微藻處理廢水的研究進(jìn)展

林海龍，趙權(quán)宇，黃 和

(1.國(guó)投生物科技投資有限公司，北京 100034；2.南京工業(yè)大學(xué) 藥學(xué)院，江蘇 南京 211800)

水是人類賴以生存的重要資源。雖然超過(guò)70%的地球表面被水覆蓋，但是能為人類利用的水是非常有限的。此外，時(shí)空分布不均衡，導(dǎo)致現(xiàn)有水資源難以滿足日益增加的生產(chǎn)生活需要。然而，人類的生產(chǎn)生活卻產(chǎn)生大量廢水，造成環(huán)境污染等問(wèn)題，危害人類健康。研究高效綠色的廢水處理工藝是環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的迫切要求。

據(jù)《全國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)(2015)》統(tǒng)計(jì)，2015年全國(guó)工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)生活污水排放總量已經(jīng)超過(guò)700億t。以往農(nóng)業(yè)廢水并未引起足夠重視，排放量統(tǒng)計(jì)也較為困難。2011年環(huán)保部開(kāi)始公布農(nóng)業(yè)源化學(xué)需氧量(COD)排放統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，農(nóng)業(yè)源化學(xué)需氧量排放量每年均超過(guò)1 100萬(wàn)t，占全國(guó)廢水化學(xué)需氧量總量的50%左右。雖然農(nóng)業(yè)廢水比工業(yè)廢水處理難度低，但是總量巨大。和農(nóng)村生活污水和農(nóng)田尾水相比，規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖廢水處理量每年超過(guò)100億t，處理難度大。因?yàn)榍菪髲U水等得不到很好的處理，造成農(nóng)村地下水污染，環(huán)境破壞。經(jīng)濟(jì)、高效地處理農(nóng)業(yè)廢水對(duì)合理利用資源，緩解用水需求和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。工業(yè)廢水中重金屬、多環(huán)芳烴等有害污染物對(duì)環(huán)境有較大危害。生物污水中也含有農(nóng)藥、香精和抗生素等物質(zhì)，亟須進(jìn)行有效處理。

隨著化石能源的耗竭以及溫室效應(yīng)的日益顯著，尋找更為節(jié)能和環(huán)境友好的污水處理工藝變得更為迫切。廢水中氮磷過(guò)剩是引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因之一。這些氮磷是細(xì)菌、真菌和微藻可以利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。微藻廢水處理是環(huán)境可持續(xù)的綠色工藝，探索藻菌共培養(yǎng)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)的廢水處理通過(guò)硝化和反硝化作用，把廢水中的污染物轉(zhuǎn)化成無(wú)害的化合物。雖然處理廢水中的碳、氮和磷效率很高，但是需要補(bǔ)充能量，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也會(huì)損失。傳統(tǒng)的廢水處理過(guò)程非常復(fù)雜，過(guò)程控制難度大，還會(huì)造成溫室氣體排放[1]。利用微藻進(jìn)行廢水處理，既能降低能耗，又能促進(jìn)氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用。微藻廢水處理包括藻類塘、活性藻和固定化藻等形式[2]。藻菌共生污水處理技術(shù)在20世紀(jì)50年代由Oswald等[2]率先提出，逐步發(fā)展為高效藻類塘技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)增加攪拌等使得塘中藻類的生長(zhǎng)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高。相比于傳統(tǒng)污水處理中以細(xì)菌和原生動(dòng)物為主體的活性污泥來(lái)說(shuō)，藻類的蛋白質(zhì)含量高，收獲后可用作動(dòng)物飼料或餌料。

近年來(lái)，微藻廢水處理在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和城市廢水的處理中有了新的探索。本文中，筆者綜述微藻廢水處理中的藻種選育、藻菌共培養(yǎng)、藻菌絮體、過(guò)程集成、可持續(xù)開(kāi)發(fā)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估等問(wèn)題。

