硫自养型细菌-藻类协同系统强化低C/N废水脱氮除磷效能研究

针对传统菌藻共生系统处理低C/N废水时需外加碳源和严格好氧条件的瓶颈，研究人员构建了硫自养型细菌-藻类协同系统（BAS），通过优化运行参数实现NO3--N和TP去除率分别达92%-98.6%和60%-65%，揭示了Thiobacillus等功能菌群与Chlorella的时空耦合机制，为低碳废水处理提供了新策略。

　　

随着水体富营养化问题日益严峻，传统菌藻共生系统在低C/N废水处理中暴露两大痛点：异养细菌需大量外源碳源，且严格的好氧条件推高能耗。更棘手的是，碳源不足会导致菌藻关系从互利转向竞争，而溶解氧(DO)波动又会抑制好氧菌活性。如何突破碳限制与氧调控的双重枷锁，成为水处理领域亟待解决的难题。

山东建筑大学市政与环境工程学院的研究团队独辟蹊径，将硫自养脱氮菌与Chlorella vulgaris（普通小球藻）耦合，构建了硫自养型细菌-藻类协同系统（BAS）。这一创新设计巧妙利用光暗循环实现时空解耦：白天藻类光合作用产氧并固磷，夜间硫氧化菌以S₂O₃^2-为电子受体脱氮。相关成果发表于《Water Cycle》，为低碳废水处理提供了全新范式。

研究采用SBR反应器结合多参数调控技术，通过细菌-藻类配比优化（5:0至0:5梯度）、光强（3000-7000 Lux）和光暗比（10h:14h至16h:8h）的系统筛选，结合三维荧光光谱（3D-EEM）解析胞外聚合物（EPS）特性，并运用高通量测序追踪Thiobacillus等功能菌群的演替规律。

系统构建与优化

在1:1菌藻比、5000 Lux光强和12h:12h光暗周期下，BAS系统实现NO₃^--N和TP去除率峰值达98.6%和65%。EPS含量激增71 mg/g，其中蛋白质（PN）占比提升24 mg/g，形成的网状结构有效吸附SO₄^2-副产物。

长期运行稳定性

30天连续运行显示，BAS系统藻类生物量（以叶绿素a计）稳定在8100 μg/L，较纯藻系统（PAS）提升68%。污泥容积指数（SVI）维持在70-80 mL/g，归因于EPS促进的藻菌共沉淀效应。

微生物群落解析

高通量测序发现Proteobacteria门占比从51%升至67.92%，其中Thiobacillus（13.01%→21.39%）和Sulfurimonas（0%→13.73%）的富集驱动了深度脱氮。Chloroflexi门（6.09%→12.7%）的消长与NO₂^--N转化动态吻合。

时空耦合机制

光期藻类通过同化作用去除53%的TP，暗期硫自养菌在DO<0.6 mg/L条件下6小时内完成58.9%的NO₃^--N去除，形成"日磷夜氮"的协同节律。

该研究突破性地实现了"三无"处理——无需外加碳源、无需额外曝气、无NO₂^--N积累。通过微生物-藻类-环境因子的三级调控，BAS系统将硫循环与氮磷去除耦联，为污水处理厂低碳改造提供了理论依据和技术储备。未来可通过反应器构型优化（如浅层光生物反应器）进一步解决藻类贴壁和光衰减问题，推动工程化应用。