工业硝酸废水微藻处理技术

　　水污染物的种类繁多，其中含氮排放物，特别是含硝酸根离子的废水，给人类健康、生态环境都带来了严重的威胁。自然表层水体中，硝酸根的含量一般低于1μmol/L，但在受到污染的情况下，这一数值会发生几个数量级的升高。在世界各地，自然水体硝酸根浓度过高导致饮用水中硝酸盐超标的情况时有发生。摄入体内的硝酸盐会在胃中转化为具有致癌性的亚硝胺，硝酸根也可以将血液中的血红蛋白氧化为高铁血红蛋白，降低了红细胞的携氧能力。而环境水体中氮含量过高导致的富营养化、水体老化等现象也带来了严重的生态灾难，而且水环境的恢复更是极为困难与漫长。因此，含硝酸废水的处理一直是水处理领域的热点，也是难点和重点。微藻作为一种生物体，在生长的过程中需要吸收含氮物质作为营养。某些藻类具有从外界环境中吸收并固定硝酸根的能力。使用微藻对水体中的硝酸或硝酸盐进行处理，可以作为一种在对硝酸根进行脱除的同时将其转化为高价值微藻生物质的手段。因此，研究如何使用微藻转化工业排放硝酸并开发相应技术，具有十分重要的理论和实践意义。

　　1、含硝酸废水的现有处理方法

　　目前对含硝酸废水进行脱硝处理的方法主要有生物反硝化法、化学还原法与中和法等几种。应用最为广泛的方法是生物反硝化法，这种方法利用反硝化细菌的反硝化作用，将硝态氮还原为氮气，释放到大气中。但由于反硝化细菌生长速度慢、反硝化效率低、对pH耐受范围窄等因素的限制，这种方法无法处理高浓度的含硝酸废水，需要用大量的水进行稀释，占地面积大，导致废水处理成本高。另外，生物反硝化法还存在不完全反硝化释放N2O污染以及活性污泥减量与处置的问题。化学还原法利用硝酸根离子的氧化性，使用化学还原剂或电化学手段将硝态氮还原为氮气或氨。这种方法需要投加大量药剂，可能会带来新的污染，还原产生的氨态氮也是严重的污染物，需要进行进一步处理，容易产生二次污染。中和法使用碱性物质对废水中的硝酸进行中和，再进行蒸发浓缩或稀释后排放。这种方法将硝酸转化为硝酸盐，实际只是解决了废水pH偏低的问题，并没有真正对含氮污染物进行清除。其他成熟的水处理方法，包括反渗透、离子交换、电渗析等，与中和法相似，都只是对污染物进行转移，未能实现从根本上清除硝态氮。可以看出，目前的技术还存在成本高、带来二次污染和氮元素资源化利用程度低等问题，缺少能够高效率处理含较高浓度硝酸废水的理想技术。

　　2、微藻处理含硝酸根废水的理论基础

　　2.1 微藻

　　微藻是一类个体微小、种类繁多、能进行光合作用的浮游植物。微藻可分为两类，一类是原核微藻，以蓝藻为主，又称为蓝细菌，包括螺旋藻、颤藻、念珠藻等种类。原核微藻细胞内含有光合色素，但不形成叶绿体，细胞结构与革兰氏阴性细菌相近。另一类微藻是真核微藻，属于真核生物，包括绿藻、硅藻、轮藻等诸多种类。真核微藻以单细胞或简单细胞组合的形式存在，没有明显的组织分化。微藻普遍存在于地球上的水环境中，从咸水到淡水，甚至潮湿的陆地表面，各种生态环境均发现有不同类别的藻类生长。与高等植物相比，微藻具有生长快、环境适应性强、能够以多种方式进行培养、单位质量的生物质含氮量高的特点。而与其他非光合微生物相比，微藻又具有能够利用光能进行光合作用的特点，能够降低培养过程的能耗。因此微藻是一种具有工业化应用前景的生物。

