陳俊任，張立斌，劉晴晴，任子安，韓慶祥，張立杰

（1.山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101；2.天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津 300072）

隨著全球人口的不斷增長，人類活動越來越頻繁，隨之而來的便是堆積成山的城市固體垃圾廢物〔1〕。目前，城市垃圾最常用的處理方式包括衛(wèi)生填埋、焚燒和堆肥等〔2-3〕。垃圾在堆積過程中經(jīng)過一系列的生物分解與物理化學(xué)過程，產(chǎn)生一種成分復(fù)雜、毒性較大的滲濾液〔3〕，這種高毒、高污染垃圾滲濾液已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了自然水源，采用高效的處理技術(shù)對其進(jìn)行處理是解決環(huán)境問題的重中之重。

近年來微藻以其生長周期短、光合作用強、油脂產(chǎn)率高等與碳中和目標(biāo)相關(guān)的競爭性優(yōu)勢進(jìn)入廢水處理研究的主流技術(shù)領(lǐng)域〔4-6〕。一方面，垃圾滲濾液中含有碳、氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，可以為微藻生長提供充足的營養(yǎng)源〔7〕，另一方面，微藻可以吸收去除滲濾液中的污染物，實現(xiàn)對垃圾滲濾液的有效凈化，因此利用垃圾滲濾液培養(yǎng)微藻實現(xiàn)廢水處理與生物質(zhì)生產(chǎn)有效集成的研究成為廢水與能源研究領(lǐng)域的攻關(guān)熱點。然而，截至目前，關(guān)于這方面的綜述報道很少，相應(yīng)地，對于該技術(shù)所面臨的難題及技術(shù)瓶頸的討論也較少。筆者從垃圾滲濾液的特點、滲濾液預(yù)處理技術(shù)、微藻培養(yǎng)的生物能源生產(chǎn)分析入手，梳理垃圾滲濾液培養(yǎng)微藻的各個環(huán)節(jié)存在的技術(shù)難點，挖掘切實可行的解決途徑，提出“微藻全鏈條”新理念，以期實現(xiàn)微藻預(yù)處理—微藻培養(yǎng)—微藻能源積累的全鏈條響應(yīng)機(jī)制。

1 垃圾滲濾液的特點

垃圾滲濾液是指來源于垃圾填埋場中垃圾本身含有的水分、進(jìn)入填埋場的雨雪水及其他水分，扣除垃圾、覆土層的飽和持水量，并經(jīng)歷垃圾層和覆土層而形成的一種高濃度的有機(jī)廢水，還有堆積的準(zhǔn)備用于焚燒的垃圾滲漏出的水分。垃圾滲濾液具有有機(jī)物含量高、氨氮高（1 000～5 000 mg/L）〔8〕、無機(jī)化合物種類多、重金屬離子種類多等特點。滲濾液中的高營養(yǎng)物質(zhì)、高濃度有機(jī)物以及其他有毒有害化合物，如重金屬和異生物質(zhì)（如酚類和農(nóng)藥）等，對人類和環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅〔9〕。

利用垃圾滲濾液培養(yǎng)微藻實現(xiàn)垃圾滲濾液處理與微藻生物質(zhì)的有效集成成為污水資源化新的突破點。然而，由于垃圾滲濾液高氨氮、高濁度等特點，不適合用于直接培養(yǎng)微藻，必須對其進(jìn)行一定程度的預(yù)處理。

2 垃圾滲濾液預(yù)處理

垃圾滲濾液的高色度、高濁度、高鹽含量等水質(zhì)特點限制了微藻的高效生長，對其進(jìn)行預(yù)處理后用于微藻培養(yǎng)成為廢水培養(yǎng)微藻領(lǐng)域的主流〔10-11〕。目前，針對垃圾滲濾液培養(yǎng)微藻的預(yù)處理方法主要有淡水稀釋法、高級氧化法、混凝-過濾/吸附法等。

