随着化石能源的耗竭以及温室效应的日益显著，寻找更为节能和环境友好的污水处理工艺变得更为迫切。废水中氮磷过剩是引发水体富营养化的主要原因之一。这些氮磷是细菌、真菌和微藻可以利用的营养物质。微藻废水处理是环境可持续的绿色工艺，探索藻菌共培养降解废水污染物的协同代谢调控机制具有科学意义。传统的废水处理通过硝化和反硝化作用，把废水中的污染物转化成无害的化合物。虽然处理废水中的碳、氮和磷效率很高，但是需要补充能量，营养物质也会损失。传统的废水处理过程非常复杂，过程控制难度大，还会造成温室气体排放。利用微藻进行废水处理，既能降低能耗，又能促进氮磷等营养物质的循环利用。微藻废水处理包括藻类塘、活性藻和固定化藻等形式。藻菌共生污水处理技术在20世纪50年代由Oswald等率先提出，逐步发展为高效藻类塘技术，该技术通过增加搅拌等使得塘中藻类的生长得以强化，在藻类和细菌的协同作用下，有机物、氮、磷和其他污染物的去除效率得到大幅提高。相比于传统污水处理中以细菌和原生动物为主体的活性污泥来说，藻类的蛋白质含量高，收获后可用作动物饲料或饵料。
近年来，微藻废水处理在农业、工业和城市废水的处理中有了新的探索。本文中，笔者综述微藻废水处理中的藻种选育、藻菌共培养、藻菌絮体、过程集成、可持续开发和技术经济评估等问题。
1、微藻在废水处理中的应用
微藻可以处理农业、工业、城市等多个来源的废水。这些废水中COD、总氮(TN)、总磷(TP)、总有机碳(TOC)和重金属等污染物的含量千差万别，排放标准也不尽相同。为更有针对性地处理这些废水，去除主要污染物，目前已经有了一些成功尝试，详见表1。
1.1 农业废水处理
为满足对蛋白和水产品的需要，全球范围内的水产养殖业规模逐步扩大，产生的农业废水也在逐年增加。室外开放培养微藻保持严格无菌是困难的。Halfhide等研究发现，微藻无菌和有菌处理水产废水的生物量都可达0.35g/L，硝基氮(NO3-)去除率也都大于95%，但是无菌条件下COD去除率只有25%～30%，而有菌处理条件下可以达到75%以上。鱼菜共生是生态化的农业生产系统。在鱼菜共生系统中鱼会产生粪便等进入水体，Addy等加入小球藻和鱼形成一个动态平衡，稳定pH在7，氨氮(NH4+)和亚硝酸盐都可以有效去除，结果也证明，微藻比蔬菜对氮去除效果好。Xu等在养鱼废水中加入微藻，COD、TN和TP去除率达50%以上。养猪废水中的TN1356mg/L，TP63.5mg/L，Ganeshkumar等用微藻直接处理养猪废水，TN去除率仅有40.88%，TP去除率3.1%。将养猪废水和酿酒厂废水按体积比20∶80混合后，6～10d后TN去除率89.36%，TP去除率56.56%，微藻含油50%。微藻处理农业废水潜力巨大，需要结合各地实际情况，从生态农业和循环经济角度出发，做好藻种选育、工艺优化和产品开发工作。
1.2 工业废水处理
采用成熟的液体培养基可以保障微藻快速生长，但是工业废水中的成分与传统培养基还有很大差别。Hyu等发现，如果不添加其他成分，混合微藻处理能完全清除动物粪便废液、沼渣废液和纺织废水中的磷，但是氮的去除率分别仅有72.3%、16.7%和70.1%。其中，混合微藻在纺织废水中的生长最好，但是生物量仅有0.4g/L，这限制了微藻对氮的进一步利用。Gao等研究发现，海鲜加工废水中的TN为120mg/L，经微藻处理45d后可以较好去除，如果经过曝气或稀释，处理时间能缩短至19d。Memon等发现制糖废水中的COD可达16g/L，小球藻和恶臭假单胞菌能去除其中的55%。如果再加入0.08g/L的聚丙烯酸酯多元醇，COD去除率能达到80%。