本文发表于2021年7月29日的《Water Research》期刊，题为“Microalgae and Immobilized TiO2/UV-A LEDs as a Sustainable Alternative for Winery Wastewater Treatment”，由Leonilde Marchão、José R. Fernandes、Ana Sampaio、José A. Peres、Pedro B. Tavares和Marco S. Lucas等作者共同完成。研究团队来自葡萄牙的University of Trás-os-Montes e Alto Douro的化学中心和CITAB研究中心。

研究背景

葡萄酒生产过程中会产生大量有机和无机废水，这些废水通常含有高浓度的化学需氧量（COD）、总氮（TN）和总磷（TP），直接排放会对环境造成严重影响。传统的废水处理方法通常依赖于生物过程，但由于废水中存在难降解的有机物，单一的处理方法往往难以达到排放标准。因此，本研究旨在探索一种可持续的废水处理方法，结合微藻培养和光催化技术，以实现废水的有效净化和资源回收。

研究目标

本研究的主要目标包括： 1. 评估四种微藻（Arthrospira maxima、Scenedesmus obliquus、Auxenochlorella protothecoides和Chlorella vulgaris）在混合营养和异养条件下对葡萄酒废水的处理效果。 2. 研究废水浓度对微藻生长和污染物去除的影响。 3. 评估TiO2/UV-A LED光催化系统作为废水后处理的效率，以确保处理后的废水达到法定排放标准。

研究方法

研究分为以下几个步骤： 1. 废水采集与表征：从葡萄牙Douro地区的一家葡萄酒厂采集废水，并对其pH、挥发性悬浮固体（VSS）、总有机碳（TOC）、总氮（TN）、总磷（TP）、COD和多酚含量进行表征。 2. 微藻培养：在混合营养和异养条件下，使用葡萄酒废水作为培养基，培养四种微藻。通过测量光密度（OD）和生物量干重（AFDW）来监测微藻的生长情况。 3. 光催化后处理：在微藻处理后，使用TiO2/UV-A LED光催化系统对废水进行后处理，评估其对COD和多酚的去除效果。 4. 数据分析：通过统计分析比较不同条件下微藻的生长和污染物去除效率。

主要结果

1. 微藻生长与污染物去除：在混合营养条件下，Chlorella vulgaris表现出最高的生物量生产率和污染物去除效率，8天内COD和TN的去除率分别达到92%和91%。此外，C. vulgaris在废水中的类胡萝卜素含量（最高8.7 mg/g）显著高于自养条件下的含量（6.5 mg/g），表明废水处理过程中可以产生高价值的副产品。
2. 废水浓度的影响：随着废水浓度的增加，C. vulgaris的生长速率和生物量生产率也随之增加，表明C. vulgaris对废水的毒性具有较高的耐受性。
3. 光催化后处理：TiO2/UV-A LED光催化系统能够有效去除80%的多酚和40%的COD，使处理后的废水达到法定排放标准。

结论

研究表明，利用微藻处理葡萄酒废水是一种有效的生物修复方法，特别是在混合营养条件下，C. vulgaris表现出优异的污染物去除能力和生物量生产率。此外，TiO2/UV-A LED光催化系统作为后处理步骤，能够进一步提高废水的处理效果，确保其达到排放标准。该研究为葡萄酒废水的可持续处理提供了新的思路，并展示了微藻在废水处理和资源回收中的潜力。

研究亮点

1. 创新的废水处理方法：结合微藻培养和光催化技术，实现了废水的有效净化和资源回收。
2. 高效的污染物去除：在混合营养条件下，C. vulgaris对COD和TN的去除率分别达到92%和91%。
3. 高价值的副产品：C. vulgaris在废水中的类胡萝卜素含量显著高于自养条件，为废水处理过程增加了经济价值。

研究意义

本研究不仅为葡萄酒废水的处理提供了一种可持续的解决方案，还展示了微藻在废水处理和资源回收中的广泛应用前景。通过结合生物修复和光催化技术，该研究为其他高浓度有机废水的处理提供了参考，具有重要的科学和应用价值。