1 微藻在廢水處理中的應(yīng)用

微藻可以處理農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市等多個(gè)來(lái)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(wàn)別，排放標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。為更有針對(duì)性地處理這些廢水，去除主要污染物，目前已經(jīng)有了一些成功嘗試，詳見(jiàn)表1。

1.1 農(nóng)業(yè)廢水處理

1.2 工業(yè)廢水處理

采用成熟的液體培養(yǎng)基可以保障微藻快速生長(zhǎng)，但是工業(yè)廢水中的成分與傳統(tǒng)培養(yǎng)基還有很大差別。Hyu等[7]發(fā)現(xiàn)，如果不添加其他成分，混合微藻處理能完全清除動(dòng)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(zhǎng)最好，但是生物量?jī)H有0.4 g/L，這限制了微藻對(duì)氮的進(jìn)一步利用。Gao等[8]研究發(fā)現(xiàn)，海鮮加工廢水中的TN為120 mg/L，經(jīng)微藻處理45 d后可以較好去除，如果經(jīng)過(guò)曝氣或稀釋，處理時(shí)間能縮短至19 d。Memon等[9]發(fā)現(xiàn)制糖廢水中的COD可達(dá)16 g/L，小球藻和惡臭假單胞菌能去除其中的55%；如果再加入0.08 g/L的聚丙烯酸酯多元醇，COD去除率能達(dá)到80%。Solovchenko等[10]發(fā)現(xiàn)酒精蒸餾廢水的COD高達(dá)20 g/L，經(jīng)過(guò)預(yù)處理，將pH調(diào)控至 6～7，對(duì)之后的廢水處理至關(guān)重要。傳統(tǒng)的厭氧硝化廢水處理后產(chǎn)生大量活性污泥，需要處理。Ge等[11]在微藻培養(yǎng)體系中加入4種濃度的活性污泥濃縮液，處理50 d后TN、TP和COD的去除率都大于90%。需要注意的是，Ren等[12]發(fā)現(xiàn)，隨著活性污泥濃縮液濃度的提高，微藻油脂含量下降到10.2%。如果在實(shí)際活性污泥濃縮液中再加入1 g/L的廢甘油，生物質(zhì)產(chǎn)率能達(dá)到0.46 g/(L·d)，油脂含量能達(dá)到27%，污染物的去除率均大于86%。但是加入甘油質(zhì)量濃度大于1 g/L，微藻生物量和污染物去除率均大幅下降。如果不加甘油，COD和TP的去除沒(méi)有顯著差異，但是TN去除率降低到77.2%。Daneshvar等[13]發(fā)現(xiàn)藻種選擇在廢水處理中也很關(guān)鍵，同樣處理乳業(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)，可以提高工業(yè)廢水效率。