2.1 淡水稀釋

由于垃圾滲濾液中的碳、氮及有害物質(zhì)濃度過高，抑制了微藻生長，用淡水將滲濾液中的污染物稀釋至合適的濃度來培養(yǎng)微藻有利于收獲合適的生物量。Z. T. KHANZADA 等〔12〕采用淡水對垃圾滲濾液進(jìn)行了不同比例的稀釋預(yù)處理，得到垃圾滲濾液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～100%的系列溶液，并將其用于微藻菌株生長評估，結(jié)果顯示，稀釋后混合溶液中微藻生物量明顯上升，當(dāng)滲濾液質(zhì)量為混合溶液的50%時微藻生長最為理想。H.O.TIGHIRI 等〔8〕通過稀釋得到不同濃度的垃圾滲濾液，采用光生物反應(yīng)器序批式培養(yǎng)微藻，研究發(fā)現(xiàn)，最佳稀釋比例下，微藻可將滲濾液中83.6%的總氮和90%的COD 轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)，所獲取生物量大大提高。

利用淡水稀釋實現(xiàn)垃圾滲濾液預(yù)處理后用于培養(yǎng)微藻，雖然在操作上簡單易行，但當(dāng)滲濾液成分特別復(fù)雜時微藻的培養(yǎng)效果往往不達(dá)預(yù)期。此外，采用大量淡水對垃圾滲濾液進(jìn)行稀釋造成了水資源的極大浪費，也使得該技術(shù)成本大大提高。未來研究中可以采用廢水對滲濾液進(jìn)行稀釋來進(jìn)一步優(yōu)化該手段，以此降低滲濾液的預(yù)處理成本，避免水資源的浪費。

2.2 高級氧化

垃圾滲濾液中含有難降解有機(jī)物，利用淡水對其進(jìn)行稀釋僅僅是減輕了其對微藻生長的不利影響，并不能從根本上解除其對微藻生長的抑制。高級氧化工藝（AOPs）在去除難降解有機(jī)物方面效果較好，且其最終產(chǎn)物是CO2、水和其他無機(jī)離子，對環(huán)境無害〔13〕，可考慮將經(jīng)其預(yù)處理后的垃圾滲濾液直接用于微藻培養(yǎng)。

2.2.1 電化學(xué)氧化技術(shù)

電化學(xué)氧化技術(shù)是一種備受關(guān)注的綠色技術(shù)，其通過在電場作用下產(chǎn)生的羥基自由基（·OH）、超氧自由基（O2·-）等活性氧來高效去除多種難降解污染物〔14〕，可有效緩解微藻處理垃圾滲濾液的壓力。

H2O2、高錳酸鹽、臭氧和過硫酸鹽（PS）是AOPs中最常用的氧化劑〔15〕。Weixuan ZHANG 等〔16〕通過過硫酸鹽-鐵碳微電解（PS-ICME）系統(tǒng)對垃圾滲濾液進(jìn)行預(yù)處理，并采用響應(yīng)面法確定3 個獨立變量（pH、鐵碳質(zhì)量比、過硫酸鹽投加量）與響應(yīng)值（COD）之間的關(guān)系，結(jié)果顯示，在初始pH 為7、鐵碳質(zhì)量比為3、過硫酸鹽投加濃度為85 mmol/L 時系統(tǒng)對垃圾滲濾液的處理效果最佳，COD 去除率達(dá)到62.91%，微藻可以直接利用預(yù)處理后的垃圾滲濾液進(jìn)行生長代謝。盡管利用微藻進(jìn)行廢水生物修復(fù)以去除有毒物質(zhì)及回收營養(yǎng)物質(zhì)的可行性已被證實〔17-18〕，但像高游離氨氮（FAN）、高色度、重金屬、有毒的外源有機(jī)物、細(xì)菌和滲透壓這些因素卻依然制約著微藻處理技術(shù)的發(fā)展〔19〕。Haixing CHANG 等〔20〕通過對反滲透濃縮液（ROC）進(jìn)行電氧化預(yù)處理，使ROC 中FAN 由53 mg/L 銳 減 到13.9 mg/L，色 度由1 600 倍降至100 倍，極大地緩解了微藻處理的后續(xù)壓力。