　　2.2 微藻的氮同化

　　生物体在生长过程中需要含有各种元素的营养物质，其中大量元素包括C、H、O、N、P、S等。微藻也不例外，生长过程中需要从培养环境中吸收营养物质。在自养条件下，微藻以溶于水中的CO2(包括HCO₃^-、CO₃^2-等形式)作为碳源。在异养条件下，微藻以含碳有机物作为碳源，例如葡萄糖、乙酸、甘油等。在兼养条件下，上述两种方式同时发生。而在氮源方面，微藻可以利用的氮源包括无机氮源(硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐)和有机氮源(尿素、氨基酸等)。据估计，海洋中藻类生长所需的氮元素大约有20%来自水环境中的硝酸根。某些微藻可以以硝酸根作为唯一氮源生长，吸收培养环境中的硝酸根。因此，可以利用微藻对工业外排水中的硝酸根离子进行脱除。

　　微藻对不同含氮物质的摄取具有差异。由于NH₄⁺本身处于还原态，能够通过转氨基作用直接形成氨基酸并同化成为微藻生物质，从能量角度上看更为划算，因此NH₄⁺以及含有氨基的物质(例如氨基酸)通常是微藻所偏好的氮源。而对于硝态氮来说，微藻的同化能力则取决于具体的藻种。例如聚球藻(Synechococcusspp.)可以在NO₃^-或NO₂^-为唯一氮源的条件下生长，而绝大多数原绿球藻(Prochlorococcusspp.)则无法利用这两种氮源物质。从整体上看，铵态氮的存在对细胞同化硝酸根的过程具有抑制作用，反映了细胞对铵态氮的偏好性。尽管NH₄⁺可以作为微藻生长的氮源，但过高浓度的NH₄⁺具有细胞毒性，大多数微藻对NH₄⁺的耐受阈值小于50mmol/L；而微藻细胞对高浓度硝酸根通常具有较好的耐受性，某些藻种可以在高达160mmol/L的NO3-浓度下正常生长。这一点表明，与处理氨氮废水相比，使用微藻处理较高浓度的含硝酸废水可能具有更好的可实现性。

　　2.3 微藻的硝酸同化

　　生物体对硝酸根的吸收、同化与利用是一个多步骤的过程。对于真核微藻，硝酸根离子通过细胞膜上的跨膜载体蛋白运输进细胞中，在硝酸还原酶的作用下还原为亚硝酸根并通过载体运输进入叶绿体，随后在亚硝酸还原酶的作用下逐步还原为铵根。铵根离子进入细胞基本代谢的氮代谢通路，通过转氨基作用形成氨基酸，最终用于合成蛋白质。两次跨膜运输和多次还原组成了微藻对硝态氮进行同化的过程。

　　2.3.1 硝酸根/亚硝酸根的跨膜运输

　　硝酸根从细胞外跨膜运输进入细胞内是微藻同化硝酸根的第一步，而还原得到的亚硝酸根也需要跨膜运输至叶绿体中进行进一步的还原。硝酸根/亚硝酸根的跨膜运输过程受到了严密的调控，有许多不同类型的蛋白质参与其中，包括NRT1(nitratetransporter1，硝酸载体1)、NRT2与NAR1(nitrateassimilation-relatedcomponent1，硝酸同化相关组分1)。许多硝酸根跨膜运输载体表现出双功能性，对硝酸根和亚硝酸根都具有运输作用，在氮代谢的不同阶段发挥功能。部分NRT1载体具有可变的的硝酸根/亚硝酸根亲和性，受到环境硝酸根/亚硝酸根浓度的影响，且在不同类微藻中的分布具有较大差异。而NRT2则作为高亲和性的硝酸根/亚硝酸根载体，普遍存在于各类微藻中。NAR1载体对亚硝酸根的亲和性高于硝酸根，主要作为亚硝酸根的跨膜运输载体。