表1 微藻處理農(nóng)業(yè)、工業(yè)和城市廢水的參數(shù)和去除效果

1.3 城市廢水處理

1.4 含農(nóng)藥和抗生素等的有害廢水處理

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(huì)對(duì)環(huán)境和人類健康造成危害，比如農(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(chóng)劑，包括甲霜靈、嘧霉胺、芬太尼、碘普利酮和三氯吡啶。雖然柵藻和小球藻均能快速去除這些殺蟲(chóng)劑，但是嘧霉胺僅僅是吸附在微藻表面，而其他殺蟲(chóng)劑均是被藻完全分解[19]?？股匾话銓?duì)藻類具有細(xì)胞毒性。在廢水中抗生素也會(huì)發(fā)生光解和水解。比如，Guo等[20]用小球藻、衣藻和麥可藻(Mychonastes)能在150 h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。如果僅憑光解和水解，去除7-氨基頭孢菌素酸需要300 h。結(jié)合光降解和吸附，Norvill等[21]用高速藻類塘處理含100 μg/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[22]用室外1 200 L的光生物反應(yīng)器處理包含大量藥物化合物的廢水，對(duì)抗炎藥物(布洛芬、對(duì)乙酰氨基酚、水楊酸和可待因)的去除率可達(dá)98%，對(duì)利尿劑氫氯噻嗪的去除率84%，呋塞米則能夠完全去除，抗生素類化合物(阿奇霉素、環(huán)丙沙星、氧氟沙星和紅霉素)的去除率只有48%，精神藥物氯拉西泮等的去除率在30%～57%。炔雌醇是一種激素，Cheng等[23]補(bǔ)充15% CO2培養(yǎng)小球藻PY-ZU1處理含炔雌醇的廢水220 h后，5 mg/L的炔雌醇去除率達(dá)到94%。在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的膜生物反應(yīng)器中，小球藻能去除85.6%的羥氨芐青霉素。Shi等[24]研究發(fā)現(xiàn)，如果小球藻處理后，再加來(lái)源于濕地沉積物或活性污泥的菌處理，羥氨芐青霉素的去除率能達(dá)到99%。廢水中的抗生素、殺蟲(chóng)劑和化學(xué)殺菌劑如果含量高過(guò)微藻耐受極限，將抑制微藻生長(zhǎng)，甚至造成微藻死亡。如果微藻能完全降解這些抗生素類物質(zhì)，收獲的微藻生物質(zhì)還可以開(kāi)發(fā)為生物燃料[20]；如果只是吸附在藻體內(nèi)[21]，可以考慮將藻熱解后利用。

2 微藻廢水處理的關(guān)鍵問(wèn)題

2.1 藻種選育

廢水是一個(gè)復(fù)雜的體系，其中如果含有高濃度氨氮和其他有毒有害物質(zhì)，都會(huì)形成環(huán)境壓力，影響甚至抑制藻類生長(zhǎng)。廢水處理一般在室外進(jìn)行，溫度和光照等環(huán)境條件均會(huì)在不同時(shí)間尺度上產(chǎn)生波動(dòng)，也需要微藻能適應(yīng)這些環(huán)境條件的變化。一般來(lái)說(shuō)，微藻處理有害物質(zhì)要經(jīng)歷生物富集和生物轉(zhuǎn)化兩個(gè)步驟，前提條件是能耐受這些有害物質(zhì)對(duì)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(cè)指標(biāo)。Cheng等[25]研究發(fā)現(xiàn)，每克小型黃絲藻(Tribonemaminus)能去除449.46 mg苯酚。初始苯酚質(zhì)量濃度為700 mg/L時(shí)，培養(yǎng)6 d后，苯酚去除率80%。二嗪農(nóng)(Diazinon)是典型的殺蟲(chóng)劑。Kurade等[26]研究發(fā)現(xiàn)，如果水體中二嗪農(nóng)的質(zhì)量濃度只有20 mg/L， 12 d后小球藻可以脫除94%的二嗪農(nóng)。但是，當(dāng)水體中二嗪農(nóng)的質(zhì)量濃度達(dá)到40 mg/L，小球藻的生長(zhǎng)就會(huì)受到明顯抑制，脫除率也會(huì)降低。多溴二苯醚是阻燃劑，在使用中會(huì)被釋放到水體。多個(gè)國(guó)家水體中都檢測(cè)到多溴二苯醚。Wang等[27]研究了9個(gè)藻株發(fā)現(xiàn)，有4個(gè)可以耐受600 μg/L的多溴二苯醚，其中1株小球藻的7 d脫除率可以達(dá)到82%～90%。同時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)500～700 mg/L的苯酚會(huì)抑制小球藻生長(zhǎng)，并且不會(huì)得到有效降解。

