一、微藻對甲醛的降解機制與效率優(yōu)化
1. 代謝途徑與關(guān)鍵酶系統(tǒng)
微藻通過同化與異化途徑降解甲醛。同化途徑中，磷酸核酮糖代謝和絲氨酸循環(huán)起核心作用，依賴3磷酸6己酮糖合成酶和絲氨酸轉(zhuǎn)羥甲基酶；異化途徑則通過 甲醛脫氫酶（FDH） 和甲醛歧化酶催化甲醛氧化為CO?或甲酸。例如，惡臭假單胞菌在優(yōu)化條件下（30°C、pH 6.0、500 mg/L甲醛）24小時內(nèi)降解率可達(dá)98%。
2. 固定化技術(shù)提升效率
采用海藻酸鈣凝膠包埋或聚乙烯醇（PVA）海藻酸鈉復(fù)合材料固定微藻，可顯著提高生物量密度和穩(wěn)定性。例如，固定化小球藻在氣流速率1.5 L/min、入口甲醛濃度0.8 mg/m3時，去除效率達(dá)86%91%。添加活性炭的凝膠球傳質(zhì)性能提升至17.3%，優(yōu)于二氧化鈦復(fù)合材料（9.5%）。
3. 環(huán)境參數(shù)調(diào)控
碳源與氮源優(yōu)化：甘氨酸（4 g/L）使小球藻生物量增加8.2倍，乙酸鈉促進脂質(zhì)積累（12.19倍），肌醇提升多糖含量（1.4倍）。
鹽度與金屬離子：0.150.30 mol/L NaCl和0.030.06 mmol/L Fe3?條件下，誘變株Z3的油脂含量提升至最高水平。
光異養(yǎng)培養(yǎng)：光異養(yǎng)條件下小球藻的脂質(zhì)和蛋白質(zhì)含量顯著高于自養(yǎng)條件，且多不飽和脂肪酸占比增加，基因表達(dá)差異顯著（46,583個DEGs）。
二、微藻對苯系物等VOCs的降解能力
1. 典型污染物降解效率
苯酚：微芒藻（Micractinium）在500 mg/L苯酚中12天降解率達(dá)5578%，Ochromonas danica通過間位裂解途徑將苯酚轉(zhuǎn)化為丙酮酸和CO?。
甲苯與氯代烴：藻菌共生體系（如紅平紅球菌與小球藻）通過代謝偶聯(lián)提升甲苯降解效率，同時降低多組分VOCs的相互抑制。
2. 共培養(yǎng)與功能菌劑
藻類細(xì)菌共培養(yǎng)（如Rhodococcus erythropolis與微藻）可將VOCs轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)，葉綠素含量作為快速篩選指標(biāo)，Cupriavidus metallidurans在甲苯降解中表現(xiàn)突出。復(fù)合菌劑（含苯系、硫系菌株）對低濃度VOCs（<10 mg/m3）的去除負(fù)荷提高2倍以上。
三、PM2.5的吸附與生物轉(zhuǎn)化機制
1. 物理吸附與表面特性
微藻細(xì)胞壁的羧基、羥基、硫酸基等功能基團通過靜電作用吸附PM2.5。小球藻細(xì)胞壁的孔隙結(jié)構(gòu)（比表面積1137 m2/g）在甲醛穩(wěn)定化處理后吸附容量達(dá)69 mg/g。生物吸附過程分兩階段：快速表面結(jié)合（<1小時）與慢速細(xì)胞內(nèi)擴散。
2. 燃燒排放與熱管理
小球藻燃燒時PM2.5排放濃度隨溫度升高呈單峰下降（600°C時138.7 mg/m3），而滸苔與馬尾藻在高溫下因揮發(fā)分釋放導(dǎo)致PM2.5增加。集成光生物反應(yīng)器需避免過熱，700°C活化的納米多孔生物炭（NPMBC700）在氨吸附中表現(xiàn)最佳。
四、光生物反應(yīng)器設(shè)計與建筑集成優(yōu)化
1. 反應(yīng)器類型與性能對比
膜式反應(yīng)器：CO?停留時間從2 s延長至20 s，出口CO?濃度可降至檢測限以下。
氣升式反應(yīng)器：光纖內(nèi)部照明結(jié)合氣升循環(huán)，比生長速率達(dá)0.011 h?1，適用于碳捕獲。
管排式反應(yīng)器：單位面積產(chǎn)率30 g/(m2·d)，能耗成本較傳統(tǒng)管道式降低75%。
2. 建筑集成技術(shù)難點
熱管理：封閉式反應(yīng)器易過熱，需結(jié)合建筑外墻散熱，夏季遮陽可降低室內(nèi)溫度ΔT達(dá)58°C。
光照調(diào)控：動態(tài)調(diào)節(jié)入射角與光強（如LED補光），光周期16:8時生物膜產(chǎn)率提升至69.77 g/(m2·d)。
規(guī)?；杀荆菏彝夥磻?yīng)器運營成本（19.78 THB/周期）顯著低于室內(nèi)系統(tǒng)（336.14 THB/周期），但需平衡光照穩(wěn)定性與污染物負(fù)荷。
五、微藻種類與污染物降解效率對比
六、未來研究方向
1. 基因工程改良：通過CRISPR/Cas9編輯代謝基因（如脂肪酸合成途徑），增強污染物降解與脂質(zhì)積累。
2. 智能控制系統(tǒng)：結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)測溫度、pH、光照，動態(tài)優(yōu)化反應(yīng)器運行參數(shù)。
3. 多污染物協(xié)同處理：開發(fā)藻菌光催化復(fù)合體系，同步降解VOCs、PM2.5與CO?。
4. 經(jīng)濟性評估：推進NPMBC700等低成本材料的工業(yè)化生產(chǎn)，降低生物炭制備能耗。
總結(jié)
微藻在室內(nèi)空氣凈化中展現(xiàn)出多污染物協(xié)同處理的潛力，但其實際應(yīng)用需結(jié)合代謝調(diào)控、反應(yīng)器設(shè)計優(yōu)化與建筑系統(tǒng)集成。當(dāng)前研究需突破規(guī)?；囵B(yǎng)的穩(wěn)定性與成本瓶頸，同時探索合成生物學(xué)與智能控制技術(shù)的融合，以實現(xiàn)高效、可持續(xù)的空氣凈化解決方案。
