燃煤煙氣微藻固碳減排技術現狀及發展

李玉國，李 芳

（1.東營市政務服務中心，山東 東營 257091；2.東營生態環境監測中心，山東 東營 257091）

我國在可持續發展的情況下，生態文明理念日益深入人心，社會大眾越來越關注環境問題。在我國眾多的環境問題中大氣污染問題較為嚴重，其中因煤炭燃燒所產生的煙氣中的污染物對大氣污染較為突出，燃煤煙氣中含有大量有害化學物質，不僅會導致大氣層中污染物濃度增加，還會引發溫室效應。世界各國對氣候愈發嚴峻的問題十分關注，因此，世界氣候變化大會對碳減排目標的制定逐漸深入并細化。

我國十分重視碳減排工作，2020年首次提出：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，其中二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和的目標”。在2021年全國兩會上，“碳達峰”“碳中和”首次被寫入政府工作報告，也進一步成為網絡熱詞，進入公眾視線。李克強總理特別指出，實施金融支持綠色低碳發展專項政策，設立碳減排支持工具，要扎實做好碳達峰、碳中和各項工作，制定2030年前碳排放達峰行動方案。中國作為地球村的一員，將以實際行動為全球應對氣候變化作出貢獻。隨著我國科學技術發展，微藻固碳減排技術作為一種新型燃煤煙氣處理模式逐漸興起。微藻固態減排技術主要是利用微藻再生技能，對燃煤煙氣中有害物質進行分解，如二氧化碳、氮氧化物等，從而達到治理效果。

1 微藻固碳減排技術原理

微藻固碳減排技術主要是通過微藻生物對氣體中的污染物進行處理，如二氧化碳等。硅藻種類較多且其繁殖速度較快，可以通過自身機能吞噬水中的微生物、雜質、浮游生物作為生長養分。微藻在生長過程中需要充足的陽光來保證生長速度，污染物中有大量碳元素，且二氧化碳可以促進微藻生長。因此，燃煤企業可以利用微藻建立微藻固碳減排技術，將氣體中的二氧化碳進行溶解，利用相應容器將其進行收集并傳送到微藻溶液里，利用微藻細胞將二氧化碳進行固定，避免二氧化碳停留在空氣中污染空氣，以此減少氣體中的二氧化碳，達到固碳效果。同時可以收集有用物質轉化為微原料或者能源，形成良性循環，大幅度降低燃煤企業處理成本，提高企業經濟效益。由于微藻固碳和微藻生長情況緊密相關，因此，必須對外界條件進行調整改善，提高微藻生長速度，從而增加微藻對二氧化碳的吸附與處理作用。

燃煤煙氣中還含有部分氮氧化合物，目前，我國對于氮氧化合物的處理方式主要是利用特定儀器對其進行處理，雖然這樣可以保證處理效果，但也會間接加重能源消耗，而利用微藻固碳減排技術可以大幅度提高處理效果。微藻可以利用自身機能將碳氧化合物進行吸收，但需要注意的是，微藻將其吸收后自身形態也會出現相應改變，因此，要想保證處理質量，就盡量讓微藻吸收大量碳氧化合物，讓其自身形成相應化合物，從而達到減排效果。

2 微藻固碳減排技術發展現狀

2.1 藻種篩選

微藻對于環境要求較高，尤其是環境中的酸堿度，因此，進行微藻培養時要注意酸堿度。燃煤煙氣中含有大量酸性物質，如二氧化碳、二氧化氮等，當這些物質積累到一定程度時空氣中的酸堿度就會增加，影響微藻生長情況。一般情況下，淡水真核藻類可以在酸堿度為5～7的環境下生長，而原核藍藻需要在酸堿度為7～9的環境中生長。因煙氣中含有大量重金屬，也會對微藻的生長產生一定影響，所以在進行燃煤煙氣處理時應該選擇耐受度較高微藻。在實驗過程中，當二氧化碳在培養基中溶解以后，藻液酸堿度就會降低，藻細胞中酶活性質也會降低，在一定程度上影響了藻液光合作用，抑制微藻生長，并且藻液中細胞也會發生相應變化，如生化組分、硝酸還原酶等，這些物質活性因子都會下降，不同藻類反應程度都有所不同。大多數微藻在二氧化碳含量為1%～5%之間的環境中就可以進行生長，而一小部分微藻可以在高濃度二氧化碳下進行快速分裂，如藍藻、小球藻等。利用硅藻固態減排技術進行處理時要根據藻類品種選擇相應的處理方式，對于耐受度較低的微藻就需要先對燃煤煙氣進行預處理，形成亞硫酸堿鹽和硫酸鹽來抑制硅藻的生長[1]。

