斜生柵藻-活性污泥藻菌系統(tǒng)凈水關(guān)鍵因素及多污染物去除研究

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-3075（2025）04-0012-12

近年來(lái)，隨著磺胺類(lèi)抗生素在醫(yī)療、畜牧業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，大量磺胺類(lèi)抗生素及其代謝產(chǎn)物通過(guò)排泄物等形式進(jìn)入環(huán)境（Dongetal，2023；Wuetal，2023）。在多地區(qū)的水生環(huán)境甚至飲用水源地均能檢測(cè)到抗生素的存在（Luoetal，2021）?？股貙?duì)生態(tài)平衡及人體健康的潛在影響不容忽視（Liangetal，2023；Wangetal，2022b）。水中抗生素的去除技術(shù)主要分為生物法、化學(xué)法和物理吸附法（Chenetal，2022）。其中，生物處理法具有成本低廉、去除高效且環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)（Wangetal，2018；Wangetal，2023）。廢水中的細(xì)菌與微藻通過(guò)營(yíng)養(yǎng)交換、信號(hào)傳導(dǎo)和基因轉(zhuǎn)移等復(fù)雜作用形成共生關(guān)系（陳彪等，2023），可以有效同步去除水體中的營(yíng)養(yǎng)物與抗生素（Zhouetal，2023a）。相對(duì)于單一的微藻或細(xì)菌系統(tǒng)，藻菌共生體系可有效提升TP、NH₄⁺ -N和抗生素等污染物的處理效果（Fangetal，2024;Lietal，2022;Luo etal，2019）。

藻菌共生體系的凈水效能受到多種因素的共同影響，其中包括藻種、菌種、二者密度與比例、pH、溫度、光照、污染物濃度以及水力停留時(shí)間（HRT）等（Fallahietal，2021；Yanetal，2023）。然而，以往研究對(duì)這些因素在系統(tǒng)凈水性能的量化影響缺乏系統(tǒng)分析，其中關(guān)鍵的調(diào)控因子有待識(shí)別。部分研究關(guān)注了藻菌體系對(duì)抗生素或常規(guī)污染物的去除效果，僅有少量研究將體系中二者的去除效果關(guān)聯(lián)分析（Huetal，2022;Lietal，2022；Wangetal，2022a）。鑒于抗生素會(huì)干擾微生物的多種物質(zhì)與能量代謝，其必然對(duì)常規(guī)污染物的生物去除產(chǎn)生影響（Su，2021），該影響規(guī)律有待明確。

針對(duì)以往研究的局限，本文對(duì)比分析了光暗條件、氮形態(tài)、HRT3個(gè)因素對(duì)藻菌共生體系中TP、NH₄⁺ -N、化學(xué)需氧量（COD）等常規(guī)污染物凈化效果的量化影響，并識(shí)別關(guān)鍵因素；在城市污水處理廠二級(jí)出水的氮、磷水平下，以不同濃度的磺胺二甲嘧啶（SMZ）作為外加脅迫，探究體系中藻菌數(shù)量的響應(yīng)及后續(xù)對(duì)多污染物的協(xié)同去除規(guī)律，以期為藻菌共生系統(tǒng)對(duì)抗生素與常規(guī)污染物的高效去除提供指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1材料與試劑

實(shí)驗(yàn)所用藻種為文獻(xiàn)報(bào)道中污水凈化常用藻屬中的斜生柵藻FACHB-416，培養(yǎng)基為BG11，在光照強(qiáng)度約 5000lx 、培養(yǎng)溫度 25^°C（±0.5^°C） 、光照周期12h：12h 的全溫?fù)u瓶柜中培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期待用（陳建楠等，2020；王燕燕，2021）。菌種來(lái)自山東大學(xué)（青島校區(qū)）污水處理站好氧活性污泥的上清液。

