在對灰霾天氣的治理中，我們面臨一個困難：脫硝。對我國華北地區(qū)霧霾成因的機理研究揭示，硫氧化物和氮氧化物是主要元兇。其中，二氧化氮將二氧化硫氧化生成硫酸鹽，對PM2.5顆粒的形成有顯著貢獻，而這一氧化反應的速率又隨pH值上升而大幅提高。目前，工業(yè)生產中的脫硝技術主要是利用氨與氮氧化物進行反應生成氮氣。但是，氨由氮氣和氫氣合成，本身要消耗能量、產生污染，與氮氧化物反應重新生成氮氣，又使投入的能耗化為烏有。不僅如此，在用氨水進行脫硝反應時，過量的氨進入大氣，增加堿性成分、提高pH值，反而會加速霧霾的形成。這就是我們面臨的治霾脫硝之困。
有沒有新的技術路徑可以解決這一問題呢？生物脫硝或可提供答案。其中，利用微藻發(fā)酵脫除氮氧化物的方法大有可為。不僅能夠避免過量氨對大氣的污染，反應生成的生物質還能作為動物飼料添加劑，帶來經濟效益。
微藻是一類單細胞或多細胞的微小光合生物，一般利用太陽光能進行光合作用、生長繁殖，但也有一些種類能夠利用葡萄糖等有機碳源進行高密度發(fā)酵生長，也就是異養(yǎng)生長。工業(yè)尾氣中的氮氧化物可以在適當條件下與水反應生成硝酸根、亞硝酸根，作為微藻生長所需要的氮營養(yǎng)。依靠太陽光能生產微藻要占用大量土地，因此難以用于工廠的尾氣處理，但利用微藻發(fā)酵技術則使單位面積生物量產率提高上千倍，從而有可能在廠區(qū)有限的面積進行生物脫硝。
為實現(xiàn)微藻脫硝技術，有三個關鍵問題需要解決。其一，需要把工業(yè)尾氣氮氧化物固定與微藻發(fā)酵過程相分離，以保證尾氣處理的高效率和可靠度。其二，需要建立微藻利用硝酸根、亞硝酸根規(guī)?；l(fā)酵生產的技術。其三，需要找到微藻產品的產業(yè)出口。
中國科學院水生生物研究所與中國石化石科院合作，逐步解決了以上問題。針對第一個問題，中石化的科研人員建立了氧化條件，將尾氣中的氮氧化物高效固定、轉化為稀硝酸供微藻培養(yǎng)之用。為了解決第二問題，科研人員篩選獲得可以完全不用光照進行異養(yǎng)發(fā)酵的藻種，建立以硝酸鹽為氮源的發(fā)酵模式，實現(xiàn)了十噸規(guī)模發(fā)酵的成功。為了驗證第三個問題，中科院科研人員以微藻作為魚類飼料添加劑，證明可提高魚類生長、體色等指標，具有良好應用前景。
據估算，我國每年排放的氮氧化物約為兩千萬噸，利用微藻發(fā)酵技術即可獲得解決。理論上說，只要對其中的一千萬噸進行固定、利用，可產出約五千萬噸微藻，不僅能大大緩解氮氧化物排放問題，還可滿足水產行業(yè)對飼料添加劑的需求，因而具有切實的應用前景。