Solovchenko等发现酒精蒸馏废水的COD高达20g/L，经过预处理，将pH调控至6～7，对之后的废水处理至关重要。传统的厌氧硝化废水处理后产生大量活性污泥，需要处理。Ge等在微藻培养体系中加入4种浓度的活性污泥浓缩液，处理50d后TN、TP和COD的去除率都大于90%。需要注意的是，Ren等发现，随着活性污泥浓缩液浓度的提高，微藻油脂含量下降到10.2%。如果在实际活性污泥浓缩液中再加入1g/L的废甘油，生物质产率能达到0.46g/(L·d)，油脂含量能达到27%，污染物的去除率均大于86%。但是加入甘油质量浓度大于1g/L，微藻生物量和污染物去除率均大幅下降。如果不加甘油，COD和TP的去除没有显著差异，但是TN去除率降低到77.2%。Daneshvar等发现藻种选择在废水处理中也很关键，同样处理乳业废水，栅藻能去除86.21%以上的TN和TP，海洋扁藻仅能去除44.92%的TN和42.18%的TP。除了COD、TN和TP等指标外，工业废水还包括重金属离子和有毒有害化学品等成分，需要多个步骤进行净化。微藻可以作为整体工艺的一个环节，可以提高工业废水效率。
1.3 城市废水处理
城市废水的组成与工农业废水有差异。一般来说，城市废水经过一级处理后，可以通过微藻进行深入处理。比如，Wang等进行城市废水一级处理后，TN和TP质量浓度分别从20～80mg/L和3～7mg/L降低到5～30mg/L和0.2～3mg/L，再用传统方法处理需要耗费能量，也难以继续去除废弃物，而利用微藻就可以达到净化目的。食品废弃物厌氧消化废水中COD和NH4+均较高，Cheng等发现通入15%CO2可以促进小球藻生长和污染物的去除，同时，用臭氧进行前处理比用曝气进行前处理对COD、TN和TP的去除更有效。Katam等直接从湖中采集的混藻也对餐厨废水中的TN、TP和总有机碳(TOC)有大于85%的去除效果。
1.4 含农药和抗生素等的有害废水处理
工农业废水以及城市废水中可能均含一些有害物质。这些物质含量不高，但是持续累积会对环境和人类健康造成危害，比如农药、抗生素等。微藻去除废水中有害化合物的机制包括降解或吸附。水培番茄废水中含有多种杀虫剂，包括甲霜灵、嘧霉胺、芬太尼、碘普利酮和三氯吡啶。虽然栅藻和小球藻均能快速去除这些杀虫剂，但是嘧霉胺仅仅是吸附在微藻表面，而其他杀虫剂均是被藻完全分解。抗生素一般对藻类具有细胞毒性。在废水中抗生素也会发生光解和水解。比如，Guo等用小球藻、衣藻和麦可藻(Mychonastes)能在150h后去除废水中的头孢类抗生素7氨基头孢菌素酸，除了光解和水解外，3种微藻的吸附发挥了重要作用。如果仅凭光解和水解，去除7氨基头孢菌素酸需要300h。结合光降解和吸附，Norvill等用高速藻类塘处理含100μg/L四环素的城市废水，其中四环素的去除率可达93%～99%。Hom-Diaz等用室外1200L的光生物反应器处理包含大量药物化合物的废水，对抗炎药物(布洛芬、对乙酰氨基酚、水杨酸和可待因)的去除率可达98%，对利尿剂氢氯噻嗪的去除率84%，呋塞米则能够完全去除，抗生素类化合物(阿奇霉素、环丙沙星、氧氟沙星和红霉素)的去除率只有48%，精神药物氯拉西泮等的去除率在30%～57%。炔雌醇是一种激素，Cheng等补充15%CO2培养小球藻PYZU1处理含炔雌醇的废水220h后，5mg/L的炔雌醇去除率达到94%。在实验室规模的膜生物反应器中，小球藻能去除85.6%的羟氨苄青霉素。Shi等研究发现，如果小球藻处理后，再加来源于湿地沉积物或活性污泥的菌处理，羟氨苄青霉素的去除率能达到99%。废水中的抗生素、杀虫剂和化学杀菌剂如果含量高过微藻耐受极限，将抑制微藻生长，甚至造成微藻死亡。如果微藻能完全降解这些抗生素类物质，收获的微藻生物质还可以开发为生物燃料。如果只是吸附在藻体内，可以考虑将藻热解后利用。