實(shí)驗(yàn)采用人工模擬城市污水處理廠二級(jí)出水，采用分析純蔗糖/葡萄糖、 （NH₄）₂SO₄ ， KNO₃ 、K₂HPO₄?3H₂O 分別模擬污水中的COD、 NH₄⁺ -N、NO₃^- -N和TP組分，采用分析純 H₃BO₃?MnCl₂?4H₂O 、ZnSO₄7H₂O，CuSO₄5H₂O，Na₂MoO₄2H₂O，Co（NO₃）₂ 6H₂O 配置A5溶液（楊雅楠，2023），提供微生物生長(zhǎng)所需微量元素。初始pH調(diào)整到9（李曉偉等，2016）。SMZ（純度 99% 購(gòu)自上海麥克林生化科技股份有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1常規(guī)污染物去除為更好地控制變量，采用人工配水模擬城市污水處理廠二級(jí)出水進(jìn)行研究，將斜生柵藻與細(xì)菌接種至人工配水，于全溫?fù)u瓶柜中培養(yǎng)，培養(yǎng)過(guò)程的光強(qiáng)、溫度與藻種培養(yǎng)要求一致，所有組均未添加抗生素，其他條件詳見(jiàn)表1，以考察光暗條件、氮源、HRT對(duì)藻菌共生體系凈水的影響并明晰藻與菌在共生體系中的作用。每組設(shè)置3個(gè)平行，每天隨機(jī)調(diào)換錐形瓶位置3次。

1.2.2抗生素與常規(guī)污染物的協(xié)同去除鑒于污水中通常能檢測(cè)到的抗生素種類(lèi)可多達(dá)近百種（Wangetal，2024），且這些抗生素濃度多分布在 ng/L 至 μg/L 范圍內(nèi)（張慧，2023），實(shí)驗(yàn)以 mg/L 水平的SMZ為代表模擬復(fù)雜的抗生素類(lèi)群，研究其對(duì)藻菌系統(tǒng)的影響。藻菌共生體系的藻、菌接種密度分別為 1×10⁶mg/L 和 1×10⁴mg/L 。在優(yōu)化氮源 （40mg/LNO₃–N） 的基礎(chǔ)上，考察不同光暗條件（光暗比 或黑暗條件）、SMZ濃度 （0～10mg/L） 影響下藻菌共生體系的凈水效果。根據(jù)光暗條件和SMZ濃度對(duì)各組命名，光照組依次為L(zhǎng)0、L1、L4、L7和L10；黑暗組依次為D0、D1、D4、D7和D10，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表2所示。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1藻、菌數(shù)量測(cè)定藻細(xì)胞使用血球計(jì)數(shù)板在光學(xué)顯微鏡下計(jì)數(shù)（Guoetal，2020）；菌的數(shù)量使用稀釋涂布平板法測(cè)定，這是一種常用的可培養(yǎng)菌計(jì)數(shù)方法（鄭麗平，2021）。

1.3.2水質(zhì)參數(shù)測(cè)定水樣中TP ?NO₃^--N，NH₄⁺-N 和COD分別采用鉬酸銨分光光度法（GB11893一89）、紫外分光光度法（HJ/T346—2007）、納氏試劑比色法（GB7479—87）和重鉻酸鹽法（GB11914—89）測(cè)定。

1.3.3SMZ濃度測(cè)定水樣中SMZ濃度采用高效液相色譜法測(cè)定，色譜柱：WatersUPLCC18柱0 ?50mm×2.1mm，1.7μm） ；流動(dòng)相： 0.1% 甲酸水溶液與乙晴體積比80：20；流速： 1mL/min ；柱溫： 35^°C ；檢測(cè)器：紫外檢測(cè)器，波長(zhǎng)為 270nm ；進(jìn)樣量： 20μL 。

1.3.4數(shù)據(jù)處理與分析本研究所有實(shí)驗(yàn)均做3組平行，使用IBMSPSSStatistics26對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析， Plt;0.05 表示存在顯著差異，使用Origin2018軟件進(jìn)行圖表繪制，采用Canoco5.0軟件進(jìn)行冗余分析（redundancyanalysis，RDA）。

2結(jié)果與分析

2.1不同因子對(duì)藻菌共生體系常規(guī)污染物去除的影響

2.1.1光暗條件實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)藻菌共生體系與單一 微藻體系在不同光暗條件下的pH、溶解氧（DO）如 圖1a所示。光照條件下藻菌共生體系的pH、DO普 遍高于黑暗組。藻菌共生體系的pH值在光暗條件 下的差異高于純微藻體系，而共生體系的DO值在光 暗條件下的差異低于純微藻體系。

對(duì)藻菌共生體系的常規(guī)污染物去除效果（圖1b）分析發(fā)現(xiàn)，光照條件下，3d的TP去除率可達(dá) 80% 以上，7d可實(shí)現(xiàn)近 100% 去除，此時(shí)， NH₄⁺ -N去除率近60% ；黑暗條件下，TP和 NH₄⁺ -N去除效果較差（不足30% ，甚至出現(xiàn)后期（7d濃度反彈?？傮w而言，光照條件下藻菌共生體系中 及 NH₄⁺-N 的7d去除率顯著高于黑暗環(huán)境，差異最高可分別達(dá) 85.51% 、24.88% 和 60.03% 。光暗條件對(duì)COD的去除影響較小，且COD經(jīng)過(guò)7d的處理，其去除率均高于 80%

