燃煤烟气微藻固碳减排技术现状及发展

李玉国，李 芳

（1.东营市政务服务中心，山东 东营 257091；2.东营生态环境监测中心，山东 东营 257091）

我国在可持续发展的情况下，生态文明理念日益深入人心，社会大众越来越关注环境问题。在我国众多的环境问题中大气污染问题较为严重，其中因煤炭燃烧所产生的烟气中的污染物对大气污染较为突出，燃煤烟气中含有大量有害化学物质，不仅会导致大气层中污染物浓度增加，还会引发温室效应。世界各国对气候愈发严峻的问题十分关注，因此，世界气候变化大会对碳减排目标的制定逐渐深入并细化。

我国十分重视碳减排工作，2020年首次提出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，其中二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和的目标”。在2021年全国两会上，“碳达峰”“碳中和”首次被写入政府工作报告，也进一步成为网络热词，进入公众视线。李克强总理特别指出，实施金融支持绿色低碳发展专项政策，设立碳减排支持工具，要扎实做好碳达峰、碳中和各项工作，制定2030年前碳排放达峰行动方案。中国作为地球村的一员，将以实际行动为全球应对气候变化作出贡献。随着我国科学技术发展，微藻固碳减排技术作为一种新型燃煤烟气处理模式逐渐兴起。微藻固态减排技术主要是利用微藻再生技能，对燃煤烟气中有害物质进行分解，如二氧化碳、氮氧化物等，从而达到治理效果。

1 微藻固碳减排技术原理

微藻固碳减排技术主要是通过微藻生物对气体中的污染物进行处理，如二氧化碳等。硅藻种类较多且其繁殖速度较快，可以通过自身机能吞噬水中的微生物、杂质、浮游生物作为生长养分。微藻在生长过程中需要充足的阳光来保证生长速度，污染物中有大量碳元素，且二氧化碳可以促进微藻生长。因此，燃煤企业可以利用微藻建立微藻固碳减排技术，将气体中的二氧化碳进行溶解，利用相应容器将其进行收集并传送到微藻溶液里，利用微藻细胞将二氧化碳进行固定，避免二氧化碳停留在空气中污染空气，以此减少气体中的二氧化碳，达到固碳效果。同时可以收集有用物质转化为微原料或者能源，形成良性循环，大幅度降低燃煤企业处理成本，提高企业经济效益。由于微藻固碳和微藻生长情况紧密相关，因此，必须对外界条件进行调整改善，提高微藻生长速度，从而增加微藻对二氧化碳的吸附与处理作用。

燃煤烟气中还含有部分氮氧化合物，目前，我国对于氮氧化合物的处理方式主要是利用特定仪器对其进行处理，虽然这样可以保证处理效果，但也会间接加重能源消耗，而利用微藻固碳减排技术可以大幅度提高处理效果。微藻可以利用自身机能将碳氧化合物进行吸收，但需要注意的是，微藻将其吸收后自身形态也会出现相应改变，因此，要想保证处理质量，就尽量让微藻吸收大量碳氧化合物，让其自身形成相应化合物，从而达到减排效果。

2 微藻固碳减排技术发展现状

2.1 藻种筛选

微藻对于环境要求较高，尤其是环境中的酸碱度，因此，进行微藻培养时要注意酸碱度。燃煤烟气中含有大量酸性物质，如二氧化碳、二氧化氮等，当这些物质积累到一定程度时空气中的酸碱度就会增加，影响微藻生长情况。一般情况下，淡水真核藻类可以在酸碱度为5～7的环境下生长，而原核蓝藻需要在酸碱度为7～9的环境中生长。因烟气中含有大量重金属，也会对微藻的生长产生一定影响，所以在进行燃煤烟气处理时应该选择耐受度较高微藻。在实验过程中，当二氧化碳在培养基中溶解以后，藻液酸碱度就会降低，藻细胞中酶活性质也会降低，在一定程度上影响了藻液光合作用，抑制微藻生长，并且藻液中细胞也会发生相应变化，如生化组分、硝酸还原酶等，这些物质活性因子都会下降，不同藻类反应程度都有所不同。大多数微藻在二氧化碳含量为1%～5%之间的环境中就可以进行生长，而一小部分微藻可以在高浓度二氧化碳下进行快速分裂，如蓝藻、小球藻等。利用硅藻固态减排技术进行处理时要根据藻类品种选择相应的处理方式，对于耐受度较低的微藻就需要先对燃煤烟气进行预处理，形成亚硫酸碱盐和硫酸盐来抑制硅藻的生长[1]。