2、微藻废水处理的关键问题
2.1 藻种选育
废水是一个复杂的体系，其中如果含有高浓度氨氮和其他有毒有害物质，都会形成环境压力，影响甚至抑制藻类生长。废水处理一般在室外进行，温度和光照等环境条件均会在不同时间尺度上产生波动，也需要微藻能适应这些环境条件的变化。一般来说，微藻处理有害物质要经历生物富集和生物转化两个步骤，前提条件是能耐受这些有害物质对藻类产生的影响。苯酚等浓度是工业废水排放中的重要检测指标。Cheng等研究发现，每克小型黄丝藻(Tribonemaminus)能去除449.46mg苯酚。初始苯酚质量浓度为700mg/L时，培养6d后，苯酚去除率80%。二嗪农(Diazinon)是典型的杀虫剂。Kurade等研究发现，如果水体中二嗪农的质量浓度只有20mg/L，12d后小球藻可以脱除94%的二嗪农。但是，当水体中二嗪农的质量浓度达到40mg/L，小球藻的生长就会受到明显抑制，脱除率也会降低。多溴二苯醚是阻燃剂，在使用中会被释放到水体。多个国家水体中都检测到多溴二苯醚。Wang等研究了9个藻株发现，有4个可以耐受600μg/L的多溴二苯醚，其中1株小球藻的7d脱除率可以达到82%～90%。同时，他们发现500～700mg/L的苯酚会抑制小球藻生长，并且不会得到有效降解。
一般来说，废水处理的藻株是从环境中筛选得到。清华大学胡洪营教授团队的Zhang等利用Biolog方法高效筛选可以异养的微藻，筛选得到的小球藻和栅藻可以利用20余种有机底物。这些微藻可以利用废水中的有机底物生产生物燃料。
微藻的基因工程改造还有一定难度。适应性进化可以不通过基因工程手段定向提高微藻对环境的适应能力。适应性进化的常用方法是培养微生物到达一定的指标(细胞密度、生长速率或底物消耗等)后进行传代培养，不断重复这个过程直至代谢表型不再变化。目前已经有应用适应进化手段强化微藻代谢表型的研究。例如，Wang等研究发现，适应进化后的小球藻不但能够耐受500～700mg/L的苯酚，在第7天时，500mg/L的苯酚可以完全降解，700mg/L的苯酚也能降解到100mg/L左右。微藻适应性进化的机制可以通过组学数据等加以分析。如何提高进化效率是关键技术问题之一。
2.2 藻菌共培
养藻菌共培养进行废水处理是目前的研究热点。除了藻菌选择，合理安排工艺路线，设置工艺参数也是非常关键的，包括水力停留时间、光照循环、通气速率、稀释倍率和固定化等。Posadas等考察了藻菌生物膜反应器和普通细菌生物膜反应器处理城市废水的能力。藻菌生物膜反应器对碳、氮和磷的去除率分别达到91%、70%和85%。碳去除率比普通细菌生物膜反应器高1倍，而且普通细菌生物膜反应器不能去除磷。需要注意的是，藻菌生物膜反应器的水足迹有0.5～6.7L/(m2·d)，比普通细菌生物膜反应器要高。在厌氧发酵微藻废水处理的两段法工艺中，如果微藻废水处理后的生物质循环到第一段，可以显著提高藻絮体的含量，那么第二段废水的排除液体中总悬浮固体颗粒的含量降低，能满足欧盟的排放标准。如果停留时间是2d，TOC、无机碳和TN的去除率分别可达86%～90%、57%～98%和68%～79%。
水力停留时间是比较关键的操作参数。Arcila等研究发现，水力停留时间短，废水处理量大，但是处理效果未必能达到要求。如果水力停留时间是2d，藻菌聚集体处理城市污水中的COD、NH4+和TP的去除率都在9%～12%。如果水力停留时间达到6d，COD、NH4+和TP的去除率分别为92%、96%和29%。如果继续增加水力停留时间到10d，TP的去除率能提高到49%。
