温度调控下小球藻(Parachlorella kessleri)处理禽类加工废水的效能评估：营养盐去除与蛋白质合成的热力学机制

本研究创新性地探究了温度(10/20/30°C)对Parachlorella kessleri处理禽类加工废水的影响，揭示20°C时获得最佳生物量产率(0.049±0.01 g·L-1·d-1)和氨氮去除率(98.79%)，证实温度通过调控酶活性(如GS-GOGAT循环)和luxury uptake机制显著影响营养盐(N/P)去除效率，为微藻废水处理工艺的温控优化提供重要依据。

　　

温度对微藻废水处理系统的多维影响机制

背景
禽类加工废水富含氮磷化合物，需三级处理达到巴西环境标准。微藻因其高效营养盐吸收能力和高价值生物分子合成潜力成为理想选择，但温度波动显著影响其生理活性。巴西南部亚热带气候冬季常低于10°C，可能制约微藻应用效能。

材料与方法
实验采用Treboxiophyceae纲的Parachlorella kessleri (LCBA001菌株)，在混合废水(TW+BW)中设置10°C(T10)、20°C(T20)、30°C(T30)三组处理。通过13天培养监测生物量(干重法)、营养盐(凯氏定氮法/钼酸铵法)和蛋白质含量(凯氏氮×4.78换算系数)。

关键发现

1. 生物量动力学
   T20组展现最优生长曲线：

• 比生长速率(μ)达0.12±0.01 d^-1
• 倍增时间3.29±0.08天
• 生物量产率较T10提高188%(0.049 vs 0.017 g·L^-1·d^-1)
  低温(T10)导致细胞膜流动性下降，使生物量积累提前终止于第6天(0.37 g·L^-1)。

1. pH协同效应
   光合作用推升培养体系pH至9.5(碱性范围)，T20/T30组形成双重除磷机制：

• 生物同化：微藻吸收PO₄^3-合成ATP/DNA
• 化学沉淀：Ca²⁺/Mg²⁺与磷酸根形成不溶盐

1. 氮代谢的温敏特性

• 氨氮去除：T20组第6天达98.79%
• 温度通过调控硝酸还原酶活性，影响氮形态转化：

  20-30°C维持硝化细菌活性
  <15°C抑制GS-GOGAT循环

1. 磷的超量吸收现象
   所有处理均实现>90%除磷效率，但作用机制迥异：

• T20：生物同化主导(胞内polyP颗粒)
• T10：化学沉淀为主(pH 8.3时Ca₃(PO₄)₂析出)

1. 蛋白质稳态维持
   温度胁迫未显著改变蛋白质含量(34-37%)，说明：

• 热激蛋白(HSPs)维持酶构象
• 氮代谢流重分配保障氨基酸供应

工程启示

1. 20°C为最佳工艺温度窗口，兼顾处理效率(氨氮<20 mg·L^-1)与资源回收
2. 冬季运行需配套保温措施或选育耐冷菌株
3. 碱性pH环境可同步实现重金属(Cd²⁺/Zn²⁺)共沉淀

该研究为微藻废水处理系统的气候适应性设计提供了关键参数，同时揭示了温度-营养盐-生物质品质的复杂互作网络。后续研究可聚焦polyP颗粒的定向富集技术及低温胁迫下的代谢通路改造。