Fenton氧化耦合颗粒活性炭吸附协同处理小球藻循环废水中胞外聚合物的效能与机制研究

针对微藻循环培养中胞外聚合物(EPS)积累抑制生长的问题，研究人员采用Fenton氧化(FO)耦合颗粒活性炭(GAC)吸附技术，实现EPS去除率达74%，显著提升小球藻(Chlorella vulgaris)回收培养系统的稳定性和经济性，为微藻废水可持续处理提供新策略。

　　

随着全球水资源短缺加剧，微藻产业面临循环培养废水处理的关键挑战。小球藻(Chlorella vulgaris)作为高价值生物活性物质来源，其大规模培养每公斤干粉需消耗1564公斤淡水，而循环废水中积累的胞外聚合物(EPS)会显著抑制微藻生长。现有超声、超滤等技术存在效率或成本局限，亟需开发高效协同处理方案。

中国某研究团队在《Bioresource Technology》发表研究，创新性结合Fenton氧化(FO)与颗粒活性炭(GAC)吸附技术，通过优化FeSO₄
·7H₂
O(550 mg/L)和H₂
O₂
(16 mL/L)配比实现43% EPS去除率，联合10 mg/L GAC吸附90分钟使总效率提升至74%。技术核心在于FO产生的羟基自由基(·OH)分解大分子有机物为小分子营养物质，GAC则吸附难降解组分，二者协同既消除EPS抑制，又为微藻提供生长促进因子。

主要技术方法
采用20 L柱式光生物反应器培养小球藻，离心分离藻渣与上清液获得循环废水(RW)。通过响应面法优化FO和GAC参数，采用三维荧光光谱分析EPS组分变化，测定藻细胞生物量、Fv/Fm(光合效率指标)及产物积累评估处理效果。

研究结果

1. 微藻培养与废水循环影响
   循环4次后小球藻生物量降至新鲜培养基的80.86%，Fv/Fm和叶绿素含量持续下降，证实EPS积累的抑制作用。

2. 处理工艺优化
   FO最佳条件实现43% EPS去除，GAC单独处理效率为23%。耦合工艺使蛋白质类EPS降解率达61%，多糖类达82%，显著高于单一处理。

3. 处理效果验证
   FO+GAC组小球藻生物量恢复至对照组的96.5%，蛋白质和碳水化合物积累量分别提升18.7%和22.3%，光合参数完全恢复。

4. 经济与环境效益
   该工艺使水循环次数从常规的2-3次提升至6次，节水41%，每吨处理成本较传统方法降低34%，兼具环境与商业可行性。

结论与意义
该研究首次阐明FO与GAC协同作用机制：·OH攻击EPS芳香环结构产生小分子有机物(如氨基酸、单糖)，GAC则吸附疏水性中间产物。处理后的循环废水不仅消除生长抑制，其含有的降解产物更成为微藻生长的"营养包"。技术推广后预计可使万吨级微藻生产基地年节水15万吨，相关成果为藻类生物精炼产业的闭环水管理提供标杆方案，入选联合国粮农组织推荐的农业废水处理案例。