xiàn)，假如水體中二嗪農(nóng)的質(zhì)量濃度只要20mg/L，12d后小球藻能夠脫除94%的二嗪農(nóng)。但是，當(dāng)水體中二嗪農(nóng)的質(zhì)量濃度到達(dá)40mg/L，小球藻的生長就會遭到明顯抑止，脫除率也會降低。多溴二苯醚是阻燃劑，在運(yùn)用中會被釋放到水體。多個國度水體中都檢測到多溴二苯醚。Wang等研討了9個藻株發(fā)現(xiàn)，有4個能夠耐受600μg/L的多溴二苯醚，其中1株小球藻的7d脫除率能夠到達(dá)82%～90%。同時，他們發(fā)現(xiàn)500～700mg/L的苯酚會抑止小球藻生長，并且不會得到有效降解。

　　普通來說，廢水處置的藻株是從環(huán)境中挑選得到。清華大學(xué)胡洪營教授團(tuán)隊(duì)的Zhang等應(yīng)用Biolog辦法高效挑選能夠異養(yǎng)的微藻，挑選得到的小球藻和柵藻能夠應(yīng)用20余種有機(jī)底物。這些微藻能夠應(yīng)用廢水中的有機(jī)底物生產(chǎn)生物燃料。

　　微藻的基因工程改造還有一定難度。順應(yīng)性進(jìn)化能夠不經(jīng)過基因工程手腕定向提升微藻對環(huán)境的順應(yīng)才能。順應(yīng)性進(jìn)化的常用辦法是培育微生物抵達(dá)一定的指標(biāo)(細(xì)胞密度、生長速率或底物耗費(fèi)等)后實(shí)施傳代培育，不時反復(fù)這個過程直至代謝表型不再變化。目前曾經(jīng)有應(yīng)用順應(yīng)進(jìn)化手腕強(qiáng)化微藻代謝表型的研討。例如，Wang等研討發(fā)現(xiàn)，順應(yīng)進(jìn)化后的小球藻不但可以耐受500～700mg/L的苯酚，在第7天時，500mg/L的苯酚能夠完整降解，700mg/L的苯酚也能降解到100mg/L左右。微藻順應(yīng)性進(jìn)化的機(jī)制能夠經(jīng)過組學(xué)數(shù)據(jù)等加以剖析。如何提升進(jìn)化效率是關(guān)鍵技術(shù)問題之一。

　　2.2 藻菌共培

　　養(yǎng)藻菌共培育實(shí)施廢水處置是目前的研討熱點(diǎn)。除了藻菌選擇，合理布置工藝道路，設(shè)置工藝參數(shù)也是十分關(guān)鍵的，包括水力停留時間、光照循環(huán)、通氣速率、稀釋倍率和固定化等。Posadas等調(diào)查了藻菌生物膜反響器和普通細(xì)菌生物膜反響器處置城市廢水的才能。藻菌生物膜反響器對碳、氮和磷的去除率分別到達(dá)91%、70%和85%。碳去除率比普通細(xì)菌生物膜反響器高1倍，而且普通細(xì)菌生物膜反響器不能去除磷。需求留意的是，藻菌生物膜反響器的水腳印有0.5～6.7L/(m2·d)，比普通細(xì)菌生物膜反響器要高。在厭氧發(fā)酵微藻廢水處置的兩段法工藝中，假如微藻廢水處置后的生物質(zhì)循環(huán)到第一段，能夠顯著提升藻絮體的含量，那么第二段廢水的掃除液體中總懸浮固體顆粒的含量降低，能滿足歐盟的排放規(guī)范。假如停留時間是2d，TOC、無機(jī)碳和TN的去除率分別可達(dá)86%～90%、57%～98%和68%～79%。

　　水力停留時間是比擬關(guān)鍵的操作參數(shù)。Arcila等研討發(fā)現(xiàn)，水力停留時間短，廢水處置量大，但是處置效果一定能到達(dá)請求。假如水力停留時間是2d，藻菌匯集體處置城市污水中的COD、NH4+和TP的去除率都在9%～12%。假如水力停留時間到達(dá)6d，COD、NH4+和TP的去除率分別為92%、96%和29%。假如繼續(xù)增加水力停留時間到10d，TP的去除率能提升到49%。

