微藻技術(shù)可望用于脫硝治霾

在霧霾治理中，脫除工業(yè)尾氣氮氧化物，也稱為脫硝，是關(guān)鍵技術(shù)之一。中國科學(xué)院水生生物研究所與中國石化石科院經(jīng)過多年合作，發(fā)展出了氮氧化物固定和微藻發(fā)酵脫硝技術(shù)，可望用于從工業(yè)尾氣脫除氮氧化物，以克服現(xiàn)有脫硝技術(shù)的缺點(diǎn)。

對我國華北地區(qū)霧霾成因的機(jī)理研究揭示，硫氧化物和氮氧化物是主要元兇。其中，二氧化氮將二氧化硫氧化生成硫酸鹽，對PM2.5顆粒的形成有顯著貢獻(xiàn)，而這一氧化反應(yīng)的速率又隨PH值上升而大幅提高。目前，對工業(yè)尾氣進(jìn)行脫硝的技術(shù)主要是利用氨與氮氧化物進(jìn)行反應(yīng)，生成氮?dú)忉尫诺酱髿庵?。氨由氮?dú)夂蜌錃夂铣?，本身要消耗能量、產(chǎn)生污染，與氮氧化物反應(yīng)重新生成氮?dú)?，使得投入的能量化為烏有。不僅如此，在用氨水進(jìn)行脫硝反應(yīng)時，過量的氨進(jìn)入大氣，增加堿性成分、提高PH值，反而會加速霧霾的形成。所以說，脫硝是治理霧霾的關(guān)鍵之一，但目前的脫硝技術(shù)卻存在突出的副作用。

微藻是一類單細(xì)胞或多細(xì)胞的微小光合生物，一般利用太陽光能進(jìn)行光合作用、生長繁殖，也就是光合自養(yǎng)生長，但也有一些種類能夠利用葡萄糖等有機(jī)碳源進(jìn)行高密度發(fā)酵生長，也就是異養(yǎng)生長。工業(yè)尾氣中的氮氧化物可以在適當(dāng)條件下與水反應(yīng)生成硝酸根、亞硝酸根，作為微藻生長所需要的氮營養(yǎng)。按通常思路依靠太陽光能生產(chǎn)微藻，因占用大量土地難以用于工廠尾氣處理，而利用微藻發(fā)酵技術(shù)則使單位面積生物量產(chǎn)率提高上千倍，從而有可能在廠區(qū)有限的面積進(jìn)行生物脫硝。

近年來，中國科學(xué)院水生生物研究所與中國石化石科院合作開發(fā)微藻發(fā)酵脫硝技術(shù)，在關(guān)鍵問題上取得了突破。

第一，工業(yè)尾氣氮氧化物的固定。氮氧化物中主要成分是難溶于水的一氧化氮，直接將尾氣通入培養(yǎng)液中一氧化氮會迅速釋放逃逸。中石化科研人員建立了酸性、氧化條件，可以將尾氣中的氮氧化物高效固定、轉(zhuǎn)化為稀硝酸，供微藻培養(yǎng)之用。

第二，利用硝酸根進(jìn)行微藻發(fā)酵。水生所科研人員篩選獲得可以完全不用光照進(jìn)行異養(yǎng)發(fā)酵的藻種，建立以硝酸鹽為氮源的發(fā)酵模式，取得了十噸規(guī)模發(fā)酵的成功。

第三，微藻產(chǎn)品的出路。水生所科研人員以微藻作為魚類飼料添加劑，證明可提高魚類生長、體色等指標(biāo)，具有良好應(yīng)用前景。在微藻生物技術(shù)方面，國外的研究多著重于利用微藻的光合自養(yǎng)生產(chǎn)方式進(jìn)行二氧化碳減排，產(chǎn)出油脂、蛋白和高附加值產(chǎn)品。我國藻類學(xué)界與石化、煤化工程學(xué)界在交叉合作中逐漸認(rèn)識到，利用微藻光合自養(yǎng)方式進(jìn)行碳減排，相對于對我國的二氧化碳排放量實(shí)際上難以奏效，但我國每年排放的氮氧化物只有約兩千萬噸，利用微藻發(fā)酵技術(shù)可能獲得解決。如果對其中的一千萬噸進(jìn)行固定、利用，可產(chǎn)出約五千萬噸微藻，不僅大大緩解氮氧化物排放問題，還可順帶滿足水產(chǎn)行業(yè)對飼料添加劑的需求，因而具有切實(shí)的應(yīng)用價值。endprint