逍遥学能 2018-10-30 13:12
在对灰霾天气的治理中，我们面临一个困难：脱硝。对我国华北地区雾霾成因的机理研究揭示，硫氧化物和氮氧化物是主要元凶。其中，二氧化氮将二氧化硫氧化生成硫酸盐，对PM2.5颗粒的形成有显著贡献，而这一氧化反应的速率又随pH值上升而大幅提高。目前，工业生产中的脱硝技术主要是利用氨与氮氧化物进行反应生成氮气。但是，氨由氮气和氢气合成，本身要消耗能量、产生污染，与氮氧化物反应重新生成氮气，又使投入的能耗化为乌有。不仅如此，在用氨水进行脱硝反应时，过量的氨进入大气，增加碱性成分、提高pH值，反而会加速雾霾的形成。这就是我们面临的治霾脱硝之困。
有没有新的技术路径可以解决这一问题呢？生物脱硝或可提供答案。其中，利用微藻发酵脱除氮氧化物的方法大有可为。不仅能够避免过量氨对大气的污染，反应生成的生物质还能作为动物饲料添加剂，带来经济效益。
微藻是一类单细胞或多细胞的微小光合生物，一般利用太阳光能进行光合作用、生长繁殖，但也有一些种类能够利用葡萄糖等有机碳源进行高密度发酵生长，也就是异养生长。工业尾气中的氮氧化物可以在适当条件下与水反应生成硝酸根、亚硝酸根，作为微藻生长所需要的氮营养。依靠太阳光能生产微藻要占用大量土地，因此难以用于工厂的尾气处理，但利用微藻发酵技术则使单位面积生物量产率提高上千倍，从而有可能在厂区有限的面积进行生物脱硝。
为实现微藻脱硝技术，有三个关键问题需要解决。其一，需要把工业尾气氮氧化物固定与微藻发酵过程相分离，以保证尾气处理的高效率和可靠度。其二，需要建立微藻利用硝酸根、亚硝酸根规模化发酵生产的技术。其三，需要找到微藻产品的产业出口。
中国科学院水生生物研究所与中国石化石科院合作，逐步解决了以上问题。针对第一个问题，中石化的科研人员建立了氧化条件，将尾气中的氮氧化物高效固定、转化为稀硝酸供微藻培养之用。为了解决第二问题，科研人员筛选获得可以完全不用光照进行异养发酵的藻种，建立以硝酸盐为氮源的发酵模式，实现了十吨规模发酵的成功。为了验证第三个问题，中科院科研人员以微藻作为鱼类饲料添加剂，证明可提高鱼类生长、体色等指标，具有良好应用前景。
据估算，我国每年排放的氮氧化物约为两千万吨，利用微藻发酵技术即可获得解决。理论上说，只要对其中的一千万吨进行固定、利用，可产出约五千万吨微藻，不仅能大大缓解氮氧化物排放问题，还可满足水产行业对饲料添加剂的需求，因而具有切实的应用前景。
（作者：徐旭东，系中国科学院水生生物研究所研究员）
来源：光明日报