圖1c、1d以進(jìn)水含 NH₄⁺ -N的體系為例，從污染物去除和生物量的角度分析了藻菌共生體系對(duì)比單一細(xì)菌或單一微藻體系的凈水優(yōu)勢(shì)。相比單一細(xì)菌體系，光照條件下的藻菌共生體系TP去除提升 93.94% （Plt;0.05） ， NH₄⁺ -N去除提升 66.91%（Plt;0.05） 。然而，單一菌體系具有較好的COD去除能力 90.89% 和一定的反硝化脫氮功能 （18.07%） 。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期中，光照條件有利于藻菌體系中藻的生長(zhǎng)，7d藻密度比黑暗條件高 264.00%（Plt;0.05） ；但光照對(duì)細(xì)菌密度影響較小。此外，光照條件下藻菌體系的7d藻密度比單一的藻體系高 10.98%（Plt;0.05） 。菌密度在初期快速增長(zhǎng)后，實(shí)驗(yàn)中期有所減少，隨后又出現(xiàn)增長(zhǎng)，7d的菌密度遠(yuǎn)高于藻密度 （Plt;0.05） 。

a.各體系在光暗條件下的pH、DO，b.光暗條件下共生體系的污染物去除率，c.純菌體系與光照下藻菌共生體系的7d污染物去除率，d.光暗條件下各體系的藻、菌生長(zhǎng)曲線；不同字母表示各體系間差異顯著 （Plt;0.05） 。

2.1.2進(jìn)水氮形態(tài) 進(jìn)水中 NH₄⁺-N，NO₃^--N 同時(shí)存在的藻菌共生體系（硝氨組）藻密度在實(shí)驗(yàn)前5d均高于進(jìn)水中氮全部以 NO₃?-N 形態(tài)存在的藻菌體系（純硝組）。純硝組微藻遲滯期較長(zhǎng)，后期藻能夠快速增長(zhǎng)（圖2a）。在光照條件下，硝氨組對(duì)污水中 NH₄⁺ -N去除效果優(yōu)于 NO₃?-N（Plt;0.05），7d 的 NH₄⁺ -N去除率達(dá)到 -N去除率僅為 3.76% （圖2b）。純硝處理組的凈水效果更佳，TP、 NO₃^- -N和COD的去除率相對(duì)于硝氨組分別能夠提升 9.13%.40.76% 和 11.23% 。純硝組藻菌對(duì) NO₃? -N的去除率和去除速率均高于硝氨組 （Plt;0.05） ，即純硝組的藻菌對(duì)于 NO₃? -N利用更加徹底，光照下7d去除率可達(dá) 44.52% 。純硝組在光照條件下的整個(gè)處理過(guò)程中未出現(xiàn) NH₄⁺ -N的生成或累積。除了 NO₃? -N的去除優(yōu)勢(shì)，純硝組TP與COD的去除率、去除速率均值亦高于硝氨組。

2.1.3水力停留時(shí)間圖3為光照條件下不同HRT的藻菌共生體系對(duì)4種常規(guī)污染物的去除率和去除速率，當(dāng)HRT從3d延長(zhǎng)到 7d，TP，NO₃-N，NH₄+- N和COD的去除率均值分別從 85.16%.-0.32%.26.26.71%.57.28% 提升至 95.37%.24.14%.58.45%.89.96% ，各組間去除率可最高提升 22.74%30.12%31.74% 和 37.52‰ 然而 NO₃? -N、NH₄⁺ -N和COD的去除速率無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，TP的去除速率從 0.85mg/（L?d） 降低到 0.41mg/（L?d）（Plt;0.05） 。

2.2抗生素與常規(guī)污染物的協(xié)同去除

2.2.1抗生素的去除規(guī)律光照條件下， 1～7mg/L 的SMZ對(duì)10d的藻密度無(wú)提升作用，添加 10mg/L 的SMZ時(shí)藻密度均值為對(duì)照組的 148.08% （圖4a），而添加SMZ組的菌密度明顯低于未添加SMZ組（ Plt;0.05） 。黑暗下的藻密度隨SMZ濃度提升也呈升高趨勢(shì)，而菌密度隨SMZ濃度先升高后降低，當(dāng)SMZ初始濃度為 4mg/L 時(shí)， 10d 后的菌密度達(dá)2.9×10⁶ 個(gè) /mL ，相對(duì)黑暗中其他濃度組最高 _{（Plt;0.05）} 。