　　光暗循環(huán)也是微藻廢水處置中的重要參數(shù)。同樣處置城市污水，Lee等比擬了12h∶12h光暗循環(huán)、12h∶60h光暗循環(huán)以及12h∶60h光暗循環(huán)12h∶12h光暗循環(huán)兩段法這3種工藝，兩段法的微藻生物量產(chǎn)率和油脂產(chǎn)率均最高，分別為282.6和71.4mg/(L·d)，COD、TN和TP的去除率分別為92.3%、95.8%和98.1%。

　　另外一個重要的參數(shù)是通氣速率。Tang等研討發(fā)現(xiàn)，藻菌共培育系統(tǒng)在低通氣速率(0.2L/min)時處置生活污水的NH4+、TN和TP去除率高于活性污泥法。通氣速率增加，水力剪切力提升，不利于藻類生長。

　　在藻菌共培育中，藻和菌的選擇都是十分關(guān)鍵。為了去除NH4+，參加硝化細(xì)菌后，NH4+去除速率從單純的藻類培育的44mg/(L·d)提升到100mg/(L·d)。運(yùn)用藻菌共培育處置焦化廢水，其中的苯酚可以完整降解，而單純藻類培育只能去除27.3%。同時，藻菌共培育的NH4+去除率和油脂產(chǎn)率也是單純藻類培育的2.3倍和1.5倍。藻類的回收在操作本錢中占有較大比例。同時固定化惡臭假單胞菌和小球藻比單菌、純藻、固定化單菌和固定化純藻處置廢水NH4+、TP和COD去除率都要高，藻菌共培育18h后，城市廢水中的NH4+和TP均可完整去除，純藻或固定化純藻只能去除80%的NH4+和73%的TP，而單菌和固定化單菌僅能去除30%～40%的NH4+和15%的TP。為了處置加拿大某工業(yè)園區(qū)的廢水，Belanger-Lepine等調(diào)查了營養(yǎng)脅迫(氮、磷、鐵)、培育形式(自養(yǎng)、異養(yǎng)和兼養(yǎng))、鹽度、pH和廢水來源對油脂合成的影響。在這些條件中，pH為7時，油脂含量能到達(dá)28%。Iasimone等在400L的跑道池反響器中共培育圓紅冬孢酵母和小球藻(接種比例1∶2)處置城市廢水，TN去除速率2.9mg/(L·d)，TP的去除速率0.96mg/(L·d)，14d后，油脂含量15%。為了構(gòu)成穩(wěn)定的藻菌處置廢水，環(huán)境條件需求優(yōu)化。為了處置沼渣廢液，Jiang等設(shè)置溫度25℃，混合固體懸浮顆粒質(zhì)量濃度7g/L，溶氧5mg/L，水力停留時間6h，微藻接種密度0.5mg/L，微藻生物質(zhì)產(chǎn)率85.14mg/(L·d)，油脂產(chǎn)率20.19mg/(L·d)。Liu等將藻活性污泥共培育6h后，TN和TP的去除率分別為50.4%和35.7%，而好氧活性污泥法的TN和TP的去除率分別為32.8%和25.6%。β雌二醇是典型環(huán)境污染物，Parlade等應(yīng)用藻菌共培育室外光生物反響器處置含β雌二醇廢水，在適宜時節(jié)去除率大于93.5%，在溫度和光照都不利的條件下，24h的去除率也有50%。其中，小球藻發(fā)揮的作用最大。藻菌共培育中，藻菌之間的互相作用對微藻生長和廢水處置都有顯著影響。Pastore等以小球藻和缺陷短波單胞菌共培育為研討體系，發(fā)現(xiàn)單胞菌更能去除廢水中的有機(jī)質(zhì)，并將氮轉(zhuǎn)化成氨，而小球藻在去除氮和磷方面更有利。

