小球藻诱导活性污泥膨胀的双相效应：界面相互作用而非微生物演替主导的沉降异常机制

本研究突破传统认知，首次揭示小球藻（Chlorella）在活性污泥系统中存在"促沉降-诱膨胀"双相效应：低浓度（≤184 mg·L?1）通过增强絮凝改善沉降，高浓度（>184 mg·L?1）引发污泥体积指数（SVI）异常升高。通过多尺度分析证实膨胀现象由界面相互作用能（γLW/γ+/γ?）失衡驱动，而非微生物群落演替，为控制藻源性污泥膨胀提供了新理论框架。

　　

Highlight

研究发现小球藻（Chlorella）的引入可诱发污泥膨胀：低藻浓度（≤184 mg·L^?1）增强污泥絮凝（浊度从561.44 NTU降至405.39 NTU），而高浓度（>184 mg·L^?1）触发污泥体积（SV）异常增长（第五分钟激增86.57%），形成"促沉降-诱膨胀"双相效应。在长期藻菌共存过程中，系统维持高效污染物去除（NH₄⁺-N: 45.74%；TP: 69.75%；COD: 100%）但污泥体积指数（SVI）持续上升（从50–70至80–110 mL·g^?1）。藻诱导的微生物变化（Prosthecobacter富集至40%且Verrucomicrobium完全抑制）代表生态系统适应性调整而非达到污泥膨胀临界条件，表明微生物演替并非膨胀主因。进一步发现小球藻诱导的膨胀污泥呈现更低绝对Zeta电位和更低亲水性。关键在于，在可比γ^LW条件下，当γ⁺ > γ^?时小球藻压缩污泥体积，而当γ⁺ ≈ γ^?时则诱发膨胀。总之，污泥膨胀现象主要受物理化学界面相互作用而非生物因素调控。

Conclusions

本研究揭示活性污泥在与小球藻（Chlorella）瞬时涌入和长期共存条件下均可发生膨胀。微生物群落演替是维持生态系统功能冗余的适应性调整，而非絮体 destabilization 的直接贡献者。具有较低绝对Zeta电位和较低亲水性的污泥在引入小球藻时表现出更高的膨胀敏感性。在γ^LW值可比条件下，当γ⁺ > γ^?时小球藻压缩污泥体积，而当γ⁺ ≈ γ^?时则诱发膨胀。