圖4b4c表明，藻菌共生體系對(duì)SMZ的去除率偏低，10d的去除率為 0～28.74% ，最高值出現(xiàn)在D7組。由圖4c可知，暗條件下SMZ去除率均值呈現(xiàn)隨SMZ濃度升高先增長(zhǎng)后下降的趨勢(shì)，從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度分析，初始SMZ濃度為 10mg/L 這一偏高濃度時(shí)，其去除受到抑制。

2.2.2抗生素對(duì)常規(guī)污染物去除的影響規(guī)律在SMZ脅迫下，光照組在10d的實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)TP、 NO₃^- -N的持續(xù)去除。有SMZ存在時(shí)光照組的 TPl0d 去除率依然高達(dá) 97.17% 。 10mg/L 的SMZ濃度條件下， 10d 的 NO₃? -N去除率為 65.57% ，顯著高于無(wú)SMZ組 （Plt;0.05） 。此外，高濃度 SMZ（10mg/L） 顯著刺激了 NH₄⁺ -N生成，其濃度從 0.12mg/L 的進(jìn)水水平增加至10d的 1.04mg/L 0

黑暗條件下SMZ對(duì)常規(guī)污染物的去除影響規(guī)律與光照條件下存在差異。有SMZ存在時(shí)，10d的 NH₄⁺-N 濃度比無(wú)SMZ組高出 80.16%～168.33% （ （Plt;0.05） ）。COD在10d的去除率為 55.61%～ 96.00% ， 10mg/L 的SMZ濃度條件下最高 （Plt;0.05） 。然而，黑暗條件下SMZ存在與否對(duì)TP和 NO₃?-N 的去除無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)的影響。

3討論

3.1藻菌共生體系對(duì)常規(guī)污染物去除的關(guān)鍵影響因素

光照作為影響微藻代謝的關(guān)鍵因素，在藻菌共生體系中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用（沈雷等，2024；Sartorietal，2022）。光照誘發(fā)微藻光合作用是本實(shí)驗(yàn)中pH與DO在光照組高于黑暗組的主要原因。此外，藻菌的多種代謝作用也會(huì)綜合影響系統(tǒng)pH及DO，進(jìn)而調(diào)控微生物對(duì)污染物的去除路徑（高林利等，2023；安余梁等，2024；李麗等，2024）。為了進(jìn)一步研究藻菌體系中污染物去除的關(guān)鍵因素以及多污染物協(xié)同去除規(guī)律，采用冗余分析考察各污染物去除率、pH、DO、藻菌密度與進(jìn)水水質(zhì)及處理?xiàng)l件的關(guān)系（圖6）。結(jié)果表明，DO與 NO₃^- -N去除率負(fù)相關(guān)，且與 NH₄⁺ -N去除率正相關(guān)；pH對(duì)氮素去除的影響與DO相反。光照條件下，微藻生長(zhǎng)旺盛，同化吸收污水中的氮、磷，同時(shí)光合作用提升了水中的DO和pH水平，為細(xì)菌的氨氧化作用提供了充足的氧氣和堿度，進(jìn)一步促進(jìn)了 NH₄⁺ -N的有效去除，而高DO和高pH環(huán)境不利于反硝化去除NO₃^- -N（于格江，2023）。與光照條件相比，黑暗環(huán)境下由于缺乏適宜的光照與DO條件，不僅減弱了微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用，還加劇了藻細(xì)胞裂解釋放胞內(nèi)物質(zhì)（劉笑，2024），導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)后期TP、 NH₄⁺ -N濃度增加。劉娥（2017）的研究發(fā)現(xiàn)，在光暗比為 的條件下，藻菌體系對(duì)正磷酸鹽和 NH₄⁺ -N的8d去除率分別比黑暗條件下高約 60% 和 45% ，本研究結(jié)果與其差異大致吻合。