一般來(lái)說(shuō)，廢水處理的藻株是從環(huán)境中篩選得到。清華大學(xué)胡洪營(yíng)教授團(tuán)隊(duì)的Zhang等[28]利用Biolog方法高效篩選可以異養(yǎng)的微藻，篩選得到的小球藻和柵藻可以利用20余種有機(jī)底物。這些微藻可以利用廢水中的有機(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。適應(yīng)性進(jìn)化可以不通過(guò)基因工程手段定向提高微藻對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。適應(yīng)性進(jìn)化的常用方法是培養(yǎng)微生物到達(dá)一定的指標(biāo)(細(xì)胞密度、生長(zhǎng)速率或底物消耗等)后進(jìn)行傳代培養(yǎng)，不斷重復(fù)這個(gè)過(guò)程直至代謝表型不再變化。目前已經(jīng)有應(yīng)用適應(yīng)進(jìn)化手段強(qiáng)化微藻代謝表型的研究。例如，Wang等[27]研究發(fā)現(xiàn)，適應(yīng)進(jìn)化后的小球藻不但能夠耐受500～700 mg/L的苯酚，在第7天時(shí)，500 mg/L的苯酚可以完全降解，700 mg/L的苯酚也能降解到100 mg/L左右。微藻適應(yīng)性進(jìn)化的機(jī)制可以通過(guò)組學(xué)數(shù)據(jù)等加以分析。如何提高進(jìn)化效率是關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。

2.2 藻菌共培養(yǎng)

藻菌共培養(yǎng)進(jìn)行廢水處理是目前的研究熱點(diǎn)。除了藻菌選擇，合理安排工藝路線，設(shè)置工藝參數(shù)也是非常關(guān)鍵的，包括水力停留時(shí)間、光照循環(huán)、通氣速率、稀釋倍率和固定化等。Posadas等[29]考察了藻菌生物膜反應(yīng)器和普通細(xì)菌生物膜反應(yīng)器處理城市廢水的能力。藻菌生物膜反應(yīng)器對(duì)碳、氮和磷的去除率分別達(dá)到91%、70%和85%。碳去除率比普通細(xì)菌生物膜反應(yīng)器高1倍，而且普通細(xì)菌生物膜反應(yīng)器不能去除磷。需要注意的是，藻菌生物膜反應(yīng)器的水足跡有0.5～6.7 L/(m2·d)，比普通細(xì)菌生物膜反應(yīng)器要高。在厭氧發(fā)酵-微藻廢水處理的兩段法工藝中，如果微藻廢水處理后的生物質(zhì)循環(huán)到第一段，可以顯著提高藻絮體的含量，那么第二段廢水的排除液體中總懸浮固體顆粒的含量降低，能滿足歐盟的排放標(biāo)準(zhǔn)[30]。如果停留時(shí)間是2 d，TOC、無(wú)機(jī)碳和TN的去除率分別可達(dá)86%～90%、57%～98%和68%～79%。

光暗循環(huán)也是微藻廢水處理中的重要參數(shù)。同樣處理城市污水，Lee等[32]比較了12 h∶ 12 h光暗循環(huán)、12 h∶ 60 h 光暗循環(huán)以及12 h∶ 60 h 光暗循環(huán)-12 h∶ 12 h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71.4 mg/(L·d)，COD、TN和TP的去除率分別為92.3%、95.8%和98.1%。

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)境因素影響，藻-菌之間可能存在互利共生或者競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。微藻消耗一部分小分子有機(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可以被微藻利用。微藻排放的抑菌物質(zhì)和對(duì)培養(yǎng)基pH的影響可能都會(huì)對(duì)細(xì)菌不利。微藻分泌的胞外多糖等可以促進(jìn)細(xì)菌等生長(zhǎng)。部分細(xì)菌也會(huì)產(chǎn)生能促進(jìn)微藻代謝生長(zhǎng)的促進(jìn)因子。隨著污水中可生化降解有機(jī)物增加，微生物大量繁殖，有些細(xì)菌代謝產(chǎn)物大量累積對(duì)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)[43]。目前建立的藻菌共生組合包括微藻-細(xì)菌共培養(yǎng)、微藻-真菌共培養(yǎng)和多藻多菌共培養(yǎng)等[44]。在富含營(yíng)養(yǎng)的廢水中，藻菌的共生關(guān)系比較脆弱。為強(qiáng)化藻菌共培養(yǎng)的穩(wěn)定性，強(qiáng)化采收的效率，已經(jīng)建立了一些固定化和生物膜的藻菌共培養(yǎng)系統(tǒng)[45]，并用于生活污水、工業(yè)廢水和市政廢水的處理。