　　2.3.2 硝酸根的还原

　　硝酸还原酶使用还原型辅酶将进入细胞的硝酸根还原为亚硝酸根。真核微藻的硝酸还原酶通常由单基因编码，是一个多亚基的蛋白复合体。硝酸还原酶分子中含有FAD(flavinadeninedinucleotide，黄素腺嘌呤二核苷酸)、血红素以及钼原子作为发挥还原活性所需要的辅因子。硝酸还原酶除了将硝酸根还原为亚硝酸根外，还会将很少一部分亚硝酸根继续还原至一氧化氮(NO)。NO在细胞内是一种非常重要的信号分子，参与了多种生理活动的调节。例如，由于NO来自亚硝酸根，亚硝酸根水平的升高会导致NO浓度上升，硝酸跨膜载体以及硝酸还原酶的活性均受到NO介导的磷酸化的抑制，从而减少对细胞具有毒性的亚硝酸根的积累，形成硝酸还原代谢过程的转录后负调控。

　　2.3.3 亚硝酸的还原

　　亚硝酸还原酶催化的亚硝酸根还原为铵根的反应发生在叶绿体基质中，电子供体是光合电子传递产生的还原型铁氧还蛋白(光照条件下)或戊糖磷酸途径产生的NADPH(nicotinamideadeninedinucleotidephosphate，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)(黑暗条件下)。亚硝酸还原酶的活性位点具有[4Fe-4S]的铁硫中心结构。

　　由于NO₃^-的运输与同化都需要相应蛋白质发挥功能，而蛋白质的合成需要能量，因此细胞内的能量供应就尤为重要。对于能够进行光合自养的微藻来说，NO₃^-的利用依赖于光合作用提供能量，因此改善微藻细胞受光状况以及提升光能利用效率就能够有效提高微藻对NO₃^-的利用能力。而对于在兼养或异养条件下生长的微藻来说，以有机物，特别是以葡萄糖为底物的有氧呼吸提供的大量ATP就为NO₃^-的高效率吸收利用提供了能量基础。事实上，生物圈中有大约70%的氮同化是由水体中的浮游植物进行的。因此，利用微藻的特性对水环境中的硝酸进行脱除，具有科学上的合理性。

　　3、微藻转化工业排放硝酸的技术路线

　　由于微藻的氮同化是在藻细胞生长的过程中发生的，因此使用微藻处理排放硝酸从另一个角度来看，就是用工业排放硝酸作为微藻培养的营养物。由于微藻具有不同的生长方式与养殖模式，与之相应的也就有不同的硝酸处理技术路线。

　　3.1 微藻的生长方式

　　各种微藻在生长方式上的共同特征是能够进行自养生长，即通过光合作用利用光能和CO2进行生长。除此以外，部分微藻还能够在无光照的条件下以有机物作为碳源与能源进行异养方式的生长。而在有机物和光照均存在的情况下，同时利用光能和有机能进行生长则称为兼养。具体使用何种方式进行硝酸的处理，需要结合处理规模、现场条件、排放硝酸特点等多方面因素来综合考虑(表1)。

