膜光生物反应器中藻菌互作的时空动态研究：对虾养殖废水营养盐协同去除与微藻资源回收的集成策略

为解决水产养殖废水氮磷污染问题，研究人员开发了曝气膜光生物反应器（MPBR），通过分析藻菌群落时空动态，实现总氮（TN）去除率58.36%–65.50%、总磷（TP）去除率97.68%–100%，并鉴定出优势菌群Azospirillum（20.81%）与藻类Halochlorella（53.19%），为可持续废水处理提供技术支撑。

　　

随着全球水产养殖产量预计在2030年突破1.06亿吨，集约化养殖产生的富营养化废水已成为环境治理的焦点。每吨鲶鱼养殖排放的废水中含磷12 kg、氮60 kg，这些来自残饵和代谢产物的污染物引发水体富营养化，而传统处理方法难以兼顾成本效益与资源回收。在此背景下，上海农业应用技术发展计划资助的研究团队在《Biochemical Engineering Journal》发表论文，创新性地将膜生物反应器（MBR）与光生物反应器（PBR）耦合，构建了曝气膜光生物反应器（MPBR）系统。

研究采用LED全光谱照明（2000 lux）、恒温（26±2°C）和pH控制（7.5±0.5）条件，以10 L工作容积的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）反应器处理对虾养殖废水，通过高通量测序解析微生物群落结构，并结合水力停留时间（HRT）优化实验评估处理效能。

MPBR Establishment
系统在2小时HRT下即实现TN浓度从15.56 mg/L降至9.02 mg/L，但随着HRT延长至8小时，去除效率出现平台期。膜表面生物膜群落分析显示，丝状蓝藻Limnothrix（12.36%）和绿藻Scenedesmus（28.70%）形成功能互补的生态位。

Nutrient Degradation by Algal-Microbial System in MPBR
在10小时HRT最优条件下，优势固氮菌Azospirillum与真核藻Halochlorella组成的稳定群落，使NH₄⁺-N和PO₄-P去除率接近完全（97.37%–100%），显著优于单一藻种系统（如Chlorella pyrenoidosa的83.33% TN去除率）。

CONCLUSION
该研究揭示了藻菌协同在MPBR中的三重作用：通过Halochlorella的光合供氧促进Azospirillum的固氮代谢，Limnothrix分泌胞外聚合物缓解膜污染，Scenedesmus则强化磷吸收。这种设计不仅将废水处理能耗降低20%（相较于传统MBR），同时产出高值藻生物质。研究为循环水养殖（RAS）和生物絮团系统提供了可扩展的解决方案，其创新性在于首次通过生态位调控实现处理效率与群落稳定性的平衡。

讨论部分强调，自然藻菌共生体的工程化应用突破了单藻系统抗负荷波动差的局限，例如在冲击负荷下仍保持95%以上的TP去除率。未来研究可进一步优化HRT与菌藻比例，推动该技术在水产养殖密集区的产业化应用。