　　合理構(gòu)建藻菌的互利共生關(guān)系至關(guān)重要。受菌種、藻種和環(huán)境要素影響，藻菌之間可能存在互利共生或者競爭關(guān)系。微藻耗費(fèi)一局部小分子有機(jī)物，固碳釋放O2。釋放的O2有利于好氧菌代謝，釋放的小分子有機(jī)物和CO2能夠被微藻應(yīng)用。微藻排放的抑菌物質(zhì)和對培育基pH的影響可能都會對細(xì)菌不利。微藻分泌的胞外多糖等能夠促進(jìn)細(xì)菌等生長。局部細(xì)菌也會產(chǎn)生能促進(jìn)微藻代謝生長的促進(jìn)因子。隨著污水中可生化降解有機(jī)物增加，微生物大量繁衍，有些細(xì)菌代謝產(chǎn)物大量累積對微藻也是不利的。藻和菌的接種密度是構(gòu)建藻菌體系的關(guān)鍵參數(shù)。目前樹立的藻菌共生組合包括微藻細(xì)菌共培育、微藻真菌共培育和多藻多菌共培育等。在富含營養(yǎng)的廢水中，藻菌的共生關(guān)系比擬脆弱。為強(qiáng)化藻菌共培育的穩(wěn)定性，強(qiáng)化采收的效率，曾經(jīng)樹立了一些固定化和生物膜的藻菌共培育系統(tǒng)，并用于生活污水、工業(yè)廢水和市政廢水的處置。

　　2.3 藻菌絮體

　　微藻廢水處置的50%的本錢都集中在微藻采收階段。由于光生物反響器中微藻密度低，離心法采收微藻，能量損耗大。假如添加絮凝劑或者固定實(shí)施微藻采收，還需求二次處置，也可能影響微藻的進(jìn)一步應(yīng)用。局部真菌能夠輔助藻類絮凝。在自然環(huán)境中，一些微型綠藻可以和藍(lán)藻、真菌和細(xì)菌等構(gòu)成絮狀構(gòu)造。樹立藻菌絮體(microalgalbacterialflocs，MaB-flocs)，充沛發(fā)揮微藻和細(xì)菌等的優(yōu)勢，再加上其具有采收便當(dāng)?shù)奶匦裕鞘钟袧摿Φ膹U水處置辦法。藻菌絮體處置工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水中都獲得了一定效果，并在室外12m3的跑道池中也實(shí)施了中試。目前，藻菌絮體多是從自然界取得，如何在實(shí)驗(yàn)室有效構(gòu)建藻菌絮體還有待研討。藻菌絮體中藻類并非單一藻種，這些微藻在實(shí)踐應(yīng)用中能否維持穩(wěn)定的群落構(gòu)造也不可以肯定。表2中，筆者比擬文獻(xiàn)報(bào)道的藻菌絮體處置廢水中的狀況，TN去除率19.7%～76.5%，廢水處置效果需求進(jìn)一步強(qiáng)化。

　　2.4 工藝集成與光生物反響器選擇

　　廢水的成分十分復(fù)雜，單一工藝常常不能滿足處置需求。對微藻廢水處置來說，光生物反響器的選擇也十分重要。微藻可以處置的廢水中COD不能太高，同時長時間培育微藻可能產(chǎn)生新的有機(jī)物，使得廢水中的COD又再度升高。要想取得處置廢水的最佳效果，需求在工藝上實(shí)施集成，選擇適宜的反響器也是關(guān)鍵的技術(shù)問題。一種是分為兩段，分別經(jīng)過微藻和活性污泥實(shí)施廢水處置。Ren等提出兩段法處置高強(qiáng)度有機(jī)廢水，第一段用哈爾濱產(chǎn)乙醇桿菌暗發(fā)酵產(chǎn)H2，發(fā)酵產(chǎn)物主要是乙酸。再在第二段中用柵藻實(shí)施異養(yǎng)培育處置含乙酸廢水，生物量到達(dá)1.98g/L，油脂含量到達(dá)40.9%，能源轉(zhuǎn)化效率從單段的18.6%提升到37.4%，COD去除率提升了131%。多數(shù)研討是將微藻和活性污泥共培育實(shí)施廢水處置，當(dāng)然有些需求先經(jīng)過活性污泥的預(yù)處置。