除了需要对微藻品种进行合理科学的选择以外，还需要采取一些其他的措施，例如，对烟气进行适当稀释，降低烟气中污染物浓度，或者对微藻进行驯化培养以提高生存率，让其能够适应烟气中的酸碱程度，通过自身生长来降低烟气中污染物。对于条件允许的区域，相关部门还可以对微藻进行基因改造，利用物理、化学诱变技术，让微藻产生突变并适应烟气中的环境，从而达到减排效果。

2.2 光生物反应器

光生物反应器可以为微藻创造良好的生长环境，因为微藻达到生长要求需要进行光合作用，所以光生物反应器就显得尤为重要，它会为微藻提供相应物质如光照、二氧化碳、营养物质等。光生物反应器根据形态不同可分为开放式和封闭式，不同形态的反应器都存在一定的优点和缺陷。例如，开放性光生物反应器结构较为简单，对于操作人员要求较低，并且处理成本较低，但占地面积大，可控性能差，容易滋生细菌，会导致原生物出现污染，影响处理效果。而封闭式光生物反应器则完全相反，其占地面积较小，污染性较低并可控性高，但其结构以及操作难度都较大并且成本较高。因此，一般情况下开放式光生物反应器主要是进行工业化培养，封闭式是在实验室和小规模培养中应用。光生物反应器对微藻细胞光能利用率和二氧化碳有着紧密联系，其设计合理性、科学性将会直接影响微藻培育情况，所以必须对其进行优化、改良，让光生物反应器能够培育出更多优质的微藻，为后续燃煤烟气处理提供基础。最近几年，随着聚乙烯、聚四氟乙烯材料的广泛应用，光生物反应器逐渐向着袋式反应器发展，袋式反应器可以大面积节约处理空间，降低处理成本，并且较为便利，可以随意进行折叠移动，大幅度提高微藻的生存率。

2.3 曝气方式

燃煤烟气中的二氧化碳是决定微藻固碳减排技术重要因素之一，但二氧化碳扩散率较低，因此需要采取一定的技术措施，增加二氧化碳与微藻之间传输效果。根据双膜理论，可分为不同阶段：首先二氧化碳通过细胞中主流区传递到附近薄膜区，再经过气液界面扩散到薄液膜区，最后经过液相主流区到达气液界面，以此为微藻后续生长提供相应能源。二氧化碳在进行传递过程中需要跨过薄气膜、薄液膜，也会产生较大阻力，同时二氧化碳传递速度还和其他因素有关，如传质系数、传质面积，气体成分等。实际工作中可采用曝气机对藻液进行处理，如搅拌、混合，减少气液膜之间阻力，让二氧化碳能够快速进入到硅藻细胞中，提供相应能源。曝气机结构对气泡有直接影响作用，如上升速度、气泡分布、混合速度等，让小气泡在生长过程中可以将其面积延伸，减少其上升速度与混合时间，为二氧化碳传输留足相应时间[2]。

3 结论

总之，微藻固碳减排技术作为一种新型燃煤烟气处理技术，对我国环保事业的发展和实现“碳达峰”、“碳中和”的目标有着极为重要的促进作用。利用微藻固碳减排技术可以大幅度提高燃煤烟气处理效果，使空气质量得到改善，为社会大众日常生产、生活提供相应保障。但微藻固碳减排技术很容易受到外界因素影响，所以需要对此进行深入研究，为燃煤烟气绿色减排提供新思路，为我国全面落实可持续发展目标奠定良好基础。