利用電化學(xué)氧化技術(shù)預(yù)處理垃圾滲濾液來培養(yǎng)微藻效果良好，然而一直存在的電極成本較高、能耗較大等電化學(xué)氧化技術(shù)的固有問題限制了該技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用進(jìn)程。

2.2.2 臭氧氧化技術(shù)

臭氧氧化是另一類常用的滲濾液高級氧化預(yù)處理方法，滲濾液中難降解有機(jī)物可在臭氧和·OH 的聯(lián)合作用下被降解甚至礦化〔21〕。J. DERCO 等〔22〕利用臭氧氧化法預(yù)處理新鮮的和成熟的2 種垃圾滲濾液，結(jié)果表明，臭氧氧化技術(shù)對于成熟的垃圾滲濾液中有機(jī)物的去除效果較好，反應(yīng)2 h 后COD、有機(jī)碳、氨氮的去除率分別達(dá)到65%、43%、32%，可以為微藻生長提供合適的碳、氮濃度。但是因臭氧氧化后廢水BOD5＜2 mg/L，可生化性較低，綜合來講依然不利于微藻后續(xù)的培養(yǎng)。

此外，將臭氧氧化與其他工藝技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于垃圾滲濾液的處理成為新的攻關(guān)領(lǐng)域。Weiming CHEN 等〔23〕將生物濾池（SAARB）與臭氧氧化技術(shù)相結(jié)合處理垃圾滲濾液，滲濾液可生化性大大提高。R. POBLETE 等〔24〕以木屑作為活性炭材料，將吸附和臭氧氧化相結(jié)合對垃圾滲濾液進(jìn)行凈化研究，結(jié)果表明，木屑的形狀和孔隙的不規(guī)則性導(dǎo)致其對滲濾液中的氨氮、鐵和銅去除能力較強，解除了氨氮和重金屬對微藻生長的抑制，緩解了微藻后續(xù)的生長壓力。此外，在過濾、吸附、光Fenton 與臭氧氧化相結(jié)合的綜合處理技術(shù)中，滲濾液中COD、色度、氨氮和腐殖酸的去除率均高達(dá)95%以上，碳、氮濃度，濁度，腐殖酸不再是微藻生長的限制因素。

臭氧氧化技術(shù)在反應(yīng)前期對有機(jī)物的去除效果明顯，但對滲濾液中難降解物質(zhì)的降解沒有明顯的改善，預(yù)處理后的滲濾液用于微藻培養(yǎng)效果不是特別理想，而且還存在臭氧利用率低、成本高等缺點。未來研究應(yīng)側(cè)重于進(jìn)一步提高臭氧氧化技術(shù)對于難降解有機(jī)物的處理性能。

2.3 混凝-過濾/吸附法

垃圾滲濾液中氮、有機(jī)物含量高，其高毒性和低生物降解性的特點使得微藻在吸收利用污染物方面效率低下〔25-26〕，為解決此問題，研究人員將混凝和過濾、吸附等技術(shù)相結(jié)合，以期提高對垃圾滲濾液的預(yù)處理效果。

S. S. KAMALA 等〔27〕將混凝和過濾技術(shù)相結(jié)合，以NH4Al（SO4）2為混凝劑對滲濾液進(jìn)行混凝處理，之后采用改進(jìn)的過濾系統(tǒng)對混凝處理后的滲濾液進(jìn)行過濾凈化，之后用于小球藻培養(yǎng)。結(jié)果顯示，小球藻在預(yù)處理后的垃圾滲濾液中生長良好，可將97%的COD和69%的總氮轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)。M. SOBRINHO 等〔28〕將混凝/絮凝和吸附相結(jié)合，首先用熟石灰與蒸餾水制備“石灰乳”來凝結(jié)滲濾液中的污染物，然后用牡蠣粉作為吸附劑對滲濾液中凝結(jié)物進(jìn)行吸附，使?jié)B濾液中95%的BOD 和40%的COD 得到了有效的處理。

