二氧化碳强化耐氨微藻在养猪废水处理中的生长与污染物去除机制研究

本研究针对养猪废水(PW)高氨氮(NH3-N)和碳源不足的治理难题，从广州本地PW中分离出耐氨微藻Chlorella sorokinfana，系统探究了不同CO2通气浓度(0%-30%)对微藻生长及污染物去除的影响。研究发现20% CO2通气可显著提升微藻生长速率(113%)和叶绿素a含量(79%)，同时使COD、TN、NH3-N和TP去除率分别提升至70%、66%、72%和99%。转录组分析揭示该条件下核糖体生物合成和氮代谢通路上调，为农业废水低碳处理提供了新策略。

　　

随着全球猪肉产量较186年增长140%，中国2023年猪肉产量达5541.4万吨，占肉类总产量的59.4%。蓬勃发展的养猪业伴随产生大量富含高浓度氨氮(NH₃-N)和有机物的养猪废水(PW)，传统处理方法如活性污泥法存在成本高、资源回收率低等缺陷。微藻技术因其能同步吸收CO₂和污染物被视为绿色解决方案，但高氨氮环境严重抑制微藻生长。为此，来自广东的研究团队在《Algal Research》发表研究，通过分离耐氨藻株并优化CO₂通气条件，实现了PW的高效低碳处理。

研究采用形态学观察和18S rDNA测序鉴定藻种，通过设置0%、5%、10%、20%、30%五组CO₂通气浓度，监测9天内微藻生长指标和污染物去除率。转录组测序分析差异基因表达，KEGG通路富集揭示关键代谢机制。所有实验均采用广州本地养猪场经厌氧预处理后的PW为基质。

Characteristics of PW
废水经121°C灭菌后检测显示，NH₃-N浓度高达560 mg/L，COD为2800 mg/L，为典型高氨氮有机废水。预实验证实原始PW会完全抑制普通微藻生长，需10倍稀释方可支持藻类存活。

Identification of the isolated algae species
分离藻株经鉴定为Chlorella sorokinfana（遗传相似度100%），电镜显示其呈5-10μm椭圆形单细胞结构，具备典型Chlorophyta特征。该藻株在未稀释PW中仍保持生长能力，展现极强氨耐受性。

Conclusions
20% CO₂组表现最优：细胞密度达6.00×10⁷ cells/mL/d，较对照组提升113%；叶绿素a含量增加79%至8.79 mg/L。污染物去除方面，TP去除率惊人达99%，NH₃-N和TN去除率分别提升至72%和66%。转录组显示该条件下核糖体生物合成相关基因显著上调，促进蛋白质合成；氮代谢通路激活增强氨同化能力。

该研究首次阐明CO₂强化耐氨微藻处理PW的分子机制，不仅达到中国《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596-2001)，更开创性地将沼气燃烧产生的CO₂回用于废水处理，形成"以废治废"的循环经济模式。分离的Chlorella sorokinfana因其高蛋白含量(45-55%)，还可转化为饲料或化妆品原料，实现污染物资源化利用。研究为农业废水处理提供了兼具环境效益和经济效益的新型解决方案。