微藻Neochloris oleoabundans处理橄榄油废水联产生物产品的工艺优化与污染物去除机制研究

本研究创新性地利用微藻Neochloris oleoabundans（N. oleoabundans）同步处理橄榄油废水（OMW）与城市污水（UWW），开发了高效混合培养体系。实验证明该微藻在50%油洗废水（OIW）条件下可获得51%脂质含量，在含50%城市污水时实现93.7%化学需氧量（COD）去除率，同时显著降低酚类化合物（65.66%）及氮磷污染物（NO3-去除率97.6%），为橄榄油产业废水资源化与循环经济提供了关键技术支撑。

　　

微藻Neochloris oleoabundans在废水处理与生物质生产中的协同效应

研究背景与技术挑战

地中海地区橄榄油产业每年产生大量高污染废水（OMW），其化学需氧量（COD）高达10,250 mg/dm³，含41.4 mg/dm³酚类化合物及42 mg/dm³硝酸盐。传统处理方法面临有机负荷高、酚类抑制微生物活性等难题。本研究首次将淡水微藻N. oleoabundans UTEX 1185应用于OMW与城市污水（UWW）的协同处理，通过优化混合比例实现污染物降解与高值生物质联产。

材料与方法创新

实验设计14组批式光生物反应器（1 dm³），对比不同废水配比（OIW/OLW/UWW 10%-50%）对微藻生长的影响。采用离心-微滤（0.45 μm）预处理降低废水浊度94.06%，并测定关键参数：COD（分光光度法）、酚类（Spectroquant法）、离子含量（ICP-MS）等。通过动力学模型计算最大比生长速率（μ_m）和生物量产率（P_b），结合扫描电镜（SEM）观察细胞形态变化。

生长性能与代谢调控

在含50%油洗废水（OIW）的BP1组中，微藻表现出适应性进化：初期滞后期延长至55小时（高酚类抑制），但最终获得1.27 g/dm³生物量。而含50%城市污水（UWW）的BP5组因氮磷丰富（NO₃^- 5 mg/dm³，PO₄^3- 4 mg/dm³），μ_m达0.013 h^-1。最优化组合BP10（10%OIW+10%OLW+30%UWW）实现65.66%酚类降解，同时生物量碳水化合物含量提升至56%。

生物质组分定向富集

氮胁迫显著改变代谢流向：50%OIW培养（BP2）诱导脂质积累达51%，脂肪酸组成以C16-C18为主，适合生物柴油生产；而含50%UWW的BP5组蛋白质含量达25.8%。值得注意的是，添加50%合成培养基（R-L）的BP12组虽获得最高生物量（2.98 g/dm³），但脂质含量仅29%，说明废水组分对代谢调控更具成本优势。

污染物深度去除机制

微藻通过三条途径净化废水：

1. 氮磷同化：硝酸盐（NO₃^-）和亚硝酸盐（NO₂^-）去除率分别达97.6%和94.3%，磷酸盐（PO₄^3-）去除69.2%，用于合成核酸与磷脂。
2. 酚类降解：通过糖苷键断裂将复杂酚类转化为简单芳香化合物，BP10组酚类浓度从16.6 mg/dm³降至5.7 mg/dm³。
3. 金属吸附：细胞壁多糖捕获Cu²⁺（去除率79.25%）和Na⁺（85.54%），降低灌溉水盐害风险。

农业回用可行性

处理后的废水关键指标达到FAO灌溉标准：COD<80 mg/dm³、B³⁺<0.5 mg/dm³（除BP1组）、Na⁺<230 mg/dm³。电导率（EC）从1928 μS/cm降至1245 μS/cm，满足半耐盐作物需求。

工业化应用前景

该技术每处理1吨OMW可联产3.5 kg高脂生物质（按BP2组产率计算），同时减少93.7%有机负荷。未来需优化大规模光生物反应器的光传递效率（当前光强359 μE/m²/s）和搅拌能耗（200 rpm），以平衡处理成本与产物收益。研究为地中海地区橄榄油产业提供了"废水-微藻-生物燃料"的闭环解决方案，兼具环境与经济双重效益。