混凝、吸附這類綜合技術(shù)在預(yù)處理垃圾滲濾液用于微藻培養(yǎng)方面，具有綠色環(huán)保、簡單方便的優(yōu)點，但其居高不下的成本限制了這類技術(shù)的發(fā)展。為了提高該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性，需要在開發(fā)新型天然活性劑、低成本活性劑、當(dāng)?shù)乜色@得的生物質(zhì)、高比表面積納米顆粒方面做出更大努力〔29〕。

3 垃圾滲濾液培養(yǎng)微藻的生物質(zhì)集成

垃圾滲濾液經(jīng)有效的預(yù)處理后可以用于微藻培養(yǎng)，微藻可以利用垃圾滲濾液中的無機(jī)鹽（如氮、磷）作為營養(yǎng)源，以CO2和廢水中的有機(jī)碳作為碳源，通過光合作用產(chǎn)生生物能源，實現(xiàn)能源生產(chǎn)、垃圾滲濾液凈化的有機(jī)統(tǒng)一〔30〕。微藻細(xì)胞內(nèi)的活性物質(zhì)主要有油脂、多糖、蛋白質(zhì)、色素等天然化合物，可廣泛應(yīng)用于生物柴油、生物制藥、生物塑料、保健品等領(lǐng)域〔31〕。

3.1 油脂

相較于一般柴油，微藻生物柴油氧、硫含量低，燃燒時排放的一氧化碳和硫化物也相對較少。因此，微藻制備的生物柴油作為一種可生物降解、可再生、無毒、低碳的環(huán)境友好型能源成為研究熱點〔32〕。

H.O.TIGHIRI 等〔8〕發(fā)現(xiàn)垃圾滲濾液培養(yǎng)的微藻可以積累豐富的脂肪酸，其中C16～C18 的積累量高達(dá)85.47%～87.69%，這與A. HERNANDEZ-GARCIA等〔33〕研究發(fā)現(xiàn)的微藻更易合成鏈長在C16～C18 之間 的 脂 肪 酸 相 一 致。G. V. TAGLIAFERRO 等〔34〕通過自來水稀釋垃圾滲濾液來培養(yǎng)小球藻，發(fā)現(xiàn)藻細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)積累可達(dá)到（96.6±7.8）mg/（L·d）。Haix?ing CHANG 等〔20〕采用經(jīng)電氧化法預(yù)處理的滲濾液對小球藻進(jìn)行培養(yǎng)，與未經(jīng)電氧化預(yù)處理的對照組相比，微藻生物量從0.98 g/L 提高到1.27 g/L，同時微藻所積累的脂質(zhì)質(zhì)量濃度高達(dá)491.5 mg/L。

3.2 多糖

大量研究證實，微藻中提取的多糖品種多樣，具有抑菌、抗氧化、抗病毒、增強免疫功能且毒副作用低〔35〕，利用滲濾液培養(yǎng)微藻可用于多糖生產(chǎn)。

A. HERNANDEZ-GARCIA 等〔33〕利 用 不 同 配 比的垃圾滲濾液與市政廢水相混合所得的混合液培養(yǎng)微藻，微藻生物量達(dá)到了1.3 g/L，微藻在C、N 元素營養(yǎng)限制條件下碳水化合物的積累量高達(dá)41%，這可能是由于滲濾液中含有的較高濃度的有機(jī)碳可以被微藻吸收轉(zhuǎn)化為碳水化合物。此外，營養(yǎng)限制條件也會促進(jìn)碳流轉(zhuǎn)向碳水化合物的合成，這些結(jié)果與I.PANCHA 等〔36-37〕研究所得的結(jié)論一致。

3.3 蛋白質(zhì)