表2 藻菌絮體處理廢水實(shí)例

2.3 藻菌絮體

微藻廢水處理的50%的成本都集中在微藻采收階段。由于光生物反應(yīng)器中微藻密度低，離心法采收微藻，能量損耗大。如果添加絮凝劑或者固定[46-47]進(jìn)行微藻采收，還需要二次處理，也可能影響微藻的進(jìn)一步應(yīng)用。部分真菌可以輔助藻類絮凝。在自然環(huán)境中，一些微型綠藻能夠和藍(lán)藻、真菌和細(xì)菌等形成絮狀結(jié)構(gòu)。建立藻菌絮體(microalgal bacterial flocs,MaB-flocs)，充分發(fā)揮微藻和細(xì)菌等的優(yōu)勢(shì)，再加上其具有采收方便的特點(diǎn)，是非常有潛力的廢水處理方法。藻菌絮體處理工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水中都取得了一定效果，并在室外12 m3的跑道池中也進(jìn)行了中試[48-51]。目前，藻菌絮體多是從自然界獲得，如何在實(shí)驗(yàn)室有效構(gòu)建藻菌絮體還有待研究。藻菌絮體中藻類并非單一藻種，這些微藻在實(shí)際應(yīng)用中能否維持穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)也不能夠確定。表2中，筆者比較文獻(xiàn)報(bào)道的藻菌絮體處理廢水中的情況，TN去除率19.7%～76.5%，廢水處理效果需要進(jìn)一步強(qiáng)化。

2.4 工藝集成與光生物反應(yīng)器選擇

廢水的成分非常復(fù)雜，單一工藝往往不能滿足處理需要。對(duì)微藻廢水處理來(lái)說(shuō)，光生物反應(yīng)器的選擇也非常重要。微藻能夠處理的廢水中COD不能太高，同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)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[52]。要想獲得處理廢水的最佳效果，需要在工藝上進(jìn)行集成，選擇合適的反應(yīng)器也是關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題[53]。一種是分為兩段，分別通過(guò)微藻和活性污泥進(jìn)行廢水處理。Ren等[54]提出兩段法處理高強(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進(jìn)行異養(yǎng)培養(yǎng)處理含乙酸廢水，生物量達(dá)到1.98 g/L，油脂含量達(dá)到40.9%，能源轉(zhuǎn)化效率從單段的18.6%提高到37.4%，COD去除率提高了131%。多數(shù)研究是將微藻和活性污泥共培養(yǎng)進(jìn)行廢水處理[55-56]，當(dāng)然有些需要先經(jīng)過(guò)活性污泥的預(yù)處理[57]。

為了減少?gòu)U水中污染物對(duì)微藻的負(fù)面影響，Chang等[58]提出了一種環(huán)形離子交換膜反應(yīng)器。廢水經(jīng)過(guò)離子交換膜后進(jìn)入藻類培養(yǎng)反應(yīng)器，再處理營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩廢水、高濁度廢水和重金屬離子廢水。微藻的生物量可以分別從傳統(tǒng)光生物反應(yīng)器的2.34、2.15和0 g/L，提高到4.24、3.13和2.04 g/L[58]。藻類生物膜反應(yīng)器的突出特點(diǎn)是微藻采收容易[59-60]。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，處理性能也有很大差異[61]。生物膜中的微藻是兼養(yǎng)培養(yǎng)，充分發(fā)揮微藻的作用，有利于廢水處理[62]。在活性污泥處理和微藻處理之后再加1個(gè)紫外消毒工藝，可以去除部分微生物，如果對(duì)水中微生物有特殊要求可以嘗試[63]。Ma等[64]提出了1種新穎的微藻燃料電池處理稀釋的廢水，以有生物膜的不銹鋼網(wǎng)作為陰極和過(guò)濾材料，生物量能達(dá)到3.5～6.5 g/L，輸出電流密度可以達(dá)到200 mA/m2。Zhang等[65-66]在跑道池中豎立平板式光生物反應(yīng)器，構(gòu)建立體藻類生物膜反應(yīng)器，可以提高藻類生物量和污染物去除率，降低生產(chǎn)成本。光生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)還需要提高光能利用效率，降低生產(chǎn)成本，滿足大規(guī)模微藻培養(yǎng)的需要。

