簡(jiǎn)介：菌藻共生系統被認為是市政和工業(yè)廢水處理的有前途的生物技術(shù)。最近，通過(guò)在暴露在自然陽(yáng)光下的測序間歇式反應器（SBR）中的細胞自聚集，開(kāi)發(fā)了一種新型藻類(lèi)-細菌顆粒，其表現出優(yōu)異的沉降性并克服了難以從處理過(guò)的廢水中回收常規藻類(lèi)和/或細菌污泥的缺點(diǎn)（Huang等人，2015a）。此后，許多研究人員非常關(guān)注這種藻-細菌顆粒共生系統的形成和性能。據報道，與細胞外聚合物物質(zhì)（EPS）橋接的絲狀細菌負責在陽(yáng)光下形成藻類(lèi)細菌顆粒（He等人，2018）。

與傳統的好氧顆粒污泥（AGS）相比，藻類(lèi)在藻類(lèi)顆粒中的生長(cháng)導致更好的總氮（TN）和磷酸鹽（PO4-P）去除效率（Liu等人，2017年，Zhang等人，2018年）。此外，許多微藻種類(lèi)被注意到為含油微生物（脂質(zhì)含量>20%）（Meng等人，2009）。與傳統AGS中35.4 mg/g-SS的最大生物柴油產(chǎn)量相比，藻類(lèi)的生長(cháng)顯著(zhù)提高了藻類(lèi)細菌顆粒中的生物柴油產(chǎn)量（66.2 mg/g-SS）（Liu等人，2018）。因此，藻菌顆粒因其優(yōu)異的污泥沉降性、優(yōu)異的除營(yíng)養物質(zhì)、同時(shí)生產(chǎn)高附加值的藻類(lèi)細菌顆粒等優(yōu)點(diǎn)，正成為廢水處理的有前途的生物技術(shù)。

本研究的目的是研究光強度對藻類(lèi)-細菌AGS系統中溶解氧分布、脂質(zhì)產(chǎn)生和生物群落的影響。記錄藻類(lèi)-細菌顆粒的特征和形態(tài)，以便更好地了解造粒過(guò)程中的現象和機制。通過(guò)確定顆粒內的營(yíng)養物質(zhì)（化學(xué)需氧量或COD，N和P）去除，生物活性（氧氣攝取和產(chǎn)生速率）和DO分布來(lái)評估藻類(lèi)-細菌顆粒系統的性能。分析了不同光強度條件下藻類(lèi)-細菌顆粒中脂質(zhì)含量及其組成。還監測了生物群落（細菌和真核生物）的變化，以闡明藻類(lèi)細菌顆粒所涉及的機制。期望本工作將為藻菌顆粒體系在實(shí)踐中的性能提升和能耗降低提供科學(xué)和有意義的參考。

丹麥Unisense微電極研究系統的應用

使用直徑為10μm的氧氣微電極（OX-10，Unisense，Denmark）測量第110天取自R0、R1、R2、R3、R4和R5的顆粒表面下不同深度的局部DO濃度。顆粒的直徑分別為1.4、1.6、1.8、2.8、3.2和3.6毫米。將所有顆粒置于500 ml玻璃燒杯的底部，燒杯中含有500 ml合成廢水（DO=8–9 mg-O2/L），溫度為25°C。然后將玻璃燒杯中的顆粒暴露于與其相應反應器相同照度的光照下。使用微操作器以>20μm的空間分辨率精細調整電極尖端的位置。微電極的直徑遠小于顆粒的直徑，因此其尺寸對內部結構和相關(guān)DO濃度的影響可以忽略不計。微電極的校準在每次顆粒測試之前和之后進(jìn)行。

圖1：在120天的運行過(guò)程中，六個(gè)反應器中平均粒徑（a）、MLSS（b）和葉綠素（c）的變化。六個(gè)反應器的光照強度分別為：R0（無(wú)照）、R1（45μmolm?2 s?1）、R2（90μmolm–2 s?2）、R3（135μmolm-2 s?3）、R4（180μmolm-2 s?1。

圖2：六個(gè)反應器運行期間COD（a）、TP（b）、NH4-N（c）、TIN（d）去除和出水NO3-N（e）、NO2-N（f）濃度的變化。六個(gè)反應器的光照強度分別為：R0（無(wú)照）、R1（45μmolm?2 s?1）、R2（90μmolm–2 s?2）、R3（135μmolm-2 s?3）、R4（180μmolm-2 s?1。

圖3：在操作（a）期間顆粒的生物活性（SOUR和SOPR）的變化，在第110天的熄滅（b）和點(diǎn)亮（c）期間來(lái)自六個(gè)反應器的顆粒在不同深度的DO分布。六個(gè)反應器的光照強度分別為：R0（無(wú)照）、R1（45μmolm?2 s?1）、R2（90μmolm–2 s?2）、R3（135μmolm-2 s?3）、R4（180μmolm-2 s?1。

圖4：第120天來(lái)自六個(gè)反應器的藻類(lèi)細菌顆粒的脂質(zhì)含量和生產(chǎn)力。六個(gè)反應器的光強度如下：R0（無(wú)光照）、R1（45μmolm?2 s?1）、R2（90μmolm–2 s?2）、R3（135μmolm-2 s?3）、R4（180μmolm-1）和R5（225μmolm-2 s?1。

圖5：第100天R0-R5顆粒中家族水平（a）的優(yōu)勢細菌和屬水平（b）的真核生物的豐度。六個(gè)反應器的光照強度分別為：R0（無(wú)照）、R1（45μmolm?2 s?1）、R2（90μmolm–2 s?2）、R3（135μmolm-2 s?3）、R4（180μmolm-2 s?1。

總結：藻類(lèi)細菌顆粒在不同光照強度下在光SBR中成功培養。光照強度可能是與藻類(lèi)-細菌顆粒的脂質(zhì)合成和生物活性相關(guān)的關(guān)鍵因素之一，在良好的細菌-藻類(lèi)共生系統中同化藻類(lèi)可以提高氮和磷的去除效率。光照強度≥180μmolm?2 s?1可顯著(zhù)抑制NOB，在225μmol?2 s–1時(shí)可明顯積累NO2-N。不同光照強度顆粒中的生物群落表現出顯著(zhù)差異，功能細菌（Comamonadaceae和Nitrosomonadaceae）和藻類(lèi)（Navicula和Stigeoclonium）在強光照射下富集。