微藻可以將小分子物質(zhì)（如CO2或NH3-N）轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)等增值大分子〔38〕，表現(xiàn)出極強的蛋白質(zhì)生產(chǎn)力〔39〕。

R. LAKSHMIDEVI 等〔40〕采用雙室藻類輔助微生物燃料電池（AAMFC）將微藻培養(yǎng)與滲濾液處理相結(jié)合，在滲濾液被稀釋為原濃度的50%時，可以獲得更高的蛋白質(zhì)產(chǎn)量〔（580.78±0.03）mg/L〕。實驗同時還探究了鹽度對AAMFC 的影響，結(jié)果表明，當(dāng)加入30 mmol/L NaCl 時，體系最大功率和電流密度都有所增加，積累的蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度增加到了（618.7±1.26）mg/L。C. VIEGAS 等〔41〕采用生物質(zhì)底灰對垃圾滲濾液進(jìn)行化學(xué)沉淀預(yù)處理，以處理后的滲濾液代替原始培養(yǎng)基進(jìn)行生物修復(fù)與生產(chǎn)，滲濾液培養(yǎng)基與對照培養(yǎng)基中積累的蛋白質(zhì)的質(zhì)量濃度分別為0.42、0.52 g/L，這表明利用垃圾滲濾液培養(yǎng)的微藻與采用對照培養(yǎng)基所得微藻對蛋白質(zhì)的生產(chǎn)能力相當(dāng)。

3.4 光合色素

光合色素除了在光合作用中發(fā)揮著不可替代的作用，其本身也是一種高價值的資源，在生物制藥、食品、化妝品及保健品等生產(chǎn)中有著巨大的商業(yè)價值和潛力。例如，葉綠素a 具有抗氧化性，常被用作營養(yǎng)物質(zhì)或者食品添加劑〔42〕，β-胡蘿卜素是維生素A 的前體，在視覺和免疫系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用〔43〕。

S. S. KAMALA 等〔27〕利用預(yù)處理后的滲濾液培養(yǎng)小球藻，28 d 后小球藻中產(chǎn)生的葉綠素和類胡蘿卜素質(zhì)量濃度分別達(dá)到4.62 μg/mL 和1.99 μg/mL。Xin ZHAO 等〔44〕采用城市污水和垃圾滲濾液的混合液進(jìn)行高密度微藻培養(yǎng)，結(jié)果表明，在混合液中垃圾滲濾液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時，體系可以獲得最大的葉綠素質(zhì)量濃度（22 mg/L），比沒有添加滲濾液的體系葉綠素產(chǎn)量提高33%。

筆者對微藻將垃圾滲濾液中的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為生物量、脂質(zhì)、多糖、蛋白質(zhì)及色素進(jìn)行積累的相關(guān)研究進(jìn)行了總結(jié)歸納，部分成果見表1。由表1 可知，利用垃圾滲濾液培養(yǎng)微藻以同時實現(xiàn)微藻良好生長與能源積累具有切實可行性。

表1 微藻將垃圾滲濾液中的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)進(jìn)行積累的相關(guān)研究Table 1 Study on microalgae transforming organic pollutants in landfill leachate into biomass for accumulation

微藻在廢水中的生長代謝見圖1，微藻可以吸收廢水中的C、N、P 等營養(yǎng)元素，以及Cu、Zn、Mn 等金屬元素，在CO2存在下，經(jīng)過卡爾文循環(huán)產(chǎn)生3-磷酸甘油醛（C3），3-磷酸甘油醛經(jīng)過一系列反應(yīng)可合成淀粉、脂質(zhì)和蛋白。因此，微藻細(xì)胞內(nèi)碳基化合物的合成共用一個碳前體3-磷酸甘油醛，存在競爭關(guān)系〔45〕。垃圾滲濾液含有豐富的有機(jī)碳源、一定量的鹽和金屬離子，有利于調(diào)控碳流轉(zhuǎn)化，促進(jìn)微藻中油脂的積累。目前，利用垃圾滲濾液培養(yǎng)微藻用于生物能源生產(chǎn)的研究主要聚焦于藻細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)、多糖、蛋白質(zhì)、色素等化合物的合成，其背后的合成機(jī)制研究較少，因此，探究微藻在垃圾滲濾液中的碳流轉(zhuǎn)化和油脂合成機(jī)制是能源領(lǐng)域的前沿?zé)狳c，也是未來利用垃圾滲濾液培養(yǎng)微藻用于生物能源生產(chǎn)領(lǐng)域需要努力的方向。

