簡(jiǎn)介：菌藻共生系統(tǒng)被認(rèn)為是市政和工業(yè)廢水處理的有前途的生物技術(shù)。最近，通過在暴露在自然陽光下的測(cè)序間歇式反應(yīng)器（SBR）中的細(xì)胞自聚集，開發(fā)了一種新型藻類-細(xì)菌顆粒，其表現(xiàn)出優(yōu)異的沉降性并克服了難以從處理過的廢水中回收常規(guī)藻類和/或細(xì)菌污泥的缺點(diǎn)（Huang等人，2015a）。此后，許多研究人員非常關(guān)注這種藻-細(xì)菌顆粒共生系統(tǒng)的形成和性能。據(jù)報(bào)道，與細(xì)胞外聚合物物質(zhì)（EPS）橋接的絲狀細(xì)菌負(fù)責(zé)在陽光下形成藻類細(xì)菌顆粒（He等人，2018）。

與傳統(tǒng)的好氧顆粒污泥（AGS）相比，藻類在藻類顆粒中的生長(zhǎng)導(dǎo)致更好的總氮（TN）和磷酸鹽（PO4-P）去除效率（Liu等人，2017年，Zhang等人，2018年）。此外，許多微藻種類被注意到為含油微生物（脂質(zhì)含量>20%）（Meng等人，2009）。與傳統(tǒng)AGS中35.4 mg/g-SS的最大生物柴油產(chǎn)量相比，藻類的生長(zhǎng)顯著提高了藻類細(xì)菌顆粒中的生物柴油產(chǎn)量（66.2 mg/g-SS）（Liu等人，2018）。因此，藻菌顆粒因其優(yōu)異的污泥沉降性、優(yōu)異的除營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、同時(shí)生產(chǎn)高附加值的藻類細(xì)菌顆粒等優(yōu)點(diǎn)，正成為廢水處理的有前途的生物技術(shù)。

本研究的目的是研究光強(qiáng)度對(duì)藻類-細(xì)菌AGS系統(tǒng)中溶解氧分布、脂質(zhì)產(chǎn)生和生物群落的影響。記錄藻類-細(xì)菌顆粒的特征和形態(tài)，以便更好地了解造粒過程中的現(xiàn)象和機(jī)制。通過確定顆粒內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（化學(xué)需氧量或COD，N和P）去除，生物活性（氧氣攝取和產(chǎn)生速率）和DO分布來評(píng)估藻類-細(xì)菌顆粒系統(tǒng)的性能。分析了不同光強(qiáng)度條件下藻類-細(xì)菌顆粒中脂質(zhì)含量及其組成。還監(jiān)測(cè)了生物群落（細(xì)菌和真核生物）的變化，以闡明藻類細(xì)菌顆粒所涉及的機(jī)制。期望本工作將為藻菌顆粒體系在實(shí)踐中的性能提升和能耗降低提供科學(xué)和有意義的參考。

丹麥Unisense微電極研究系統(tǒng)的應(yīng)用

使用直徑為10μm的氧氣微電極（OX-10，Unisense，Denmark）測(cè)量第110天取自R0、R1、R2、R3、R4和R5的顆粒表面下不同深度的局部DO濃度。顆粒的直徑分別為1.4、1.6、1.8、2.8、3.2和3.6毫米。將所有顆粒置于500 ml玻璃燒杯的底部，燒杯中含有500 ml合成廢水（DO=8–9 mg-O2/L），溫度為25°C。然后將玻璃燒杯中的顆粒暴露于與其相應(yīng)反應(yīng)器相同照度的光照下。使用微操作器以>20μm的空間分辨率精細(xì)調(diào)整電極尖端的位置。微電極的直徑遠(yuǎn)小于顆粒的直徑，因此其尺寸對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相關(guān)DO濃度的影響可以忽略不計(jì)。微電極的校準(zhǔn)在每次顆粒測(cè)試之前和之后進(jìn)行。

圖1：在120天的運(yùn)行過程中，六個(gè)反應(yīng)器中平均粒徑（a）、MLSS（b）和葉綠素（c）的變化。六個(gè)反應(yīng)器的光照強(qiáng)度分別為：R0（無照）、R1（45μmolm?2 s?1）、R2（90μmolm–2 s?2）、R3（135μmolm-2 s?3）、R4（180μmolm-2 s?1。

圖2：六個(gè)反應(yīng)器運(yùn)行期間COD（a）、TP（b）、NH4-N（c）、TIN（d）去除和出水NO3-N（e）、NO2-N（f）濃度的變化。六個(gè)反應(yīng)器的光照強(qiáng)度分別為：R0（無照）、R1（45μmolm?2 s?1）、R2（90μmolm–2 s?2）、R3（135μmolm-2 s?3）、R4（180μmolm-2 s?1。

圖3：在操作（a）期間顆粒的生物活性（SOUR和SOPR）的變化，在第110天的熄滅（b）和點(diǎn)亮（c）期間來自六個(gè)反應(yīng)器的顆粒在不同深度的DO分布。六個(gè)反應(yīng)器的光照強(qiáng)度分別為：R0（無照）、R1（45μmolm?2 s?1）、R2（90μmolm–2 s?2）、R3（135μmolm-2 s?3）、R4（180μmolm-2 s?1。

圖4：第120天來自六個(gè)反應(yīng)器的藻類細(xì)菌顆粒的脂質(zhì)含量和生產(chǎn)力。六個(gè)反應(yīng)器的光強(qiáng)度如下：R0（無光照）、R1（45μmolm?2 s?1）、R2（90μmolm–2 s?2）、R3（135μmolm-2 s?3）、R4（180μmolm-1）和R5（225μmolm-2 s?1。

圖5：第100天R0-R5顆粒中家族水平（a）的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌和屬水平（b）的真核生物的豐度。六個(gè)反應(yīng)器的光照強(qiáng)度分別為：R0（無照）、R1（45μmolm?2 s?1）、R2（90μmolm–2 s?2）、R3（135μmolm-2 s?3）、R4（180μmolm-2 s?1。

總結(jié)：藻類細(xì)菌顆粒在不同光照強(qiáng)度下在光SBR中成功培養(yǎng)。光照強(qiáng)度可能是與藻類-細(xì)菌顆粒的脂質(zhì)合成和生物活性相關(guān)的關(guān)鍵因素之一，在良好的細(xì)菌-藻類共生系統(tǒng)中同化藻類可以提高氮和磷的去除效率。光照強(qiáng)度≥180μmolm?2 s?1可顯著抑制NOB，在225μmol?2 s–1時(shí)可明顯積累NO2-N。不同光照強(qiáng)度顆粒中的生物群落表現(xiàn)出顯著差異，功能細(xì)菌（Comamonadaceae和Nitrosomonadaceae）和藻類（Navicula和Stigeoclonium）在強(qiáng)光照射下富集。