光暗循环也是微藻废水处理中的重要参数。同样处理城市污水，Lee等比较了12h∶12h光暗循环、12h∶60h光暗循环以及12h∶60h光暗循环12h∶12h光暗循环两段法这3种工艺，两段法的微藻生物量产率和油脂产率均最高，分别为282.6和71.4mg/(L·d)，COD、TN和TP的去除率分别为92.3%、95.8%和98.1%。
另外一个重要的参数是通气速率。Tang等研究发现，藻菌共培养系统在低通气速率(0.2L/min)时处理生活污水的NH4+、TN和TP去除率高于活性污泥法。通气速率增加，水力剪切力提高，不利于藻类生长。
在藻菌共培养中，藻和菌的选择都是非常关键。为了去除NH4+，加入硝化细菌后，NH4+去除速率从单纯的藻类培养的44mg/(L·d)提高到100mg/(L·d)。使用藻菌共培养处理焦化废水，其中的苯酚能够完全降解，而单纯藻类培养只能去除27.3%。同时，藻菌共培养的NH4+去除率和油脂产率也是单纯藻类培养的2.3倍和1.5倍。藻类的回收在操作成本中占有较大比例。同时固定化恶臭假单胞菌和小球藻比单菌、纯藻、固定化单菌和固定化纯藻处理废水NH4+、TP和COD去除率都要高，藻菌共培养18h后，城市废水中的NH4+和TP均可完全去除，纯藻或固定化纯藻只能去除80%的NH4+和73%的TP，而单菌和固定化单菌仅能去除30%～40%的NH4+和15%的TP。为了处理加拿大某工业园区的废水，Belanger-Lepine等考察了营养胁迫(氮、磷、铁)、培养模式(自养、异养和兼养)、盐度、pH和废水来源对油脂合成的影响。在这些条件中，pH为7时，油脂含量能达到28%。Iasimone等在400L的跑道池反应器中共培养圆红冬孢酵母和小球藻(接种比例1∶2)处理城市废水，TN去除速率2.9mg/(L·d)，TP的去除速率0.96mg/(L·d)，14d后，油脂含量15%。为了形成稳定的藻菌处理废水，环境条件需要优化。为了处理沼渣废液，Jiang等设置温度25℃，混合固体悬浮颗粒质量浓度7g/L，溶氧5mg/L，水力停留时间6h，微藻接种密度0.5mg/L，微藻生物质产率85.14mg/(L·d)，油脂产率20.19mg/(L·d)。Liu等将藻活性污泥共培养6h后，TN和TP的去除率分别为50.4%和35.7%，而好氧活性污泥法的TN和TP的去除率分别为32.8%和25.6%。β雌二醇是典型环境污染物，Parlade等利用藻菌共培养室外光生物反应器处理含β雌二醇废水，在合适季节去除率大于93.5%，在温度和光照都不利的条件下，24h的去除率也有50%。其中，小球藻发挥的作用最大。藻菌共培养中，藻菌之间的相互作用对微藻生长和废水处理都有显著影响。Pastore等以小球藻和缺陷短波单胞菌共培养为研究体系，发现单胞菌更能去除废水中的有机质，并将氮转化成氨，而小球藻在去除氮和磷方面更有利。
合理构建藻菌的互利共生关系至关重要。受菌种、藻种和环境因素影响，藻菌之间可能存在互利共生或者竞争关系。微藻消耗一部分小分子有机物，固碳释放O2。释放的O2有利于好氧菌代谢，释放的小分子有机物和CO2可以被微藻利用。微藻排放的抑菌物质和对培养基pH的影响可能都会对细菌不利。微藻分泌的胞外多糖等可以促进细菌等生长。部分细菌也会产生能促进微藻代谢生长的促进因子。随着污水中可生化降解有机物增加，微生物大量繁殖，有些细菌代谢产物大量累积对微藻也是不利的。藻和菌的接种密度是构建藻菌体系的关键参数。目前建立的藻菌共生组合包括微藻细菌共培养、微藻真菌共培养和多藻多菌共培养等。在富含营养的废水中，藻菌的共生关系比较脆弱。为强化藻菌共培养的稳定性，强化采收的效率，已经建立了一些固定化和生物膜的藻菌共培养系统，并用于生活污水、工业废水和市政废水的处理。
