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微藻用于污水深度处理有着能耗低、固定二氧化碳(CO2)、生成氧气(O2)、产生生物质能等优点。然而,藻细胞沉降性能差、难与处理水分离等问题使其工程化应用受阻。因此,实现微藻高效沉降分离与高密度培养是推动微藻污水深度净化技术工程化应用的关键。本课题通过施加选择性压力[沉淀时间:Settling Time,ST;周期体积交换比(每周期充水体积/反应器总体积):Volume Exchange Ratio,VER],形成一个临界沉降速度,淘汰沉降速度低的微藻,从而富集培养出可沉降微藻种属,以提升微藻的整体沉降性能。课题实验分两步进行:第一步为探索性实验,目的在于初步验证通过选择性压力富集培养可沉降微藻的可行性;第二步是扩展培养实验,着重研究可沉微藻的生理、生化特性、对污水深度净化的效果以及生物质利用的潜能。探索性实验中根据VER不同,设置了两组培养体系:VER=0.2和VER=0.7;每组内分别设置了ST=10、30、60 min的平行试验。扩展培养实验中设置了三组培养体系:VER=0.2,VER=0.5和VER=0.7;每组内分别设置了ST=10、60 min的平行试验。两步实验接种均为以实际二级处理出水为底物,实验室培养形成的以小球藻和栅藻为主的混合藻液。该混合藻液沉降性能较差(~30%)。探索性实验结果显示,通过施加沉淀时间和体积交换比等选择性压力确实可以淘汰沉降缓慢的微藻种属,实现可沉降微藻种属的富集培养。其中,VER=0.2时的培养体系最终选择出的优势微藻种属为颤藻(Oscillatoria sp.);实验期间最高生物量(MLSS)达2.745 g·L-1。而VER=0.7时的培养体系最终选择出的优势种属为直链硅藻(Melosira);实验期间最高生物量高达4.515 g·L-1。这两种优势种属均为沉降性能极佳的大型丝状微藻。它们在系统稳定运行期间,沉降率均可达100%。扩展实验中因VER不同,形成3种优势微藻体系:(1)颤藻(VER=0.2);(2)硅藻-颤藻共存(VER=0.5);(3)硅藻(VER=0.7)。对比两步实验不难发现:低VER易形成颤藻,高VER致硅藻出现,中VER则两种微藻兼有之。因此通过控制VER,完全可实现对可沉藻的定向培养。VER越高,沉降性能提升越快:VER=0.2、0.5和0.7时达到>97%沉降率所需培养时间分别为32、15和11 d;而同一体系中不同ST对沉降性能的提升基本没有影响。这说明高VER是快速富集可沉降种属的决定性因素。在水质净化方面,优势微藻种属对氮、磷的去除显示出不同的特点:(1)颤藻(VER=0.2)对硝酸氮(NO3-)的去除能力最强,去除率达98.7%(出水NO3--N浓度为0.04 mg·L-1);而硅藻-颤藻(VER=0.5)硅藻(VER=0.7)系统对NO3-的去除率分别为83.7%和64.1%(出水NO3--N浓度分别1.7和3.7 mg·L-1)。(2)磷的去除则基本不受优势种属影响,各体系均实现了平均99%以上的极佳除磷效果(出水PO43-浓度持续低于0.05 mg P·L-1)。藻细胞收获后可能具有一定的资源/能源利用价值。在扩展实验稳定运行期间,分别检测了富集微藻中的油脂、蛋白质和多糖含量。测定结果显示,所筛选出的颤藻和硅藻中油脂含量不高,分别为6.5%和10%,用于生物柴油生产的潜力不大。但蛋白质含量分别为47%和41%,可考虑对其中蛋白质的利用。以上研究表明,通过施加选择性压力可以从混合藻液中富集培养出沉降性能极佳的微藻种属。较大的体积交换比是快速富集可沉降微藻种属的关键选择性压力。此外,体积交换比还决定着优势微藻种属的类别。可沉藻的富集意味着实现微藻高密度培养和高负荷污水深度净化的良好潜力。