進(jìn)水中氮的形態(tài)也會(huì)影響藻菌共生體系對(duì)污染物的凈化效果。相比于 ，微藻對(duì) NH₄⁺ -N的代謝過(guò)程更短，耗能更少（唐贊超，2023）。因此，微藻代謝通常優(yōu)先使用 NH₄⁺-N （唐贊超，2023），這也是純硝組微藻生長(zhǎng)遲滯期更長(zhǎng)的原因。此外，硝化-反硝化被認(rèn)為是微生物脫氮的重要途徑（Zhouetal，2022），兩過(guò)程所需環(huán)境條件不同。硝化過(guò)程消耗氧氣和堿度；反硝化過(guò)程消耗有機(jī)質(zhì)并提升堿度（劉靈婕，2022）。進(jìn)水氮形態(tài)不同決定了細(xì)菌脫氮所需的差異性條件，當(dāng)進(jìn)水中氮僅以 NO₃^- -N形式存在時(shí)，系統(tǒng)反硝化作用實(shí)現(xiàn)對(duì)氮去除率及去除速率的提升，且對(duì)COD、TP去除無(wú)消極影響。這與王坤（2022）的研究結(jié)果一致，其結(jié)果表明，當(dāng) NO₃^- -N為微囊藻-好氧反硝化細(xì)菌共生系統(tǒng)的唯一氮源時(shí)， NO₃^- -N的去除率（近 100% 高于以 NH₄⁺ -N和 NO₃^- -N為混合氮源的體系 （70.9%） 。同時(shí)，當(dāng)進(jìn)水氮源為單一的 NO₃^- -N時(shí)，其對(duì)微藻生長(zhǎng)具有積極影響（圖6），藻菌系統(tǒng)中的微藻可為細(xì)菌提供氧氣、OH和胞外分泌物（EPS）有機(jī)質(zhì)，對(duì)細(xì)菌氮代謝起到調(diào)控作用（安浩等，2024；寧衛(wèi)豪，2024）。

HRT直接影響著污水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除效果以及生物質(zhì)的生產(chǎn)效率（于格江，2023）。若HRT過(guò)短，導(dǎo)致進(jìn)水與藻菌的接觸時(shí)間減少，系統(tǒng)處理效果不佳，穩(wěn)定性差；在污染物去除率已達(dá)到較高水平的前提下，適當(dāng)縮短HRT可以提高去除速率，節(jié)約成本（王鋅針，2023）。李冉等（2023）采用藻菌生物反應(yīng)器處理油田污水，當(dāng)HRT從5d減少到 12h 時(shí)污染物去除效果顯著下降。隨著HRT縮短污染物的去除率呈降低趨勢(shì)，這與本研究HRT為7d時(shí)的去除率優(yōu)于3d的結(jié)果相似。錢(qián)銳（2021）利用藻菌體系處理養(yǎng)豬廢水的厭氧發(fā)酵液，HRT為8d時(shí)的處理效果最好?？梢?jiàn)，不同報(bào)道中的系統(tǒng)最優(yōu)HRT存在差異，這主要受到所用反應(yīng)器設(shè)計(jì)、廢水特性以及操作條件等因素的影響。實(shí)際應(yīng)用中還需要調(diào)整HRT以兼顧污染物凈化率與凈化效率。

3個(gè)影響因素的各組去除率差異數(shù)據(jù)與冗余分析結(jié)果表明，光暗條件在污染物去除率方面具有最大的調(diào)控潛力。對(duì)于藻類(lèi)塘而言，在自然光照下，微藻生物量達(dá)到 0.5～1g/L 時(shí)，光在微藻中的穿透深度不超過(guò) 5cm （朱世鈺等，2024）。較深層藻菌可認(rèn)為處于黑暗狀態(tài)，嚴(yán)重抑制污染物去除效率，可通過(guò)光纖技術(shù)實(shí)現(xiàn)深層水體照明（Sunetal，2016）。在工程應(yīng)用中，進(jìn)水組分穩(wěn)定，氮素形態(tài)轉(zhuǎn)化的前處理或增加HRT均需要增加工程占地和運(yùn)營(yíng)成本；而光照調(diào)節(jié)無(wú)需增加工程占地，基建成本較低，無(wú)需增加后續(xù)運(yùn)營(yíng)成本，具有良好的可行性。

A-D：藻密度；B-D：菌密度；Light：光照條件； NO₃? -NForm： NO₃. -N 為進(jìn)水氮形態(tài)； TP_re ：TP去除率； NO₃?_-N_re NO₃? -N去除率; NH₄⁺-N_re NH₄⁺ -N去除率； COD_re ：COD去除率； SMZ_re ：SMZ去除率。

A-D：algal density;B-D：bacterial density;LD：light condition; NO₃. -NForm：nitratenitrogenas the nitrogen form of influent; TP_re TP removal efficiency; NO₃^- -Nre： NO₃. -Nremoval efficiency; NH₄⁺ -Nre： NH₄⁺ -N removal efficiency; COD_re ：CODremoval efficiency; SMZ_re SMZ removal efficiency.

