综述：迈向循环经济：微藻基乳清废水生物修复的整合方法及工业化放大挑战

这篇综述系统探讨了微藻（microalgae）在乳清废水（whey wastewater）处理中的生物修复潜力，提出将微藻与传统活性污泥（AG）或厌氧消化（AD）工艺整合，通过膜技术实现同步培养与分离，显著提升氮（N）、磷（P）去除效率。文章还剖析了工业化放大的挑战，包括实验设计优化、废水成分波动及微藻安全性问题，为可持续废水处理提供了科学路径。

　　

微藻：乳清废水的绿色修复工

引言
乳制品行业是全球食品加工废水的主要来源，其中乳清废水因高有机负荷（含4-5%乳糖、1-3%盐类）成为环境治理难点。传统处理方法对无机N、P去除效率有限，而微藻凭借20%的光合效率及混养（mixotrophic）能力脱颖而出——既能固定CO₂，又可利用乳清中的有机碳（C），堪称“双碳捕手”。

经典工艺的短板与微藻的突破
乳清废水处理通常依赖物理化学法或厌氧消化（AD），但AD会产生大量CO₂且无法彻底脱氮除磷。微藻通过卡尔文循环（Calvin cycle）和CO₂浓缩机制（CCM）高效固定碳，同时通过EPS吸附和磷酸转运蛋白（Pi transporters）清除磷，其N偏好顺序为NH₄⁺ > NO₃^– > NO₂^–（因NH₄⁺同化耗能更低）。

整合工艺的协同效应

• 与活性污泥联用：微藻-细菌共生系统可提升COD去除率，但面临菌藻分离难题；
• 膜生物反应器创新：将微藻培养与超滤结合，单反应器内实现废水净化与生物质回收；
• 阶梯式AD-微藻系统：AD先降解大分子有机物，微藻后续处理富N/P尾水，但需警惕CO₂逃逸。

工业化路上的“拦路虎”

1. 废水波动性：乳清成分因奶酪类型（甜/酸乳清）差异大，需开发广适性藻株如Chlorella vulgaris；
2. 安全性质疑：部分微藻产毒素，需通过基因编辑或严格筛选（如Spirulina platensis）；
3. 成本瓶颈：膜污染和光照能耗占运营成本60%，建议采用光伏耦合设计。

未来展望
通过技术经济分析（TEA）优化工艺路线，结合酸钙小体（acidocalcisome）磷存储机制选育高蓄磷藻株，或可推动微藻从实验室“小试”迈向万吨级废水处理厂——毕竟，每处理1kg奶酪副产的9L乳清，都是潜在的“藻基生物柴油”原料。