本文介绍了一项关于藻类与细菌协同处理酿酒厂废水的研究，由Brendan T. Higgins、Ingrid Gennity、Patrick S. Fitzgerald、Shannon J. Ceballos、Oliver Fiehn和Jean S. Vandergheynst等作者共同完成，发表于2018年的《npj Clean Water》期刊。该研究探讨了藻类与细菌在废水处理中的协同作用，特别是对酿酒厂废水的处理效果。
废水处理是环境保护和资源再利用的重要领域。传统的厌氧消化技术虽然能够有效减少废水中的有机碳负荷并产生甲烷，但对无机营养物（如铵和磷酸盐）的去除效果较差，这些营养物会残留在废水中，导致水体富营养化，进而引发有害藻类的大量繁殖。相比之下，藻类虽然对复杂有机分子的降解能力有限，但在去除废水中的氮和磷方面表现出色。此外，藻类生物质还可用于生物燃料和生物产品的合成。因此，将藻类培养在厌氧消化后的废水中，有望实现高质量废水的处理，减少有机和营养污染物的浓度，从而为灌溉等用途提供可再利用的水资源。
尽管已有大量研究探讨了藻类在处理各种废水（如乳制品、养猪场、酿酒厂、屠宰场和市政废水）中的应用，但大多数研究仅关注营养负荷的减少，而忽略了藻类与废水中原生微生物群落的相互作用。本研究旨在填补这一空白，探讨绿藻与酿酒厂废水中原生微生物群落的协同作用，特别是它们在废水处理中的互补性。
研究选择了两种绿藻——Auxenochlorella protothecoides和Chlorella sorokiniana，分别在酿酒厂废水中进行培养。废水样品分为“压榨前”、“压榨中”和“压榨后”三种类型，分别对应酿酒季节的不同阶段。研究分为以下几个步骤：
藻类在无菌废水中的培养：首先，将两种藻类分别培养在无菌过滤的废水中，以评估藻类单独对废水处理的效果。结果显示，两种藻类均能有效去除废水中的氮（>90%）、磷酸盐（>50%）和乙酸（100%）。此外，藻类在废水中的生长速度显著高于在最小培养基中的生长速度。
藻类与原生微生物群落的共培养：接下来，研究将藻类与未经灭菌的废水中的原生微生物群落共培养，以评估藻类与细菌的协同作用。结果表明，藻类与细菌的共培养能够显著减少废水中的化学需氧量（COD）和营养物浓度。细菌群落能够消耗藻类分泌的光合产物，从而减少废水中的有机负荷。
细菌群落的分析：通过定量PCR和16S rRNA基因测序，研究分析了废水中的细菌群落结构及其在藻类存在下的变化。结果显示，藻类的存在显著增加了细菌的种群数量，且不同藻类对细菌的刺激作用具有特异性。
废水中的维生素代谢物分析：研究还通过液相色谱-质谱联用（LC-MS）和生物测定法，检测了废水中的硫胺素（维生素B1）代谢物。结果表明，废水中存在可被藻类利用的硫胺素代谢物，这些代谢物可能促进了藻类的生长。
藻类对废水的处理效果：两种藻类在无菌废水中均表现出高效的氮和磷酸盐去除能力，且生长速度显著高于在最小培养基中的生长速度。A. protothecoides在培养过程中分泌了可溶性有机物，增加了废水中的COD负荷，而C. sorokiniana则分泌了不溶性物质，形成了白色薄膜。
藻类与细菌的协同作用：藻类与细菌的共培养显著减少了废水中的COD和营养物浓度。细菌群落能够消耗藻类分泌的光合产物，从而减少了废水中的有机负荷。此外，藻类的存在显著增加了细菌的种群数量。
废水中的维生素代谢物：废水中检测到了可被藻类利用的硫胺素代谢物，这些代谢物可能促进了藻类的生长，特别是对于无法自身合成硫胺素的A. protothecoides。
研究表明，藻类与细菌在废水处理中表现出显著的协同作用，能够有效去除废水中的有机污染物和营养物。这种协同作用不仅提高了废水处理的效率，还为废水的再利用提供了可能性。此外，研究还揭示了藻类与细菌之间的代谢互补性，特别是硫胺素等维生素代谢物的交换对藻类生长的促进作用。
研究还探讨了废水处理过程中细菌群落结构的变化，发现藻类的存在显著改变了细菌群落的组成。此外，研究还通过代谢组学分析，揭示了废水中的维生素代谢物对藻类生长的促进作用，为未来的废水处理技术提供了新的研究方向。
总的来说，这项研究为藻类与细菌协同处理废水提供了重要的科学依据，展示了其在废水处理和资源再利用中的巨大潜力。