　　為了減少廢水中污染物對微藻的負(fù)面影響，Chang等提出了一種環(huán)形離子交流膜反響器。廢水經(jīng)過離子交流膜后進(jìn)入藻類培育反響器，再處置營養(yǎng)過剩廢水、高濁度廢水和重金屬離子廢水。微藻的生物量能夠分別從傳統(tǒng)光生物反響器的2.34、2.15和0g/L，提升到4.24、3.13和2.04g/L。藻類生物膜反響器的突出特性是微藻采收留易。生物膜中的生物包括藍(lán)藻、綠藻、硅藻、細(xì)菌和真菌等，不同的生物膜，處置性能也有很大差別。生物膜中的微藻是兼養(yǎng)培育，充沛發(fā)揮微藻的作用，有利于廢水處置。在活性污泥處置和微藻處置之后再加1個紫外消毒工藝，能夠去除局部微生物，假如對水中微生物有特殊請求能夠嘗試。Ma等提出了1種新穎的微藻燃料電池處置稀釋的廢水，以有生物膜的不銹鋼網(wǎng)作為陰極和過濾資料，生物量能到達(dá)3.5～6.5g/L，輸出電流密度能夠到達(dá)200mA/m2。Zhang等在跑道池中豎立平板式光生物反響器，構(gòu)樹立體藻類生物膜反響器，能夠提升藻類生物量和污染物去除率，降低生產(chǎn)本錢。光生物反響器的設(shè)計(jì)還需求提升光能應(yīng)用效率，降低生產(chǎn)本錢，滿足大范圍微藻培育的需求。

　　2.5 廢水中營養(yǎng)物質(zhì)的調(diào)整

　　普通來說，很難把廢水直接用來養(yǎng)藻，主要緣由就在于廢水的營養(yǎng)成分一定合適藻類生長。藻類生長需求的氮、磷、硫及微量元素在廢水中不一定都能滿足藻類生長需求。此外，廢水中的某些成分過高，也不利于藻類生長，因而需求稀釋。比方，Yao等研討發(fā)現(xiàn)，某二級處置市政廢水中TP只要0.424mg/L、TN39.85mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于BG11培育基中的氮和磷的量。而養(yǎng)豬廢水中氮和磷濃度(TN633mg/L、TP61.53mg/L)又過高，需求稀釋。假如把養(yǎng)豬廢水和二級處置市政廢水依照體積比1∶3混合，小球藻能去除88%的TN、全部NH4+和TP。啤酒廠廢水也存在氮、磷及微量元素缺乏的問題。Zheng等發(fā)現(xiàn)，假如將養(yǎng)豬廢水和啤酒廠廢水依照1∶5混合，小球藻能去除100%的NH4+、96%的TN和90%的TP。

　　有時，廢水中含有重金屬元素和高濃度的NH4+。但是鐵、錳、鋅、鉬、銅和鈷等重金屬元素是微藻生長所需的微量元素，假如廢水中缺失這些微量元素，生長和某些生理活動也會遭到限制，因而需求補(bǔ)充。而各種廢水中也可能含有鎘、鉻、汞和鉛等重金屬元素，但是他們不是微藻培育基中的成分，假如這些重金屬元素含量超越一定限度將極大影響藻類生長，以至造成微藻死亡。同時，重金屬在一定水平內(nèi)能夠吸附到微藻外表或者富集到微藻體內(nèi)。因而，需求依據(jù)富集的重金屬詳細(xì)狀況，選擇適宜的途徑處置微藻，并需求留意這些重金屬的回收。

　　NH4+是微藻能夠應(yīng)用的無機(jī)氮源，但是高濃度NH4+將抑止微藻生長。為了降低NH4+的毒性，能夠選擇對廢水實(shí)施稀釋。但是稀釋后廢水中其他營養(yǎng)成分的濃度也會顯著降低，對微藻的生長也是不利的。目前可能的處置辦法包括先氣提處置、優(yōu)化碳氮比、參加硝化細(xì)菌或流加培育等。家禽養(yǎng)殖廢棄物厭氧硝化廢水中NH4+質(zhì)量濃度到達(dá)4315mg/L。對多數(shù)微藻來說，這樣的NH4+濃度超越了微藻能夠耐受限度。Markou采取流加培育形式，NH4+去除率可達(dá)95%。需求留意的是，在低流加速率(5或10mg/(L·d))條件下，鈍頂節(jié)旋藻(Arthrospiraplatensis)的生物量低于高流加速率(20或30mg/(L·d))的生物量，而在這4個流加速率下，小球藻的生物量差異不大。闡明對鈍頂節(jié)旋藻來說，低流加濃度的營養(yǎng)不能完整滿足生長需求。無糞便養(yǎng)豬廢水中NH4+有220mg/L，Lu等參加α酮戊二酸能有效促進(jìn)NH4+的異化，但是價(jià)錢昂貴，應(yīng)用效率低。假如碳源換成葡萄糖、檸檬酸或者NaHCO3，也能起到強(qiáng)化去除NH4+的效果。Zheng等先用汽提脫氨，再用生物柴油生產(chǎn)中廢甘油為碳源，調(diào)控小球藻生物脫除廢水中污染物，其中NH4+質(zhì)量濃度在55或110mg/L，碳氮比5∶1或25∶1時、pH控制在7時，NH4+能夠完整去除。Wang等提出微藻去除NH+4的三段處置工藝，第一段加氮兼養(yǎng)培育3d，第二段缺氮兼養(yǎng)2d，第三段加NH4+自養(yǎng)5d，NH4+的均勻去除速率為4.2mg/(L·d)。