2.3 藻菌絮体
微藻废水处理的50%的成本都集中在微藻采收阶段。由于光生物反应器中微藻密度低，离心法采收微藻，能量损耗大。如果添加絮凝剂或者固定进行微藻采收，还需要二次处理，也可能影响微藻的进一步应用。部分真菌可以辅助藻类絮凝。在自然环境中，一些微型绿藻能够和蓝藻、真菌和细菌等形成絮状结构。建立藻菌絮体(microalgalbacterialflocs，MaB-flocs)，充分发挥微藻和细菌等的优势，再加上其具有采收方便的特点，是非常有潜力的废水处理方法。藻菌絮体处理工业、农业废水中都取得了一定效果，并在室外12m3的跑道池中也进行了中试。目前，藻菌絮体多是从自然界获得，如何在实验室有效构建藻菌絮体还有待研究。藻菌絮体中藻类并非单一藻种，这些微藻在实际应用中能否维持稳定的群落结构也不能够确定。表2中，笔者比较文献报道的藻菌絮体处理废水中的情况，TN去除率19.7%～76.5%，废水处理效果需要进一步强化。
2.4 工艺集成与光生物反应器选择
废水的成分非常复杂，单一工艺往往不能满足处理需要。对微藻废水处理来说，光生物反应器的选择也非常重要。微藻能够处理的废水中COD不能太高，同时长时间培养微藻可能产生新的有机物，使得废水中的COD又再度升高。要想获得处理废水的最佳效果，需要在工艺上进行集成，选择合适的反应器也是关键的技术问题。一种是分为两段，分别通过微藻和活性污泥进行废水处理。Ren等提出两段法处理高强度有机废水，第一段用哈尔滨产乙醇杆菌暗发酵产H2，发酵产物主要是乙酸。再在第二段中用栅藻进行异养培养处理含乙酸废水，生物量达到1.98g/L，油脂含量达到40.9%，能源转化效率从单段的18.6%提高到37.4%，COD去除率提高了131%。多数研究是将微藻和活性污泥共培养进行废水处理，当然有些需要先经过活性污泥的预处理。
为了减少废水中污染物对微藻的负面影响，Chang等提出了一种环形离子交换膜反应器。废水经过离子交换膜后进入藻类培养反应器，再处理营养过剩废水、高浊度废水和重金属离子废水。微藻的生物量可以分别从传统光生物反应器的2.34、2.15和0g/L，提高到4.24、3.13和2.04g/L。藻类生物膜反应器的突出特点是微藻采收容易。生物膜中的生物包括蓝藻、绿藻、硅藻、细菌和真菌等，不同的生物膜，处理性能也有很大差异。生物膜中的微藻是兼养培养，充分发挥微藻的作用，有利于废水处理。在活性污泥处理和微藻处理之后再加1个紫外消毒工艺，可以去除部分微生物，如果对水中微生物有特殊要求可以尝试。Ma等提出了1种新颖的微藻燃料电池处理稀释的废水，以有生物膜的不锈钢网作为阴极和过滤材料，生物量能达到3.5～6.5g/L，输出电流密度可以达到200mA/m2。Zhang等在跑道池中竖立平板式光生物反应器，构建立体藻类生物膜反应器，可以提高藻类生物量和污染物去除率，降低生产成本。光生物反应器的设计还需要提高光能利用效率，降低生产成本，满足大规模微藻培养的需要。
2.5 废水中营养物质的调整
一般来说，很难把废水直接用来养藻，主要原因就在于废水的营养成分未必适合藻类生长。藻类生长需要的氮、磷、硫及微量元素在废水中不一定都能满足藻类生长需要。此外，废水中的某些成分过高，也不利于藻类生长，因此需要稀释。比如，Yao等研究发现，某二级处理市政废水中TP只有0.424mg/L、TN39.85mg/L，远远低于BG11培养基中的氮和磷的量。而养猪废水中氮和磷浓度(TN633mg/L、TP61.53mg/L)又过高，需要稀释。如果把养猪废水和二级处理市政废水按照体积比1∶3混合，小球藻能去除88%的TN、全部NH4+和TP。啤酒厂废水也存在氮、磷及微量元素不足的问题。Zheng等发现，如果将养猪废水和啤酒厂废水按照1∶5混合，小球藻能去除100%的NH4+、96%的TN和90%的TP。