2.5 廢水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的調(diào)整

2.6 可持續(xù)綜合開(kāi)發(fā)

微藻廢水處理過(guò)程的固定投資和運(yùn)行成本較高，為了提高其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，有必要進(jìn)行綜合開(kāi)發(fā)，提高技術(shù)的可持續(xù)性(圖1)。

圖1 活性污泥法-藻菌絮體過(guò)程集成廢水處理Fig.1 Integrated process of activated sludge-microalgalbacterial flocs for wastewater treatment

2.7 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

隨著技術(shù)的發(fā)展，微藻廢水處理過(guò)程中的技術(shù)瓶頸也在變化中。根據(jù)不同工藝進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析有助于綜合評(píng)估工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。Mata等[80]分析了微藻處理啤酒廠廢水并制備生物柴油的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，結(jié)果表明，微藻收獲和油脂分離是主要的技術(shù)瓶頸。Sfez等[81]對(duì)藻菌絮體處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水在中試規(guī)模(28 m2)和假定的工業(yè)規(guī)模(41個(gè)池子，每個(gè)池面積245 m2)做了全生命周期分析。在工業(yè)規(guī)模，將藻菌絮體開(kāi)發(fā)成蝦餌料比生產(chǎn)沼氣更具經(jīng)濟(jì)性，但是能耗還需要進(jìn)一步降低。藻菌絮體處理每噸水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水和食品工業(yè)廢水的成本在0.25～0.5歐元，投資成本與跑道池混合處理工藝相比仍比較昂貴。綜合評(píng)價(jià)藻菌絮體廢水處理后開(kāi)發(fā)成肥料、蝦餌料、藻膽蛋白和沼氣的經(jīng)濟(jì)性[82]，開(kāi)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[83]對(duì)西班牙廢水中的53種有害化合物進(jìn)行了包括微藻廢水處理技術(shù)在內(nèi)的不同過(guò)程的評(píng)估。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，需要給予關(guān)注。微藻處理這些環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)化合物時(shí)具有很強(qiáng)的種屬特異性，在可行性實(shí)驗(yàn)中就需要篩選對(duì)這些物質(zhì)能更高效去除的藻類。

雖然20世紀(jì)50年代末就提出了微藻廢水處理，但是至今還沒(méi)有工業(yè)化的大規(guī)模應(yīng)用。除了廢水處理的效率外，系統(tǒng)的穩(wěn)定性(魯棒性)也是關(guān)鍵問(wèn)題。高效采收微藻可以降低生產(chǎn)成本，提高綜合利用效率，能夠進(jìn)一步提高技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。為完成廢水處理任務(wù)，需要一定的微藻生物量，按照目前常規(guī)的微藻產(chǎn)率，需要大面積的土地用于放置光生物反應(yīng)器。在很多區(qū)域，土地成本很高，從這個(gè)角度來(lái)看，微藻廢水處理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不被認(rèn)可。此外，即使微藻廢水處理能取得不錯(cuò)的效果，但可能的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)也需要詳盡評(píng)估。雖然香精和抗生素的濃度不高，但是需要處理的廢水量大，持續(xù)累積仍然會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害[84]。

3 總結(jié)與展望

微藻廢水處理還需要重點(diǎn)發(fā)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)治理技術(shù)，通過(guò)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利用，探索藻-菌共培養(yǎng)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)化廢水處理新方法，降低停留時(shí)間，提高廢水處理效率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的自維持與自更新。

微藻廢水處理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(及菌種)和工藝，進(jìn)一步提高廢水處理效率。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)，發(fā)現(xiàn)新的技術(shù)瓶頸；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，重視基于微藻的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，提出可持續(xù)開(kāi)發(fā)路線，推動(dòng)微藻廢水處理的更廣泛應(yīng)用。