　　3.2 微藻清除硝酸的技术路线

　　自养养殖是目前大规模微藻养殖主要使用的养殖模式。在微藻的商业化大规模养殖中，为了降低成本，主要使用开放式光生物反应器进行养殖，以结构简单的跑道池为典型代表。微藻养殖跑道池深度通常为0.2～0.4m，藻液通过桨叶推动，流速为0.15～0.3m/s。为了对光能进行充分利用并减少细菌、浮游动物等对微藻生长的影响，研究者也报道了一系列封闭式光生物反应器，例如管道式、平板式、薄膜式等形式的光生物反应器。封闭式反应器将微藻养殖体系与外界环境隔离开，很大程度上降低了微藻养殖中发生病虫害的可能性，同时通过设计合理的反应器结构来增大受光表面积，从而提高对光的利用率。封闭式光生物反应器提高了微藻的体积产率以及污染物清除的体积效率，有报道显示栅藻在管道式反应器中培养时的硝酸清除能力是开放池的10倍以上。封闭式培养获得的高质量微藻生物质更加适合用于高价值附加产物的生产，但微藻的生产成本高于开放培养方式。使用微藻自养生长模式进行含硝酸废水的处理，具有流程简单、造价低、工艺操作方便等优势。但由于自然光能量密度低，微藻的自养生长总体上仍较为缓慢，这就限制了细胞摄取、同化硝酸的速度，硝酸清除效率较低。同时光线在藻液中的透过深度有限，因此反应器中的藻液通常是以薄层的形式进行培养。为了对较大量的硝酸进行处理，就需要非常大的反应器面积(以及占地面积)，并延长处理时间。此外，开放式光生物反应器受自然条件影响很大，天气、温度等因素的变化都会使微藻的生长和硝酸的脱除效率发生波动，不利于实现处理装置的平稳运行和控制，这一点在微藻处理能力与上游废水产生量之间进行匹配时尤为突出。上述缺陷都影响了自养模式在排放硝酸的处理中，特别是硝酸根浓度较高、废水产生量较大的情况下的应用。通过增加人工光照并改进开放池的工艺参数，可以提高微藻自养利用硝酸的效率，减弱自然条件对硝酸转化的影响。

　　对于能够进行异养生长的微藻来说，大多数情况下异养生长速率都远高于自养生长速率。通过外加有机物作为碳源和能源，微藻在异养模式下能够快速从环境中吸收各种营养，在短时间内积累大量生物质。由于有机物的能量密度远大于自然光，因此微藻在异养状态下的生长通常远快于自养生长。例如，Scaife等报道，小球藻在自养条件下的生物量积累速率为3.3g/(L・d)，而异养条件下这一指标可以达到84.5g/(L・d)。由于异养培养时向微藻培养体系中添加了有机物(主要是葡萄糖)，为了避免细菌等污染物种的快速繁殖，微藻的异养培养必须在封闭式反应器中进行，包括培养环境、藻种、添加的营养液在内的各种养殖要素都必须经过除菌处理。微藻的兼养养殖模式是在异养模式的基础上增加了人工光照，研究显示这一方式能够进一步提高微藻的生长速率。Li等报道，小球藻(Chlorella)在兼养模式下的比生长速率可以达到异养培养的1.8倍。在兼养状态下，微藻自养生长和异养生长同时进行，二者之间存在叠加与协同效应。使用微藻异养/兼养生长模式进行硝酸的同化利用，具有占地面积小、处理效率高、能够利用发酵工业广泛应用的培养工艺与设备、技术条件成熟、养殖条件易于控制等优势，是较为理想的对工业排放硝酸进行处理的技术。但微藻的异养/兼养需要使用封闭式反应器、设备投资较高、操作流程复杂、工艺连续性较差，目前主要应用于高附加值微藻产品的生产。在将异养模式应用于硝酸处理时，需要对反应器的结构、微藻培养技术以及废水处理工艺加以改进，进一步提高效率与操作连续性，来降低硝酸转化装置的建设成本和运行成本。

　　4、微藻转化工业排放硝酸的影响因素

　　在利用微藻养殖对含硝酸废水进行处理的技术研发过程中，生物、过程工程与工艺技术等领域都存在许多因素，会对硝酸脱除的效率和成本产生影响。在工艺开发过程中，需要对这些因素进行充分的考虑与优化，来实现对含硝酸废水的低成本高效处理。

　　4.1 藻种

　　并非所有的微藻都能以硝态氮作为生长的氮源，因此选择能够同化利用硝酸根的微藻藻种就成为了用微藻处理工业排放硝酸时首先要解决的问题。另一方面，微藻细胞的氮同化与细胞生长过程是紧密耦合的，被利用的硝态氮主要以蛋白质的形式被固定在细胞中，微藻细胞的生长速度与蛋白质含量也都影响着硝酸的转化效率。因此，需要选育能够利用硝酸根、生长速度快、蛋白质含量较高的微藻藻种用于工业排放硝酸的转化。与传统筛选方法相比，高通量筛选技术大大缩短了选育具有特定优良性状藻种的时间，有利于快速获得硝酸清除效率高的藻种。此外，微藻的遗传改造也是获得具有优良性状的藻种的有力工具。