圖1 微藻在廢水中的生長代謝Fig.1 Growth and metabolism of microalgae in wastewater

4 助力碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)

全球氣候變暖日漸引起人們的關(guān)注，目前全球已有120 多個國家和地區(qū)提出了碳中和目標(biāo)，社會發(fā)展正快速進(jìn)入“低碳經(jīng)濟(jì)”發(fā)展軌道〔46〕。從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，生物固定CO2技術(shù)是實現(xiàn)碳減排、推動碳中和的最主要、最有效果的方式。在高效固定、轉(zhuǎn)化CO2的微生物物種中，微藻以其生命力頑強、生長速度快、產(chǎn)物豐富多樣等優(yōu)點成為固碳生物的典型代表。

垃圾滲濾液是不可忽視的CO2排放體，主要在于：（1）對垃圾滲濾液進(jìn)行降解處理會產(chǎn)生大量CO2；（2）滲濾液中含有較高濃度的碳酸鹽，其大量進(jìn)入自然界后將有可能轉(zhuǎn)化為CO2進(jìn)入大氣，從而加劇溫室效應(yīng)；（3）垃圾滲濾液中含有大量有機(jī)碳，滲濾液中微生物菌群的生長代謝可以將豐富的有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為CO2，據(jù)報道我國每年垃圾滲濾液處理量達(dá)1 億t，因菌群代謝產(chǎn)生的CO2約為3 700 萬t，位居前10 大碳排放行業(yè)〔47〕。

對于垃圾降解產(chǎn)生的大量CO2，微藻可通過光合作用將其固定并轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，其對太陽光的單位面積利用率可以達(dá)到普通高等植物的10 倍以上。研究表明，微藻細(xì)胞內(nèi)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)50%以上，每生產(chǎn)1 g 的微藻大約消耗4.52 g 的CO2〔48〕。更重要的是，微藻作為高效的太陽能轉(zhuǎn)換器，通過在水中懸浮生長可以更加高效地利用水、CO2和其他營養(yǎng)物質(zhì)合成油脂，且所合成的油脂多為中性脂，可用于生物柴油的制備，極大地緩解傳統(tǒng)化石燃料的壓力〔49〕。

除了通過光合作用吸收利用氣態(tài)CO2以外，微藻同樣可以利用垃圾滲濾液中的碳酸鹽、有機(jī)鹽進(jìn)行生長和能源積累。滲濾液中無機(jī)碳的主要存在形式為重碳酸鹽，藻類擁有活躍的碳酸鹽清除機(jī)制，可以將自身細(xì)胞內(nèi)的碳酸氫鹽濃縮，隨后，細(xì)胞內(nèi)的碳酸酐酶又會自發(fā)脫水或自然脫水產(chǎn)生CO2，最后通過卡爾文循環(huán)將CO2以生物量的形式捕獲〔50〕。據(jù)統(tǒng)計，每生產(chǎn)1 g 的微藻可以固定2.42 g 的〔51〕。

此外，研究表明，微藻可以將滲濾液中70%～97%的有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)的糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等能源活性物質(zhì)，避免了垃圾滲濾液中的微生物菌群將有機(jī)物代謝轉(zhuǎn)化為CO2（每去除1 g 碳可以產(chǎn)生3.7 g的CO2）〔47〕，有效推動了減污降碳協(xié)同增效，可助力實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和。

