利用污水资源生产微藻生物柴油的关键技术与潜力分析.pdfVIP

生态环境学报 2010, 19(3): 739-744 Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@ 利用污水资源生产微藻生物柴油的关键技术及潜力分析 * 胡洪营 ，李鑫 清华大学环境科学与工程系//环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京 100084 摘要：21 世纪人类面临着能源与水资源的双重危机与挑战。微藻制备生物柴油和微藻深度脱氮除磷分别是开发新能源和污 水深度处理方面的热点研究，但二者的单一系统均存在一定的局限性。基于微藻培养的污水深度处理与生物柴油生产耦合系 统可以克服上述单一系统的局限性，在深度处理污水的同时，以污水为资源制备微藻生物柴油。藻种筛选是耦合系统的前提 与重点，其筛选原则为在二级出水条件下生长快、氮磷去除效率高和单位藻细胞油脂含量高。合适的藻细胞分离收获及油脂 提取技术能够降低能耗；而油渣厌氧发酵可充分回收其中的能量，同时减少油渣对环境造成的不利影响。根据耦合系统的工 艺特点，每年全国利用该耦合工艺以生活污水为原料生产微藻生物柴油的潜力约 397 万 t 。 关键词：微藻；生物柴油；脱氮除磷；污水深度处理 中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-5906 （2010 ）03-0739-06 21 世纪人类面临着两大危机：能源危机与水资 源危机。据估计，全球的原油储量和天然气储量将 分别在 40 年和 64 年后用尽[1] ，因此开发经济、高 图 1 微藻制备生物柴油的单一系统示意图 效的新型能源势在必行，其中生物新能源是主要研 Fig. 1 Single system of biodiesel production based on microalgae 究热点之一[2]。与此同时，水资源短缺也是制约 21 世纪人类发展的主要瓶颈，污水再生利用是解决这 目前，微藻制备生物柴油的高成本是制约该技 一问题的重要途径[3] ，而水华控制则是再生水回用 术发展的主要限制因素[17] ，而微藻培养成本则占到 [4-5] [6] 于景观水体时需要解决的首要问题 。 生物柴油生产总成本的 70%以上 。因此，微藻制 近年来，微藻在制备生物柴油[6-10]和污水深度脱 备生物柴油单一系统的局限性主要是培养过程的 氮除磷[11-15]方面均得到了越来越多的重视，并逐步 高成本，包括： 开展研究。而基于微藻培养的污水深度处理和生物 （1 ）培养微藻（淡水藻种）需消耗大量淡水资 [16] 柴油生产耦合系统则具有更加广阔的发展前景 。 源，不但成本高，而且与当前水资源紧缺的大背景 胡洪营等人[16]概述了微藻深度脱氮除磷、微藻 形成了鲜明矛盾。 制备生物柴油的原理和优势，以及将二者耦合的理 （2 ）为了获得较高的藻细胞生物量，微藻培养 念。本文在此基础上进一步深入分析了微藻制备生 过程中需投加氮磷等大量无机营养盐，无机营养盐 物柴油及微藻深度脱氮除磷单一系统的局限性、污 大量消耗而导致的高培养成本是目前微藻培养领 水深度处理和生物柴油生产耦合系统的工艺流程 域的世界性难题。 及优势，并重点分析了该耦合系统的关键技术和生 （3 ）某些研究者通过向培养基中投加有机物异 产潜力。