这是一项关于利用城市废水同时进行微藻营养去除与脂质生产的筛选研究。主要作者为P.D. Álvarez-Díaz，其隶属单位为西班牙加迪斯大学安达卢西亚科学与海洋技术中心（CACYTMAR）环境技术系，其他作者分别来自法国CEA-Cadarache第三代生物质组、西班牙AlgaDES公司、FCC Aqualia公司以及Chiclana Natural S.A.M.公司。该研究发表于《Algal Research》2017年第24卷，页码为477至485。

从学术背景来看，该研究属于微藻生物技术与废水处理交叉领域。随着化石燃料资源逐渐枯竭及其相关排放持续增加，利用含营养物质的废水和二氧化碳进行微藻培养，既有助于减少环境退化，又可为生物燃料工业提供原料。在微藻培养过程中，氮和磷的需求量远高于传统陆生作物，而氮肥生产能耗高，磷矿资源不可再生，因此利用废水作为营养来源是降低生命周期影响和成本的重要途径。然而，已有研究中不同微藻物种的培养条件与计算方法各异，难以进行有效比较。该研究旨在统一实验条件下对七种微藻进行筛选，评估其在废水中生长的能力、生物质产量、营养吸收以及脂质生产能力。值得注意的是，该研究使用了未经稀释的真实二级处理城市废水，而非灭菌或稀释废水，这使得结果更接近实际应用条件。

在实验流程方面，研究选取了七种微藻：小球藻（Chlorella vulgaris）、布朗葡萄藻（Botryococcus braunii）、凯氏小球藻（Chlorella kessleri）、索罗金小球藻（Chlorella sorokiniana）、斜生栅藻（Scenedesmus obliquus）、镰状纤维藻（Ankistrodesmus falcatus）和油丰新绿球藻（Neochloris oleoabundans）。废水取自西班牙奇克拉纳德拉弗龙特拉的“El Torno”污水处理厂二级出水，经1 μm玻璃纤维过滤后使用，其总氮为20.09 mg N/L，总磷为1.55 mg P/L，铵氮为15.79 mg NH₄-N/L。合成培养基选用Combo培养基作为对照。实验采用批式培养，在2000 mL硼硅酸盐烧瓶中进行，初始生物量约为0.1 g/L，光照强度为143 μmol·m⁻²·s⁻¹，光暗周期为14/10小时，温度为20 ± 1 °C，底部通入空气并添加4%二氧化碳。生物量通过光密度与干重的标准曲线每日测定；总氮和总磷经氧化后以比色法测定；总脂质采用改良的Takagi等提取方法，以三氯甲烷/甲醇混合溶剂超声提取。生物量生长数据拟合Verhulst生长模型，营养消耗数据拟合光生物处理模型（photobiotreatment model），并计算最大日氮去除量（MDNR）和最大日磷去除量（MDPR）。此外，脂质产率由生物质产率与脂质含量相乘得到。最后，对各变量进行标准化处理以综合评价物种表现。

在主要结果方面，几乎所有受试物种均可在两种培养基中生长，但油丰新绿球藻在废水中无法正常生长，最大生物量仅为0.25 g/L。斜生栅藻在废水中获得最高生物量浓度（1.42 g/L），而小球藻在废水中获得最高生物质产率（107.0 mg/L·d）。与合成培养基相比，小球藻、凯氏小球藻和斜生栅藻在废水中的生物质产率均有所提高，分别增加了83.7%、57.5%和10.1%，布朗葡萄藻的生物质产率在废水中也提高了140.7%。布朗葡萄藻在两种培养基中均表现出约180小时的延滞期，其比生长速率也是研究中最低的之一。氮消耗方面，在合成培养基中所有物种均可耗竭溶解态氮，但在废水中大多数微藻未能完全去除氮，未消耗氮浓度（sna）与废水初始有机氮量相近，表明只有易利用的无机氮被消耗。然而，除油丰新绿球藻、布朗葡萄藻和镰状纤维藻外，其余物种的未消耗氮浓度均低于欧盟98/15/EC指令规定的10 mg/L排放限值。索罗金小球藻和斜生栅藻分别实现了最大日氮去除量6.6 mg N/L·d和4.3 mg N/L·d。磷去除方面，所有物种在两种培养基中均完全消耗了磷，满足欧盟排放限值。脂质含量方面，所有物种在合成培养基中的脂质含量均高于在废水中。废水条件下，斜生栅藻脂质含量最高，为36.75%，其次为镰状纤维藻35.53%和布朗葡萄藻29.59%；小球藻属物种脂质含量较低，例如普通小球藻仅为17.23%。合成培养基中，油丰新绿球藻脂质含量最高，达58.82%，但其在废水中几乎不积累脂质。脂质产率方面，斜生栅藻在两种培养基中均表现最佳，在废水中为29.8 mg lipids/L·d，其次为索罗金小球藻19.5 mg lipids/L·d和小球藻18.4 mg lipids/L·d。标准化综合评价显示，斜生栅藻在废水中的综合得分最高，索罗金小球藻次之。值得注意的是，废水中氮未被完全耗尽，使微藻在稳定期未经历氮饥饿，这可能是其脂质含量低于合成培养基的原因。此外，废水的氮磷比为12.9，属于磷缺乏型培养基，可能影响最终脂质积累。

研究结论认为，斜生栅藻是同时满足废水营养去除和脂质生产双重目标的最佳物种，索罗金小球藻也表现良好。相反，布朗葡萄藻和油丰新绿球藻不适合在废水中培养：前者生长速率过慢，后者则无法在未灭菌的实际废水中正常生长。废水中磷含量及氮磷比是影响微藻脂质积累的重要因子，若氮在稳定期未被完全消耗，则会抑制脂质积累。从应用价值来看，斜生栅藻在废水处理设施中具有良好生态适应性，且已有长期户外培养的先例，其生物质可通过热化学转化等途径用于生物原油生产，从而绕过因高ω-3脂肪酸含量而不适合直接用于生物柴油的限制。该研究的突出之处在于使用了统一实验条件和未经灭菌的真实废水，并通过标准化方法对多个变量进行了综合比较，为微藻筛选提供了可重复的评估范式。此外，研究揭示了真实废水中复杂成分对特定微藻物种生长的抑制作用，以及氮磷比调控对提高脂质产率的潜在工程意义，为后续微藻废水处理与能源回收一体化工艺的优化提供了依据。