　　4.2 工业排放硝酸性质

　　工业排放物的来源千差万别，需要对含硝酸水体的性质进行分析，来确定是否能够直接进行微藻处理，以及是否需要进行预处理。首先，微藻细胞作为生物体，对外界环境具有一定敏感性，用于进行微藻处理的工业排放水不能含有对微藻细胞具有毒性的物质，例如过氧化物、高浓度有机溶剂等。以苯法制己内酰胺工艺外排废水为例，其中除含有NO₃^-、PO₄^3-、SO₄^2-等可作为微藻生长的营养之外，还含有苯和环己酮等有机成分以及微量的H2O2。需要通过实验来研究这些成分对微藻生长产生的影响以及应对手段，包括耐受性藻种选育、废水添加工艺优化与废水预处理等。其次，尽管微藻细胞具有吸收、固定某些重金属离子等物质的能力，但考虑到微藻下游产业链的延伸，作为食品、保健品、饲料等行业原料的微藻，其生产过程应避免使用含有重金属离子的原料。原国家技术监督局(现国家质量监督检验检疫总局)早在1997年就发布了食用螺旋藻的国家标准，其中对螺旋藻粉产品的重金属(铅、砷、镉、汞)含量给出了明确的限制。2017年新发布的饲料卫生标准中也对饲料原料螺旋藻粉的重金属含量及其测定方法做出了规定。这些标准的发布与实施都使得微藻产品在应用过程中的安全性验证工作有章可循。由于微藻产品中所含的重金属绝大多数来源于生产原料，因此对微藻培养所用工业废水的种类就必须进行严格的选择，保证生产得到的微藻产品满足国家、地方与行业各项法规和标准的要求。另外，正如前面所述，NH₄⁺的存在会影响微藻细胞对NO₃^-的消耗。为了保证NO₃^-的高效清除，废水中NH₄⁺的浓度不宜过高。除上述因素以外，工业排放硝酸的浓度、pH、温度、有机物含量等理化性质都会对微藻的生长产生影响，在工艺设计过程中都需要加以考虑，设计有针对性的预处理流程与废水补加工艺来降低对微藻生长的影响，实现工业排放硝酸清除装置的平稳运行。例如，工业排放的含硝酸废水在未进行碱中和或碱中和不完全的情况下通常pH较低。如果低pH废水的加入对微藻培养环境的稳定控制产生不利影响，则需要进行一定的pH调节才能用于微藻培养。含硝酸废水的添加本身也可以作为微藻培养pH控制的一种手段。

　　4.3 生物反应器设计与处理工艺

　　微藻的生长和硝酸的转化都在生物反应器中进行，在确定了处理技术路线后，就需要根据微藻藻种、水处理规模、现场条件等因素选择合适的反应器类型，并对具体参数进行优化与设计。例如，由于许多小球藻藻种能够以葡萄糖为碳源快速生长，因此在使用小球藻进行硝酸转化时通常可以选择异养/兼养技术路线，采用光照发酵罐的形式进行小球藻(Chlorella)的培养和硝酸的同化。螺旋藻(Spirulina)蛋白质含量高，相同生物量的情况下能够固定更多的氮元素，生物质利用价值也较高，是优秀的硝酸利用备选藻种。但螺旋藻(Spirulina)大多不能进行异养生长，因此以自养方式进行处理为宜。