Fig.6 Redundancyanalysisof pollutantremoval inalgal-bacterialsystems

3.2藻菌在各類(lèi)污染物去除中的功能

圖1b、圖1d數(shù)據(jù)及圖6分析表明：TP與 NH₄⁺-N 的去除率及藻密度均與光照正相關(guān)，驗(yàn)證了光照條件下微藻的生長(zhǎng)與污染物同化吸收是影響二者去除的關(guān)鍵因素。牛曼（2010）和鄭思米等（2022）的研究分別證明了藻菌系統(tǒng)中微藻對(duì)于磷和 NH₄⁺ -N的去除發(fā)揮了更為重要的作用，印證了本文的研究結(jié)論。細(xì)菌的氨氧化作用是 NH₄⁺ -N代謝的另一路徑（Falla-hietal，2021）。在這個(gè)過(guò)程中，微藻釋放氧氣為細(xì)菌的氨氧化提供必需的電子受體并消耗 CO₂ 提升堿度，強(qiáng)化 NH₄⁺ -N的氧化過(guò)程（Arunetal，2021）。同時(shí)，細(xì)菌通過(guò)呼吸作用釋放的二氧化碳和分解有機(jī)物釋放的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以及分泌的生長(zhǎng)因子如維生素，都能促進(jìn)微藻的代謝活動(dòng)，間接提升其同化作用（Zhouetal，2023b）。藻菌互營(yíng)是光照條件下藻菌體系相比純?cè)逑到y(tǒng)DO更低的原因（王榮昌等，2018）。

如圖1d所示，光暗條件對(duì)微藻生長(zhǎng)具有顯著促進(jìn)作用，但對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)代謝影響較??；且光暗條件對(duì)COD及 NO₃? -N去除影響顯著低于其對(duì)TP和 NH₄⁺ -N的影響，間接說(shuō)明COD與 NO₃^- -N的去除與細(xì)菌代謝相關(guān)性高于微藻。從理論上分析，COD是細(xì)菌與微藻異養(yǎng)代謝的重要碳源和能源（付月寶等，2024），在黑暗條件下，細(xì)菌對(duì)有機(jī)碳源的競(jìng)爭(zhēng)能力高于微藻。微藻釋放的EPS及微藻細(xì)胞裂解釋放的有機(jī)質(zhì)均可作為反硝化細(xì)菌的碳源，促進(jìn)反硝化作用脫除 NO₃? -N（包美玲等，2024）。微藻光合作用與菌的反硝化反應(yīng)都是產(chǎn)堿的過(guò)程（盧天翔，2024；馬小麗，2018），這是藻菌系統(tǒng)相較于純?cè)逑到y(tǒng)在光暗條件下pH差異更高的原因。

盡管光照條件下微藻的生長(zhǎng)狀態(tài)更佳，但光暗條件對(duì)SMZ去除效率的影響并不顯著，這說(shuō)明微藻在SMZ去除中的直接作用有限。細(xì)菌對(duì)光照變化的敏感度相對(duì)較低（Sunetal，2022），在黑暗條件下，SMZ去除率與細(xì)菌密度的正相關(guān)趨勢(shì)表明細(xì)菌可能在其去除過(guò)程中發(fā)揮了更重要的作用。如圖4所示，在D7和D4組中的細(xì)菌密度較高，SMZ的去除效果也更佳。此外，圖6的結(jié)果顯示，SMZ的去除率及菌密度均與光照呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明了細(xì)菌與微藻之間存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，且SMZ去除與微藻代謝相關(guān)性低。綜上所述，藻菌體系中，微藻和細(xì)菌在不同種類(lèi)污染物去除中的作用途徑和貢獻(xiàn)不同，但兩者在氣體、有機(jī)質(zhì)和堿度等方面的互利關(guān)系強(qiáng)化了兩者的污染物去除性能。

