序批式反应器中运行的高效藻类塘：利用丝状藻实现废水处理的创新突破

这篇研究创新性地将高效藻类塘(HRAP)改造为序批式反应器(SBR)，通过独立调控固体停留时间(SRT)和水力停留时间(HRT)，成功富集本土丝状藻(Stigeoclonium sp.)并显著降低出水悬浮物(<70 mg L?1 )。该技术解决了传统HRAP微藻分离难题，在2-2.5天HRT下实现BOD5 <10 mg L?1 、铵态氮去除率>75%，为农村社区废水处理提供了经济高效的解决方案。

　　

引言
全球农村社区面临联合国可持续发展目标(SDG6)的废水处理挑战，亟需经济高效的技术方案。丝状藻因其体积优势成为替代微藻的潜力物种，但如何实现稳定富集仍是技术瓶颈。本研究从澳大利亚南部Laratinga湿地分离获得本土丝状藻Stigeoclonium sp.，通过创新性地将高效藻类塘(HRAP)改造为序批式反应器(SBR)，开创了废水处理新路径。

方法
研究采用4L微型塘模拟实际HRAP运行条件，通过独立调控固体停留时间(SRT)和水力停留时间(HRT)实现生态位控制。实验分为实验室和温室两阶段：

1. 生物勘探：在受人类污染的水体中筛选20株丝状藻，最终选定沉降性能优异的Stigeoclonium sp. (样本S16)
2. 培养优化：采用Bold基础培养基(BBM)和藻类储备培养基(ASM)进行阶梯式驯化，逐步提高废水比例至100%
3. 反应器设计：定制桨轮混合PVC微型塘，通过激光切割确保流体动力学模拟实际HRAP
4. 运行模式：对比连续搅拌槽反应器(CSTR)与SBR效果，关键参数包括HRT(1.6-10天)、SRT(5-10天)

结果

1. 种群控制：SBR模式下Stigeoclonium占比达93.1-93.8%，显著高于CSTR的8.2-13.4%
2. 出水质量：
   • 悬浮固体：<70 mg L^?1
     (较传统HRAP降低70%)
   • BOD₅
     ：<10 mg L^?1
     (去除率92%)
   • 铵态氮：去除率75-90%
3. 生物膜现象：温室实验中90%生物量附着形成生物膜，其氮含量是悬浮相的25-40倍
4. 光强影响：PAR>190 μmol photons m^?2
   s^?1
   时丝状藻悬浮比例提升5倍

讨论
该技术突破主要体现在三方面：

1. 分离革命：利用丝状藻自发沉降特性，通过SBR的"混合-沉降-滗析"三步操作替代昂贵离心过滤
2. 生态调控：HRT<>
3. 氮去除机制：质量平衡显示60-70%氮损失可能来自生物膜吸收和pH>8时的氨挥发

展望
研究为小型化藻类塘设计提供了新思路，未来需重点探索：

• 生物膜在氮磷去除中的具体贡献
• 不同季节光照强度对种群稳定性的影响
• 实际工程应用中 paddlewheel 的能耗优化

这项来自南澳大利亚的实证研究，正推动藻类废水处理技术从实验室走向田间，为实现SDG6目标提供了具操作性的技术路线。