　　4.3.1 微藻自养处理工艺

　　在微藻自养处理硝酸废水的实践中，可以使用简单的开放池，也可以设计新型的封闭/半封闭式光生物反应器，通过处理工艺的改进来提高光能的利用率和微藻的生长速率，弥补自养生长效率较低的短板，从而达到高效利用硝酸的目的。例如，使用光生物反应器将雨生红球藻(Haematococcuspluvialis)培养的光照强度从50μmol/(m2・s)提高至100μmol/(m2・s)后，硝酸清除速率从8.48mg/(L・d)提升至40mg/(L・d)。将莱茵衣藻(Chlamydomonasreinhardtii)培养过程中的光照强度从400μmol/(m2・s)提升至1000μmol/(m2・s)后，硝酸的清除速率由2.2mg/(L・d)提高至6.3mg/(L・d)。光照时间方面，与自然光照的光暗交替相比，人工光源的连续光照通常能够提高微藻生物量的积累速率和硝酸根的消耗速率。Lee等报道，连续光照自养条件下克氏小球藻(Chlorellakessleri)的硝酸清除速率[10.5mg/(L・d)]高于12h光暗周期条件[4.6mg/(L・d)]。此外，人工光源的光质也是提高光能利用效率、降低能耗的一个因素。微藻通过细胞内的色素捕获光能，不同的色素分子具有不同的吸收谱。自然光的连续波谱中有很大一部分未能被微藻细胞吸收而被浪费。单色LED(light-emittingdiodes，发光二极管)光源具有较窄的发射谱，宽度通常在20～30nm。因此，可以通过对多种单色LED进行组合，将发射波长集中在微藻能够吸收的波长范围内，尽可能地减少非吸收波长的光强度，就能够在消耗更少电能的条件下达到相同的光照效果。

　　4.3.2 微藻异养/兼养处理工艺

　　在微藻异养/兼养处理硝酸废水时，主要采用发酵罐或光照发酵罐作为反应设备进行微藻培养。由于通气深层发酵工艺在微生物、医药工业等领域已经有了长时间、大规模的应用，因此微藻异养/兼养清除硝酸工艺可以借鉴发酵工业的设备与相应的工艺优化技术流程。例如，由于葡萄糖对NO₃^-的吸收具有重要影响，因此通过单因素试验、正交试验、响应面法等方法对微藻异养/兼养培养环境中碳源、氮源的浓度及其比例进行优化，是提高微藻氮同化效率的一个有效途径。微藻异养装置的运行成本中，碳源(主要是葡萄糖)的成本占了很大的比例。而使用废甘油(来自生物柴油生产过程)以及废糖蜜(来自制糖工业)等廉价的有机副产物或废料作为微藻培养的碳源和能源，则能够降低微藻培养与废水处理的成本。其他低成本有机质，例如木质纤维素、淀粉水解液与乳清等应用于微藻培养的可能性也在不断被研究者所证实。利用废水处理装置附近的有机废水(例如畜禽养殖废水)作为微藻养殖所需的有机物来源，也是降低废水处理成本的一种有效手段。畜禽养殖废水可以与工业废水复配进行微藻养殖，微藻产品又为养殖业提供饲料原料，有望形成循环产业链。在反应器形式方面，尽管传统的通气发酵罐可以用于微藻的异养培养，但通过反应器形式与材质的创新来实现生产效率提升与能耗物耗降低仍然是值得关注的研究方向。

　　5、微藻转化工业排放硝酸的技术经济性

　　在传统的反硝化池处理含硝酸废水的工艺中，反硝化细菌以硝酸根为氮源生长，废水处理池中最后会因为细菌增殖而得到大量的含菌活性污泥，随后通过减量化处理后填埋。这一方式虽然实现了废水中硝酸的脱除，但没有经济产出，废水处理装置的建设与运行成本完全需要由产生废水的工业过程收益来补偿，而且将液体废物转化为具有一定危险性的固体废物，带来了新的废物处置成本。环保装置建设投资与运行成本高、影响工业企业盈利能力成为了环境治理工作推进阻力较大的一个症结。而利用微藻对工业排放污染物进行处理与转化，则有望突破这一困境，为环境保护工作带来一个新的思路。