有时，废水中含有重金属元素和高浓度的NH4+。然而铁、锰、锌、钼、铜和钴等重金属元素是微藻生长所需的微量元素，如果废水中缺失这些微量元素，生长和某些生理活动也会受到限制，因此需要补充。而各种废水中也可能含有镉、铬、汞和铅等重金属元素，但是他们不是微藻培养基中的成分，如果这些重金属元素含量超过一定限度将极大影响藻类生长，甚至导致微藻死亡。同时，重金属在一定程度内可以吸附到微藻表面或者富集到微藻体内。因此，需要根据富集的重金属具体情况，选择合适的途径处理微藻，并需要注意这些重金属的回收。
NH4+是微藻可以利用的无机氮源，但是高浓度NH4+将抑制微藻生长。为了降低NH4+的毒性，可以选择对废水进行稀释。但是稀释后废水中其他营养成分的浓度也会显著降低，对微藻的生长也是不利的。目前可能的处理方法包括先气提处理、优化碳氮比、加入硝化细菌或流加培养等。家禽养殖废弃物厌氧硝化废水中NH4+质量浓度达到4315mg/L。对多数微藻来说，这样的NH4+浓度超过了微藻可以耐受限度。Markou采取流加培养模式，NH4+去除率可达95%。需要注意的是，在低流加速率(5或10mg/(L·d))条件下，钝顶节旋藻(Arthrospiraplatensis)的生物量低于高流加速率(20或30mg/(L·d))的生物量，而在这4个流加速率下，小球藻的生物量差别不大。说明对钝顶节旋藻来说，低流加浓度的营养不能完全满足生长需要。无粪便养猪废水中NH4+有220mg/L，Lu等加入α酮戊二酸能有效促进NH4+的同化，但是价格昂贵，利用效率低。如果碳源换成葡萄糖、柠檬酸或者NaHCO3，也能起到强化去除NH4+的效果。Zheng等先用汽提脱氨，再用生物柴油生产中废甘油为碳源，调控小球藻生物脱除废水中污染物，其中NH4+质量浓度在55或110mg/L，碳氮比5∶1或25∶1时、pH控制在7时，NH4+可以完全去除。Wang等提出微藻去除NH+4的三段处理工艺，第一段加氮兼养培养3d，第二段缺氮兼养2d，第三段加NH4+自养5d，NH4+的平均去除速率为4.2mg/(L·d)。
2.6 可持续综合开发
微藻废水处理过程的固定投资和运行成本较高，为了提高其技术经济性，有必要进行综合开发，提高技术的可持续性(图1)。
经过废水处理后，水体中微藻的生物量增加，得到的微藻是可以利用的生物质资源。微藻废水处理能够和CO2捕获和生物燃料生产集成在一起。CO2是微藻光合作用所需的碳源，有些研究尝试微藻固定烟道气中的CO2，更接近实际应用。但是如何提高固碳效率是核心问题。在连续通气条件下，固碳效率可能只有2%。大量的烟道气并没有得到有效利用。为了达到废水处理、CO2捕获和生物燃料生产的多重目的，废水组成还要合理配置。一般城市废水中的氮、磷等营养物质可以满足微藻生长需要，但是氮磷比例未必适合生物燃料的生产。这就需要因地制宜地选择不同来源的废水，按照生产需要，设置配比，实现多目标最大化。废水的来源影响微藻的收获以及进一步开发利用。一般来说，农业废水不含有毒害物质，得到的微藻可以用于生物肥料的研发。处理梭鲈养殖废水后得到的藻菌絮既含有一定营养成分，又含有一定灰分。vandenHende等添加2%～8%的藻菌絮体到虾的饵料中，虽然明显提高了饵料的红黄色泽，但是不影响虾的产量和品质。