Nutrient removal from horticultural wastewater by benthic filamentous algae Klebsormidium sp., Stigeoclonium spp. and their communities: From laboratory flask to outdoor Algal Turf Scrubber(ATS)

底棲絲狀藻類克萊斯藻屬(Klebsormidium sp)、毛枝藻屬(Stigeoclonium spp)及其復合菌群對園藝廢水的脫營養鹽效能研究：從實驗室搖瓶試驗到室外藻床凈化反應器（ATS）

來源：Water Research, Volume 92, 2016, Pages 61-68

《水研究》，第92卷，2016年，第61-68頁

 

摘要

摘要闡述了底棲絲狀藻在廢水處理中相比單細胞微藻具有明顯優勢，包括易于收獲和抗捕食性。為評估底棲絲狀藻在比利時自然條件下處理園藝廢水的潛力，將三種菌株及其與天然廢水微藻的混合物在實驗室250毫升燒杯和1平方米室外藻類草皮洗滌器（ATS）中培養，流速不同。Stigeoclonium在燒杯和室外ATS（流速2-6 L/min）中與天然廢水微藻競爭良好，貢獻了大部分生物量生產，而Klebsormidium不適合在測試條件下生長于園藝廢水。流速對生物量生產和氮去除有顯著影響，而磷去除受流速影響較小，因存在藻類同化以外的其他機制。

 

研究目的

研究目的是評估底棲絲狀藻在自然條件下處理園藝廢水的潛力，具體包括調查Klebsormidium和Stigeoclonium在營養物去除中的表現及其與天然微藻的競爭，以及流速對室外ATS中藻類群落、生物量生產和營養物去除的影響，并評估從實驗室到室外條件的可轉移性。

 

研究思路

研究思路包括在實驗室燒杯中培養底棲絲狀藻（Klebsormidium sp.、Stigeoclonium spp.）和天然廢水微藻，使用園藝廢水和合成廢水，監測生物量生產和營養物去除。隨后在室外ATS系統（1平方米）中接種藻類混合物，測試不同流速（2、4、6、8 L/min），分析藻類群落變化、生物量生產、氮磷去除效率，并通過統計方法評估流速的影響。

 

測量的數據及研究意義

1 藻類群落組成數據：來自Fig.2和Fig.4，顯示實驗室燒杯中Stigeoclonium占比從62%升至68-69%，而Klebsormidium從26%降至11-13%；室外ATS中Stigeoclonium在低流速（2 L/min）下占比46-73%，高流速（8 L/min）下降至8%。研究意義是揭示流速對藻類群落結構的影響，Stigeoclonium在低流速下占優勢，為優化ATS操作參數提供依據。

 

 

2 生物量生產數據：來自Fig.3和Fig.5，實驗室燒杯中Stigeoclonium LJ2生物量生產最高（50.8-63.3 mg/L/d），室外ATS中流速8 L/min時生物量生產最高（1.2-2.0 g DW/m2/d）。研究意義是量化藻類生長效率，證實高流速促進質量傳輸和生物量積累，指導ATS設計。

 

 

3 營養物去除數據：來自Fig.6和Table 1、Table 2，實驗室燒杯中Stigeoclonium LJ2氮去除率最高（8.6 mg N/L/d），磷去除率5.4 mg P/L/d；室外ATS中流速8 L/min時氮去除率最高（6.4 mg N/L/d），磷去除率3.9 mg P/L/d。研究意義是證明Stigeoclonium高效去除營養物，流速對氮去除有顯著正影響，而磷去除受化學沉淀等機制主導，受影響較小。

 

 

 

 

4 營養物回收數據：來自Table 1和Table 2，實驗室燒杯中氮回收率53-69%，磷回收率46-99%；室外ATS中磷回收率隨流速從2 L/min的60%升至8 L/min的86%。研究意義是評估藻類對營養物的同化效率，高流速提升磷回收，凸顯藻類生物質資源化潛力。

 

結論

1 Stigeoclonium在實驗室和室外ATS低流速（2 L/min）下表現良好，能與天然微藻競爭并高效去除營養物，而Klebsormidium不適合園藝廢水處理。

2 流速對生物量生產和氮去除有顯著影響，高流速（8 L/min）促進氮去除，但磷去除受化學沉淀等機制主導，受流速影響較小。

3 底棲絲狀藻從實驗室到室外條件的轉移可行，但需優化流速和藻種選擇以提升ATS性能。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense微電極測量的氧分布數據的研究意義在于提供高分辨率原位氧濃度剖面，直接揭示ATS系統中藻類生物膜的微環境特性。文檔中方法部分提到使用Unisense Clark型微電極（尖端直徑10-20μm）測量氧分布，但結果部分未明確展示具體數據圖表。基于方法描述，這種測量能精確反映藻類光合作用和呼吸活動的氧動態，幫助理解流速如何影響氧傳輸和藻類代謝。例如，氧分布數據可識別生物膜中的好氧/缺氧區，解釋營養物去除機制（如硝化需氧）。Unisense電極的高空間分辨率（微米級）使研究人員能關聯氧梯度與藻類群落分布，優化ATS的流體設計以增強傳質效率，從而提升廢水處理性能。