　　微藻生物质是生产生物能源、生物活性物质和生物材料的优良原料，具有非常高的附加值。在生物能源方面，可以使用微藻生产的燃料类型包括油脂、氢、类异戊二烯、乙醇和甲烷等。一些种类的微藻[例如小球藻(Chlorella)、栅藻(Scenedesmus)等]可以在细胞内积累油脂，总脂含量可达细胞干重的50%以上。藻油中富含的中性脂(包括甘油三酯与游离脂肪酸)通过加工能够生产满足标准的生物柴油。油脂提取后剩余的微藻生物质可以通过综合炼制生产低碳烷烃与低级醇等生物能源。在生物活性物质方面，以虾青素与DHA为代表的次级代谢物和以微藻蛋白为代表的微藻生物质在食品、保健、畜牧水产等领域均有着广阔的市场空间。以饲料为例，目前饲料工业广泛使用的蛋白补充剂主要包括豆粕和鱼粉。螺旋藻(Spirulina)的蛋白质含量可以超过细胞干重的60%，氨基酸的种类与含量平衡性也很好，是非常优秀的鱼粉替代物。事实上，全球螺旋藻产量的50%已被用作饲料原料或饲料添加剂。在生物材料方面，微藻具有单细胞生长的特征，比表面积大，是非常好的制备纳米材料与吸附材料的原料。可以看出，微藻资源的开发能够为人类解决能源、环境、健康等诸多问题提供新的模式，微藻细胞及其产品的市场价值也正在不断增长。利用微藻处理工业排放硝酸，一方面可以清除硝酸外排对环境产生的压力，更重要的是微藻产品带来的经济效益反过来能够降低硝酸处理装置的综合运行成本。通过经济手段，有效增强企业对环境保护的重视程度，提高企业主动进行污染治理的积极性，实现绿色可持续发展，真正成为“绿水青山就是金山银山”这一科学论断的有力注解。

　　6、结语

　　使用微藻对工业排放的硝酸进行转化是一种科学上合理、技术上可行、经济上划算的新型环保技术。这一技术将微藻养殖与水处理技术相结合，在实现清除工业排放硝酸带来社会效益、环境效益的同时，还能够通过微藻生物质的生产实现一定的经济效益。这一结合为环保产业和微藻产业都提供了新的机遇。对于环保产业来说，微藻处理是一种对高浓度工业排放硝酸进行转化的新技术，可以作为常规活性污泥反硝化处理的高效替代方案;对于微藻产业来说，以工业排放(包括CO2、无机氮、无机磷)作为微藻养殖的营养，降低了微藻养殖的成本，提高了微藻产品的市场竞争力。现阶段，使用微藻对各种排放物进行处理的技术正处在飞速发展的过程中，微藻处理工业烟气、养殖业有机废水、生活污水、工业氨氮废水等已有了一定的工业实践经验，这都为用微藻转化工业排放硝酸奠定了一定的基础。除微藻外，以水绵(Spirogyra)为代表的一些多细胞大型藻类在环境领域，特别是污水处理方面的研究也有了一些报道，有望成为藻类生物技术在环境领域应用的另一个方面。中国石化石油化工科学研究院经过多年研究，开发了使用微藻对石化工业排放物中的硝态氮进行脱除的技术，并针对中国石化所属炼化企业己内酰胺装置与乙二醇装置外排的含硝酸废水进行了放大实验，对硝酸清除速率、微藻生物量积累速率、废水处理工艺以及成本等参数进行了综合评估与分析，目前正在进行工业侧线与示范装置的建设与运行试验。当然，在微藻生物技术应用于环境保护的过程中，藻种的筛选和改造、光生物反应器的设计、工艺流程的优化、微藻产品加工处理技术等方面还有进一步研究和完善的空间。相信通过科研领域与工程技术领域的不断努力，微藻一定会为提高人类的生活质量、改善人类的生存环境、破解环境保护与经济发展的矛盾发挥更为重要的作用。(来源：中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院)