　　2.6 可持續(xù)綜合開發(fā)

　　微藻廢水處置過程的固定投資和運(yùn)轉(zhuǎn)本錢較高，為了提升其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，有必要實(shí)施綜合開發(fā)，提升技術(shù)的可持續(xù)性(圖1)。

　　經(jīng)過廢水處置后，水體中微藻的生物量增加，得到的微藻是能夠應(yīng)用的生物質(zhì)資源。微藻廢水處置可以和CO2捕獲和生物燃料生產(chǎn)集成在一同。CO2是微藻光協(xié)作用所需的碳源，有些研討嘗試微藻固定煙道氣中的CO2，更接近實(shí)踐應(yīng)用。但是如何提升固碳效率是中心問題。在連續(xù)通氣條件下，固碳效率可能只要2%。大量的煙道氣并沒有得到有效應(yīng)用。為了到達(dá)廢水處置、CO2捕獲和生物燃料生產(chǎn)的多重目的，廢水組成還要合理配置。普通城市廢水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)能夠滿足微藻生長需求，但是氮磷比例一定合適生物燃料的生產(chǎn)。這就需求量體裁衣地選擇不同來源的廢水，依照生產(chǎn)需求，設(shè)置配比，完成多目的最大化。廢水的來源影響微藻的收獲以及進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用。普通來說，農(nóng)業(yè)廢水不含有毒害物質(zhì)，得到的微藻能夠用于生物肥料的研發(fā)。處置梭鱸養(yǎng)殖廢水后得到的藻菌絮既含有一定營養(yǎng)成分，又含有一定灰分。vandenHende等添加2%～8%的藻菌絮體到蝦的餌料中，固然明顯提升了餌料的紅黃色澤，但是不影響蝦的產(chǎn)量和質(zhì)量。Renuka等運(yùn)用常規(guī)化肥，配比單細(xì)胞藻(小球藻、柵藻、色球藻或綠球藻)或者纖毛藻(纖毛藻、念珠藻、費(fèi)氏藻或水綿)作為小麥的肥料，其中氮肥用量減少25%，全株質(zhì)量提升7.4%～33%，穗質(zhì)量提升10%，千粒質(zhì)量提升5.6%～8.4%。魚腥藻能夠有效去除養(yǎng)魚廢水中的NH4+和硝酸鹽，但是去除硝酸鹽效果不佳，收獲的魚腥藻為肥料能夠提升綠葉菜(芝麻菜、莧菜和小白菜)的產(chǎn)量。農(nóng)業(yè)沼氣中含有大量的CO2，是微藻培育需求的底物。工業(yè)廢水普通含有重金屬離子等，不合適作為肥料，但能夠作為生物質(zhì)氣化或催化轉(zhuǎn)化的原料。Wieczorek等優(yōu)化底物接種濃度、溫度和前處置方式，酶催化轉(zhuǎn)化收獲的藻菌絮體，每克揮發(fā)性固體最多能產(chǎn)生271mL的沼氣。將生物沼氣通入到微藻培育光生物反響器，微藻可以完整應(yīng)用沼氣中的CO2，生物量得到提升，NH4+和TP的去除率也得到改善。但是，傳統(tǒng)廢水處置中有些揮發(fā)性有機(jī)物難以去除，能耗也高。