5 未來技術(shù)設(shè)想：微藻全鏈條模式

針對前文所述的幾種主要垃圾滲濾液預(yù)處理方式及所存在的問題，筆者所在團(tuán)隊提出了一種新型的預(yù)處理方式，大膽設(shè)想僅利用微藻培養(yǎng)實現(xiàn)廢水預(yù)處理。雖然直接利用垃圾滲濾液培養(yǎng)微藻并不理想，但隨著第1 批直接培養(yǎng)的微藻的收獲，垃圾滲濾液生化廢水的濁度、氨氮、重金屬含量都將大大降低，即第1 批微藻培養(yǎng)僅用于實現(xiàn)預(yù)處理；然后接種第2 批新鮮的微藻到收獲后的垃圾滲濾液中，微藻將會迎來生長的鼎盛時期；收獲后緊接著接種第3 批、第4 批，實現(xiàn)循環(huán)利用垃圾滲濾液培養(yǎng)微藻，建立“微藻全鏈條”新模式，實現(xiàn)微藻預(yù)處理—微藻培養(yǎng)—微藻能源積累的全鏈條響應(yīng)機(jī)制，其示意見圖2。

圖2 “微藻全鏈條”模式示意Fig.2 Schematic diagram of“microalgae whole chain”mode

對目前主要的幾種預(yù)處理方式及微藻全鏈條模式進(jìn)行成本估算，結(jié)果見表2。

表2 預(yù)處理方式成本估算Table 2 Cost estimation of the pretreatment methods

由表2 可知，高級氧化法成本普遍偏高，其中臭氧氧化方式僅電能消耗就是一筆不小的開銷；淡水稀釋的方法雖然成本不是很高，但會造成大量淡水資源浪費；混凝沉淀的方式想要達(dá)到理想的污染物去除效果通常也需要較高的成本；而由于垃圾滲濾液中磷含量相對較低，“微藻全鏈條”新模式下微藻的培養(yǎng)需外加磷，其成本僅為磷藥劑的成本，經(jīng)計算每生產(chǎn)1 kg 微藻生物質(zhì)僅需要消耗4.0 元。因此，采用“微藻全鏈條”實現(xiàn)微藻預(yù)處理—微藻培養(yǎng)—微藻能源積累的新模式，一方面可以降低微藻培養(yǎng)成本，另一方面還能大大節(jié)約淡水資源，是一種最具潛力的技術(shù)手段。

6 結(jié)論與展望

（1）微藻培養(yǎng)前需對垃圾滲濾液進(jìn)行預(yù)處理，現(xiàn)有垃圾滲濾液預(yù)處理技術(shù)，如淡水稀釋、電化學(xué)氧化、臭氧氧化、混凝吸附等，存在著成本高、對滲濾液處理效果不理想等問題。對此，筆者所在團(tuán)隊提出建立“微藻全鏈條”新模式的設(shè)想，可大大降低廢水預(yù)處理成本，切實推動國家碳減排事業(yè)的發(fā)展。

（2）利用垃圾滲濾液培養(yǎng)微藻用于生物能源生產(chǎn)的研究主要聚焦于藻細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)、多糖、蛋白質(zhì)、色素等化合物的合成上，其背后的合成機(jī)制研究很少涉及。如能探明微藻在垃圾滲濾液的復(fù)雜生境下的代謝調(diào)控機(jī)制，將對實現(xiàn)能源產(chǎn)出最大化提供重要的理論指導(dǎo)。

（3）在全國大力推動新舊動能轉(zhuǎn)換和碳中和的大背景下，充分利用垃圾滲濾液廢水資源化來生產(chǎn)綠色、環(huán)保、可再生的微藻生物質(zhì)，用微藻生物柴油逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石燃料，可切實推動傳統(tǒng)工業(yè)向環(huán)境友好和可持續(xù)發(fā)展的新局面轉(zhuǎn)化，為我國的生物能源和CO2減排事業(yè)拓寬道路，推動碳中和國家建設(shè)。