盐度调控下锥状四角藻与钝角栅藻降解醋酸可的松及去除污染物的实验—分析—建模一体化研究

《Scientific Reports》：ANN modelling and GA optimisation of microalgal removal of cortisone acetate, organic matter and nutrients

　　

摘要

微藻处理可将药物降解与有机质及营养盐去除相结合，但目前咸水和淡水物种的适用运行窗口仍界定不足。本实验室研究采用中心复合设计、双检测器对醋酸可的松（CA）去除的确认、生物量质量平衡分析以及人工神经网络（ANN）建模与遗传算法（GA）优化，评估了锥状四角藻（T. chui）和钝角栅藻（S. obtusus）在盐度、pH值和处理时间变化条件下的性能。其中，锥状四角藻用于评估醋酸可的松的去除效果，两种藻类均测定了生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）、总氮（TN）和总磷（TP）指标。在盐度30.00 g/L、pH 8.00、处理10.00天的条件下，锥状四角藻实现了96.62%的醋酸可的松去除率，以及95.69%–96.91%的四项水质参数去除率。在盐度0.00 g/L、pH 7.00、处理10.00天的条件下，钝角栅藻实现了96.25%–98.41%的BOD、COD、TN和TP去除率。针对各物种建立的ANN模型准确再现了实验响应面（锥状四角藻R2 = 0.997，钝角栅藻R2 = 0.978），遗传算法在实验范围内识别出了各物种的最优解。该实验—分析—建模一体化框架表明盐度是主要的操作控制因素，同时区分了锥状四角藻的咸水生境与钝角栅藻的淡水生境。