《Bioresource Technology Reports》：Sustainable nutrient recovery process in brackish aquaculture effluent with microalgae technology
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本研究针对水产养殖废水富营养化引发的环境风险，通过微藻技术实现养分回收与水质净化。研究人员以Parachlorella kessleri为核心，在半咸水循环水养殖系统（RAS）废水中开展批次与半连续培养实验，通过补充磷与微量元素显著提升生物量产率（批次最高91.72 mgSS·L?1·d?1），并实现氮磷高效去除（TDN>99%，TDP>97%）。该技术同步产出高价值生物质（富含脂类、碳水化合物与蛋白质），为 aquaculture 行业提供“废水处理-资源回收-生物质增值”的闭环解决方案，推动循环生物经济发展。
随着全球水产养殖业的迅猛扩张，大量富含氮、磷等营养盐的废水被排放至自然水体，引发水体富营养化、生态退化等一系列环境问题。传统流水养殖系统（FTS）耗水量大且污染物扩散范围广，而循环水养殖系统（RAS）虽能显著降低用水量（达93%），但其尾水中悬浮固体与营养盐浓度更高，对后续处理工艺提出更严苛的要求。在此背景下，如何高效去除废水中的养分并将其转化为有价值资源，成为 aquaculture 可持续发展的重要课题。微藻技术因其能够利用光合作用将废水中的营养盐与CO2转化为生物质，同时实现水质净化与资源回收，被视为极具潜力的解决方案。
本研究聚焦于半咸水RAS废水，选用绿色微藻Parachlorella kessleri作为研究对象。该藻种以生长快速、能积累脂质与淀粉著称，在废水处理与CO2固定方面展现出良好适应性。研究团队通过系统评估不同营养补充策略对微藻生长、养分去除效率及生物质组成的影响，旨在优化培养条件，为工业化应用提供理论依据与实践路径。
关键技术方法
实验分为两个阶段：Phase 1采用2 L批次反应器，比较5种营养补充条件对P. kessleri生长与成分的影响；Phase 2基于最优条件在8 L反应器中开展半连续培养，以24小时为周期调整生物量浓度，模拟连续运行模式。废水样本取自西班牙Cádiz的Senegalensis Solea养殖场RAS系统，经预处理（过滤、灭菌）后用于培养。生物量通过光学密度（OD680nm）与悬浮固体（SS）测定，养分浓度依据APHA标准方法分析，生物质成分（脂质、蛋白质、碳水化合物）采用比色法量化。
研究结果
3.1 废水特性与营养限制
RAS废水中总溶解氮（TDN）浓度为20.81±2.55 mg·L?1，以硝酸盐（NO3?）为主（18.75 mg·L?1），但总溶解磷（TDP）仅0.09 mg·L?1，氮磷比高达299:1，远高于Redfield比率（16:1）。该结果表明磷是微藻生长的主要限制因子。
3.2 批次培养：营养补充显著提升生产力
在未补充磷的废水中（Condition 2），P. kessleri出现叶绿素降解（氯化现象），生物量产率仅为22.24 mgSS·L?1·d?1。通过添加双倍浓度磷酸盐（Condition 3），产率提升至52.68 mgSS·L?1·d?1；进一步补充微量元素（Condition 4）与维生素（Condition 5）后，产率分别达85.29与91.72 mgSS·L?1·d?1。营养充足条件下，TDN与TDP去除率均超过95%，出水氮磷浓度低于欧盟最严排放标准（TDN<8 mg·L?1，TDP<0.5 mg·L?1）。
3.3 半连续培养：稳定运行与成分调控
在半连续操作中（HRT=10.89 d），生物量产率维持在78±27.70 mgSS·L?1·d?1，TDN与TDP去除率分别为62.62%与99.43%。生物质成分分析显示，磷限制条件（Condition 2）促使脂质积累达38.7%，而营养充足时（Condition 5）碳水化合物与蛋白质含量更高（分别达36.73%与19.87%）。半连续运行下脂质比例降至15.4%，表明稳态培养更利于能量存储型成分合成。
结论与意义
本研究证实P. kessleri能够高效处理半咸水养殖废水，并通过营养调控实现生物质定向增值。最大生物量产率（91.72 mgSS·L?1·d?1）需依赖磷与微量元素的补充，而养分限制条件可诱导脂质超积累（38.7%）。该技术不仅产出达标的再生水，更将废水中的养分转化为高值生物质，可用于水产饲料、生物燃料或功能性成分提取。这一“微藻-废水”集成系统为 aquaculture 行业提供了资源闭环的可行路径，显著提升水、养分与能源的利用效率，对推动循环生物经济与实现联合国可持续发展目标（SDG-6、SDG-7、SDG-13）具有重要实践意义。