Renuka等使用常规化肥，配比单细胞藻(小球藻、栅藻、色球藻或绿球藻)或者纤毛藻(纤毛藻、念珠藻、费氏藻或水绵)作为小麦的肥料，其中氮肥用量减少25%，全株质量提高7.4%～33%，穗质量提高10%，千粒质量提高5.6%～8.4%。鱼腥藻可以有效去除养鱼废水中的NH4+和硝酸盐，但是去除硝酸盐效果不佳，收获的鱼腥藻为肥料可以提高绿叶菜(芝麻菜、苋菜和小白菜)的产量。农业沼气中含有大量的CO2，是微藻培养需要的底物。工业废水一般含有重金属离子等，不适合作为肥料，但可以作为生物质气化或催化转化的原料。Wieczorek等优化底物接种浓度、温度和前处理方式，酶催化转化收获的藻菌絮体，每克挥发性固体最多能产生271mL的沼气。将生物沼气通入到微藻培养光生物反应器，微藻能够完全利用沼气中的CO2，生物量得到提高，NH4+和TP的去除率也得到改善。但是，传统废水处理中有些挥发性有机物难以去除，能耗也高。
2.7 技术经济分析和风险评估
随着技术的发展，微藻废水处理过程中的技术瓶颈也在变化中。根据不同工艺进行技术经济性分析有助于综合评估工艺的优缺点。Mata等分析了微藻处理啤酒厂废水并制备生物柴油的技术经济性，结果表明，微藻收获和油脂分离是主要的技术瓶颈。Sfez等对藻菌絮体处理水产养殖废水在中试规模(28m2)和假定的工业规模(41个池子，每个池面积245m2)做了全生命周期分析。在工业规模，将藻菌絮体开发成虾饵料比生产沼气更具经济性，但是能耗还需要进一步降低。藻菌絮体处理每吨水产养殖废水和食品工业废水的成本在0.25～0.5欧元，投资成本与跑道池混合处理工艺相比仍比较昂贵。综合评价藻菌絮体废水处理后开发成肥料、虾饵料、藻胆蛋白和沼气的经济性，开发成饵料经济性较好，但是最有潜力的是生产藻胆蛋白。Diaz-Garduno等对西班牙废水中的53种有害化合物进行了包括微藻废水处理技术在内的不同过程的评估。吐纳麝香、麝香草胺和氧氟沙星作为香精和抗生素中的代表，很难降解，需要给予关注。微藻处理这些环境风险化合物时具有很强的种属特异性，在可行性实验中就需要筛选对这些物质能更高效去除的藻类。
虽然20世纪50年代末就提出了微藻废水处理，但是至今还没有工业化的大规模应用。除了废水处理的效率外，系统的稳定性(鲁棒性)也是关键问题。高效采收微藻可以降低生产成本，提高综合利用效率，能够进一步提高技术的经济性。为完成废水处理任务，需要一定的微藻生物量，按照目前常规的微藻产率，需要大面积的土地用于放置光生物反应器。在很多区域，土地成本很高，从这个角度来看，微藻废水处理的技术经济性不被认可。此外，即使微藻废水处理能取得不错的效果，但可能的环境风险也需要详尽评估。虽然香精和抗生素的浓度不高，但是需要处理的废水量大，持续累积仍然会对环境造成危害。
3、总结与展望
微藻废水处理还需要重点发展高效低耗的高强度生活污水、农业养殖废水和典型工业废水的生态治理技术，通过藻菌共生促进富含碳、氮、磷、硫及重金属等污染物的防治与资源化利用，探索藻菌共培养体系内碳、氮、磷、硫、重金属等污染物的富集或降解机制以及协同降解机制，构筑生态化废水处理新方法，降低停留时间，提高废水处理效率，实现系统内的自维持与自更新。
微藻废水处理是有潜力的绿色技术。需要针对不同废水的处理需求，选择合适的藻种(及菌种)和工艺，进一步提高废水处理效率。目前，多数研究还停留在实验室阶段，需要更多中试规模以上的实验数据，发现新的技术瓶颈。需要从污染物处理效率、过程能量需求和经济性等多方面考察新的微藻废水处理工艺，重视基于微藻的产品开发，提出可持续开发路线，推动微藻废水处理的更广泛应用。(来源：国投生物科技投资有限公司，南京工业大学 药学院)