综述：微藻生物精炼厂废物增值策略的全球综述

这篇综述系统梳理了2020-2025年间微藻（microalgae）介导的废物增值策略，涵盖食品废物（FW）、工农业废水等多元废弃物的资源化利用，提出通过生物精炼（biorefinery）模式同步实现污染物处理与高值生物产品（如生物柴油、单细胞蛋白SCP、生物刺激素）生产，为循环经济（circular economy）提供创新解决方案。

　　

引言

全球废弃物危机催生了微藻技术的崛起。这些光合微生物不仅能高效处理食品废物（FW）、畜禽废水等复杂基质，还能将污染物转化为生物燃料和高值化学品。传统填埋和焚烧方式因温室气体（GHGs）排放和资源浪费逐渐被淘汰，而微藻凭借其代谢多样性——如吸收氮（N）、磷（P）和重金属的能力，成为“变废为宝”的核心媒介。

文献综述：微藻介导的废物增值与生物修复

食品废物增值：从残渣到能源与营养

食品废物（FW）通过微藻实现多路径转化：

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  能源生产：脂质颗粒（LRP）作为天然絮凝剂，提升微藻采收效率至92.7%，同时将生物柴油产量提高48.6倍。厌氧共消化技术使沼气产量达407.3 L/kg挥发性固体（VS），甲烷占比70.9%。

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  单细胞蛋白（SCP）：利用食物废渣消化液（FWD）培养Chlorella sorokiniana，优化碳氮比（C/N=5）后生物量达2.5 g/L，蛋白质含量超40%。豆腐乳清协同处理进一步降低66%培养成本。

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  创新系统：藻-菌微生物燃料电池（ABMFCs）处理FW液化液，同步实现96.98%有机物去除、1.47 g/L生物量产出和1.500 W/m³发电量。

工农业废水处理：净化与资源双赢

微藻对复杂废水展现出卓越修复能力：

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  重金属吸附：Dunaliella salina在38分钟内去除93%铬（Cr）。

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  养分回收：微藻-真菌共生系统处理养猪废水，总磷（TP）、化学需氧量（COD）去除率分别达96.9%和88.5%，生物量产量提升至2.33 g/L。

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  能源联产：微生物燃料电池（MFCs）耦合微藻处理猪粪浆，同步回收100%铵态氮（NH₄⁺-N）并产生153 mW·m^-2电能。

特种应用：跨界融合与新材料开发

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  共热解技术：微藻与塑料（PS）共热解使生物油产率从45.58 wt%跃升至67.36 wt%，芳香烃含量显著提升。

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  贵金属回收：UiO-66-NH₂/壳聚糖-微藻复合体对电子废料中金的吸附量达671 mg/g。

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  绿色絮凝剂：鱼骨衍生的生物絮凝剂对Chlorella vulgaris采收效率达97.65%。

未来研究方向

1. 1.

   过程强化：开发耐逆藻株，优化混合营养培养模式，整合人工智能（AI）预测生物量增长（ANN模型R²=0.9897）。

2. 2.

   产物多元化：从藻渣中提取乳酸（33.9%产率）和乙酸（35%产率），拓展生物塑料（PHA）生产。

3. 3.

   系统评估：生命周期评价（LCA）显示微藻废水处理系统的全球变暖潜能（GWP）为8129 kg CO₂-eq/吨干藻，需通过光伏供电进一步减排。

结论

微藻技术正从实验室走向产业化，其“一石多鸟”的特性——同步解决污染治理、能源短缺和资源循环问题，使其成为可持续未来的关键拼图。随着工艺优化和政策支持，微藻驱动的循环经济模式有望重塑全球废物管理格局。