3.3藻菌共生體系對(duì)抗生素與常規(guī)污染物的協(xié)同去 除規(guī)律

不同濃度的SMZ對(duì)常規(guī)污染物去除會(huì)產(chǎn)生影響，這種影響因黑暗與光照、短期和長(zhǎng)期而異。RDA結(jié)果表明，SMZ的去除率與其初始濃度呈正相關(guān)關(guān)系，TP和COD的去除率與SMZ初始濃度相關(guān)性較弱； 去除率同樣顯示出與SMZ初始濃度的正相關(guān)性； NH₄⁺ -N的去除率則與SMZ初始濃度呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。

圖4a不同SMZ濃度處理組的藻菌密度對(duì)比表明，高濃度SMZ的添加改變了藻菌體系中的微生物群落結(jié)構(gòu)，這可能導(dǎo)致污染物去除效果的差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SMZ的添加并未抑制藻菌體系對(duì)磷的去除。從原理上分析，較高濃度SMZ促進(jìn)了微藻的生長(zhǎng)，從而增強(qiáng)了其對(duì)磷的同化作用（孟子棋和唐婧，2024）。同時(shí)，SMZ抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)與代謝過(guò)程（鄭可，2019），可能降低其對(duì)磷的需求。趙美玲（2012）的研究也顯示， 5mg/L 的磺胺甲惡唑能夠降低聚磷菌的磷去除率。在多重因素的影響下，2種光暗條件下SMZ的添加對(duì)系統(tǒng)脫磷均無(wú)顯著影響。有報(bào)告指出，高濃度的土霉素 （4.0mg/L） 能夠降低藻菌體系對(duì)TP的去除率（郭軍利等，2024），這些差異性結(jié)果可能是抗生素的化學(xué)特性、作用機(jī)制的不同以及各類(lèi)微生物對(duì)抗生素的不同敏感性所致（馬娟等，2019）。

黑暗條件下，較高濃度的SMZ促進(jìn)了COD去除。從理論分析，在黑暗環(huán)境中，微藻的生長(zhǎng)受到抑制，SMZ的存在可能進(jìn)一步加劇其細(xì)胞的破裂，產(chǎn)生COD（包美玲等，2024）。然而，SMZ引發(fā)的應(yīng)激反應(yīng)可能導(dǎo)致微生物對(duì)能量的需求增加（Lobritzetal，2015），從而增加了對(duì)COD的消耗；此外，SMZ的加入導(dǎo)致微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，改變了體系的COD降解能力（Kikietal，2023）。這些因素共同作用，使得在黑暗中，高濃度的SMZ有助于COD的去除。在光照條件下，盡管微藻生長(zhǎng)活動(dòng)旺盛、密度較高，且SMZ可能會(huì)促進(jìn)EPS的釋放（李冬等，2024；Baiamp;Ji，2023），但這種影響在實(shí)際結(jié)果中并不顯著。

光照條件下，高濃度的SMZ促進(jìn)了 NO₃^- -N的轉(zhuǎn)化。這可能是因?yàn)楦邼舛萐MZ刺激微藻細(xì)胞釋放EPS等有機(jī)碳（Baiamp;Ji，2023），為反硝化細(xì)菌提供了更多的碳源，促進(jìn) NO₃^- -N去除（包美玲等，2024）。此外，SMZ刺激微藻生長(zhǎng)，增強(qiáng)其氮源需求也可能是NO₃^- -N去除的原因（朱文秀，2021）。而在黑暗條件下，微藻的生長(zhǎng)受到限制，該條件下的藻密度比光照條件的藻密度低1個(gè)量級(jí)，SMZ刺激供碳能力有限，因此并未表現(xiàn)出對(duì) NO₃?-N 去除的促進(jìn)作用。

高濃度的SMZ能夠促進(jìn) NH₄⁺ -N的產(chǎn)生，該促進(jìn)作用在黑暗條件下更為顯著。這可能是因?yàn)楹诎禇l件下無(wú)微藻光合作用產(chǎn)氧，系統(tǒng)處于缺氧甚至厭氧條件，微生物對(duì) 的還原作用更為活躍（安浩等，2024）。加之黑暗下微藻的生長(zhǎng)代謝活動(dòng)受限（胡媛媛，2023），導(dǎo)致 NH₄⁺-N 在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)逐漸積累。此外，微生物細(xì)胞的破裂同樣會(huì)釋放 NH₄⁺ -N，這也是導(dǎo)致 NH₄⁺ -N濃度后期升高的原因之一（盧易彤，2023）。