除了需要對微藻品種進行合理科學的選擇以外，還需要采取一些其他的措施，例如，對煙氣進行適當稀釋，降低煙氣中污染物濃度，或者對微藻進行馴化培養以提高生存率，讓其能夠適應煙氣中的酸堿程度，通過自身生長來降低煙氣中污染物。對于條件允許的區域，相關部門還可以對微藻進行基因改造，利用物理、化學誘變技術，讓微藻產生突變并適應煙氣中的環境，從而達到減排效果。

2.2 光生物反應器

光生物反應器可以為微藻創造良好的生長環境，因為微藻達到生長要求需要進行光合作用，所以光生物反應器就顯得尤為重要，它會為微藻提供相應物質如光照、二氧化碳、營養物質等。光生物反應器根據形態不同可分為開放式和封閉式，不同形態的反應器都存在一定的優點和缺陷。例如，開放性光生物反應器結構較為簡單，對于操作人員要求較低，并且處理成本較低，但占地面積大，可控性能差，容易滋生細菌，會導致原生物出現污染，影響處理效果。而封閉式光生物反應器則完全相反，其占地面積較小，污染性較低并可控性高，但其結構以及操作難度都較大并且成本較高。因此，一般情況下開放式光生物反應器主要是進行工業化培養，封閉式是在實驗室和小規模培養中應用。光生物反應器對微藻細胞光能利用率和二氧化碳有著緊密聯系，其設計合理性、科學性將會直接影響微藻培育情況，所以必須對其進行優化、改良，讓光生物反應器能夠培育出更多優質的微藻，為后續燃煤煙氣處理提供基礎。最近幾年，隨著聚乙烯、聚四氟乙烯材料的廣泛應用，光生物反應器逐漸向著袋式反應器發展，袋式反應器可以大面積節約處理空間，降低處理成本，并且較為便利，可以隨意進行折疊移動，大幅度提高微藻的生存率。

2.3 曝氣方式

燃煤煙氣中的二氧化碳是決定微藻固碳減排技術重要因素之一，但二氧化碳擴散率較低，因此需要采取一定的技術措施，增加二氧化碳與微藻之間傳輸效果。根據雙膜理論，可分為不同階段：首先二氧化碳通過細胞中主流區傳遞到附近薄膜區，再經過氣液界面擴散到薄液膜區，最后經過液相主流區到達氣液界面，以此為微藻后續生長提供相應能源。二氧化碳在進行傳遞過程中需要跨過薄氣膜、薄液膜，也會產生較大阻力，同時二氧化碳傳遞速度還和其他因素有關，如傳質系數、傳質面積，氣體成分等。實際工作中可采用曝氣機對藻液進行處理，如攪拌、混合，減少氣液膜之間阻力，讓二氧化碳能夠快速進入到硅藻細胞中，提供相應能源。曝氣機結構對氣泡有直接影響作用，如上升速度、氣泡分布、混合速度等，讓小氣泡在生長過程中可以將其面積延伸，減少其上升速度與混合時間，為二氧化碳傳輸留足相應時間[2]。

3 結論

總之，微藻固碳減排技術作為一種新型燃煤煙氣處理技術，對我國環保事業的發展和實現“碳達峰”、“碳中和”的目標有著極為重要的促進作用。利用微藻固碳減排技術可以大幅度提高燃煤煙氣處理效果，使空氣質量得到改善，為社會大眾日常生產、生活提供相應保障。但微藻固碳減排技術很容易受到外界因素影響，所以需要對此進行深入研究，為燃煤煙氣綠色減排提供新思路，為我國全面落實可持續發展目標奠定良好基礎。