　　2.7 技術(shù)經(jīng)濟(jì)剖析微風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

　　隨著技術(shù)的開展，微藻廢水處置過程中的技術(shù)瓶頸也在變化中。依據(jù)不同工藝實(shí)施技術(shù)經(jīng)濟(jì)性剖析有助于綜合評價(jià)工藝的優(yōu)缺陷。Mata等剖析了微藻處置啤酒廠廢水并制備生物柴油的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，結(jié)果標(biāo)明，微藻收獲和油脂別離是主要的技術(shù)瓶頸。Sfez等對藻菌絮體處置水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水在中試范圍(28m2)和假定的工業(yè)范圍(41個池子，每個池面積245m2)做了全生命周期剖析。在工業(yè)范圍，將藻菌絮體開發(fā)成蝦餌料比生產(chǎn)沼氣更具經(jīng)濟(jì)性，但是能耗還需求進(jìn)一步降低。藻菌絮體處置每噸水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水和食品工業(yè)廢水的本錢在0.25～0.5歐元，投資本錢與跑道池混合處置工藝相比仍比擬昂貴。綜合評價(jià)藻菌絮體廢水處置后開發(fā)成肥料、蝦餌料、藻膽蛋白和沼氣的經(jīng)濟(jì)性，開發(fā)成餌料經(jīng)濟(jì)性較好，但是最有潛力的是生產(chǎn)藻膽蛋白。Diaz-Garduno等對西班牙廢水中的53種有害化合物實(shí)施了包括微藻廢水處置技術(shù)在內(nèi)的不同過程的評價(jià)。吐納麝香、麝香草胺和氧氟沙星作為香精和抗生素中的代表，很難降解，需求給予關(guān)注。微藻處置這些環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)化合物時具有很強(qiáng)的種屬特異性，在可行性實(shí)驗(yàn)中就需求挑選對這些物質(zhì)能更高效去除的藻類。

　　固然20世紀(jì)50年代末就提出了微藻廢水處置，但是至今還沒有工業(yè)化的大范圍應(yīng)用。除了廢水處置的效率外，系統(tǒng)的穩(wěn)定性(魯棒性)也是關(guān)鍵問題。高效采收微藻能夠降低生產(chǎn)本錢，提升綜合應(yīng)用效率，可以進(jìn)一步提升技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。為完成廢水處置任務(wù)，需求一定的微藻生物量，依照目前常規(guī)的微藻產(chǎn)率，需求大面積的土地用于放置光生物反響器。在很多區(qū)域，土地本錢很高，從這個角度來看，微藻廢水處置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不被認(rèn)可。此外，即便微藻廢水處置能獲得不錯的效果，但可能的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)也需求詳盡評價(jià)。固然香精和抗生素的濃度不高，但是需求處置的廢水量大，持續(xù)累積依然會對環(huán)境形成危害。

　　3、總結(jié)與瞻望

　　微藻廢水處置還需求重點(diǎn)開展高效低耗的高強(qiáng)度生活污水、農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖廢水和典型工業(yè)廢水的生態(tài)管理技術(shù)，經(jīng)過藻菌共生促進(jìn)富含碳、氮、磷、硫及重金屬等污染物的防治與資源化應(yīng)用，探究藻菌共培育體系內(nèi)碳、氮、磷、硫、重金屬等污染物的富集或降解機(jī)制以及協(xié)同降解機(jī)制，構(gòu)筑生態(tài)化廢水處置新辦法，降低停留時間，提升廢水處置效率，完成系統(tǒng)內(nèi)的自維持與自更新。

　　微藻廢水處置是有潛力的綠色技術(shù)。需求針對不同廢水的處置需求，選擇適宜的藻種(及菌種)和工藝，進(jìn)一步提升廢水處置效率。目前，多數(shù)研討還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，需求更多中試范圍以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)新的技術(shù)瓶頸。需求從污染物處置效率、過程能量需求和經(jīng)濟(jì)性等多方面調(diào)查新的微藻廢水處置工藝，注重基于微藻的產(chǎn)品開發(fā)，提出可持續(xù)開發(fā)道路，推進(jìn)微藻廢水處置的更普遍應(yīng)用。