總體而言，SMZ不會(huì)對(duì)磷和COD去除產(chǎn)生顯著抑制作用，但應(yīng)當(dāng)注意SMZ可能導(dǎo)致的 NH₄⁺ -N排放不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。這一問(wèn)題可以通過(guò)增強(qiáng)光照來(lái)促進(jìn)光合作用釋放氧氣，進(jìn)而加強(qiáng) NH₄⁺-N 的氧化作用來(lái)解決。

4結(jié)論

（1）影響常規(guī)污染物去除效果的3種因素（光、氮素形態(tài)、HRT）中，光照條件以其對(duì)微藻生長(zhǎng)的顯著影響展現(xiàn)出其在系統(tǒng)凈水中的關(guān)鍵作用。此外，光照調(diào)控在工程中具有較好的可行性。

（2）藻菌共生體系中參與TP和 NH₄⁺ -N去除的主要是微藻，而SMZ的去除可能主要通過(guò)細(xì)菌的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。SMZ能夠調(diào)控藻菌群落結(jié)構(gòu)， 10mg/L SMZ可降低可培養(yǎng)菌密度，但刺激微藻暗環(huán)境異養(yǎng)生長(zhǎng)。

（3）不同濃度的SMZ對(duì)常規(guī)污染物的去除效果影響會(huì)因環(huán)境條件（黑暗與光照）和暴露時(shí)間（短期與長(zhǎng)期）的不同而有所差異。 10mg/L SMZ可提升光照條件下系統(tǒng)對(duì) NO₃?-N 的去除，但誘發(fā)黑暗環(huán)境下NH₄⁺ -N的大量生成。

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（責(zé)任編輯 鄭金秀 劉暉）

Key Factors Influencing Water Purification and Removal Rules for Multiple Pollutants in an Algal-Bacterial System of Scenedesmus obliquus-Activated Sludge

TIAN Wanqing1，GANLu1， ZHUANGLinlan1， ZHANG Jian1， 2 （1.School of Environmental Science amp; Engineering，Shandong University， Qingdao 266237，P.R.China; 2. College of Geography and Environment， Shandong Normal University， Jinan 250358，P.R. China）

Abstract： To provide guidance for the eficient removal of antibiotics and conventional polltants using the algal-bacterial symbiotic system， we explored multi-factor regulation eficiency，the dynamics of algal and bacterial density，and the interaction between antibiotics and conventional polutants during water purification.In this study，an algal-bacterial system of Scenedesmus obliquus and activated sludge was constructed to treat secondary efuent. We quantitatively compared the impacts of light-dark conditions， nitrogen form，and hydraulic retention time （HRT） on the removal efficiency of conventional pollutants. Further， we explored the response of algal/bacterial biomass to an external stressor，and the subsequent removal eficiency of multiple pollutants and antibiotics. This was accomplished by adding the antibiotic sulfamethoxazole （SMZ） at various concentrations （0，1，4，7，10mg/L） ）to the algal-bacterial system， under both light and dark conditions.Light was the key environmental factor affecting the algal-bacterial symbiotic system， and significantly improved pollutant removal by promoting nitrogen and phosphorus assimilation by the microalgae. Compared with dark conditions，the removal rates of total phosphorus （TP）， nitrate nitrogen （NO₃?-N） ，and ammonia nitrogen （NH₄⁺-N） ）on day 7 increased by 85.51% 24.88% and 60.03% ，respectively. Light promoted S. obliquus growth and，on day 7，algal density was higher by 264.00% （ ?-0.05 ）compared with the dark treatment. Under illuminated conditions， increasing the HRT from 3 days to 7 days enhanced mean removal of TP from 85.16% to 95.37% ， NO₃^- -N from -0.32% to 24.14% NH₄⁺ -N from 26.71% to 58.45% ，and COD from 57.28% to 89.96% .While the differences for NO₃^- -N， NH₄⁺ -N，and COD were not statistically significant， the TP removal rate did decrease significantly， from 0.85mg/（L?d） to 0.41mg/（L?d） 1 （Plt;0.05） . The removal rate of SMZ was low in the algal-bacterial symbiotic system， with a removal range of 0-28.74% on day 10. The high SMZ concentration （ 10mg/L） ） had opposite effects on algae and bacteria growth.Although SMZ inhibited bacterial growth， its removal was mainly attributed to bacterial metabolism， supplemented by microalgae.The high concentration of SMZ also promoted nitrate nitrogen removal under light conditions.

Key words： Scenedesmus obliquus; activated sludge; antibiotics; nitrogen and phosphorus removal; influencing factor; synergistic removal