随着海水养殖业规模化发展，养殖尾水治理已经成为行业必须面对的现实课题。养殖过程产生的残饵、生物排泄物，会让废水中氮、磷等营养盐居高不下；再加上海水本身盐度波动大，如果尾水直接排放，极易诱发近海富营养化，破坏海洋生态平衡。

菌藻共生是广受关注的绿色生态处理技术：微藻通过光合作用产氧，供给细菌降解污染物；细菌代谢释放二氧化碳，反过来又成为微藻生长碳源，二者协同实现营养盐消减。 但传统悬浮式菌藻共生体系，放到海水实际工况中却处处受限：微生物容易流失、遭遇盐度冲击就活性暴跌、微藻后续回收难度大，很难直接落地应用。 针对这一痛点，科研团队研发固定化菌藻共生技术，利用复合凝胶载体，把微藻和功能细菌包裹起来，为微生物打造一层 “防护铠甲”。本文结合《固定化菌藻共生体系构建及其海水养殖废水营养盐强化去除机制》研究成果，一起看懂这项生态水处理新技术。

一、悬浮菌藻共生理念很好，却扛不住海水的严苛环境

菌藻共生的核心逻辑并不复杂： 微藻光合作用消耗二氧化碳、释放氧气，为异养细菌分解有机质提供溶解氧；细菌降解残饵粪便等污染物，代谢产出二氧化碳与无机营养盐，又供给微藻生长，形成闭环物质循环，同步完成水体脱氮除磷。

这套模式在低盐环境下表现亮眼，可面对复杂的海水养殖废水，悬浮体系暴露出三大短板：

高盐渗透压胁迫：海水盐度波动带来渗透压冲击，直接损伤微藻和细菌细胞，处理效率大幅下滑；

微生物流失严重：水体持续流动冲刷，大量菌藻随出水流失，系统内有效微生物总量不断衰减；

后续回收难度高：处理完成后，悬浮的微藻很难从水体中分离，进一步抬高后续处置成本。

简单来说，悬浮菌藻共生是一套理想的生态方案，但海水的高盐、工况波动，让它的实际应用处处受限。为此科研人员想到包埋固定化思路，把微藻与细菌封装进凝胶载体小球内部，以此抵御外界环境干扰。

二、打造高性能凝胶小球，找到最优制备工艺

本次研究选用聚乙烯醇（PVA）+ 海藻酸钠（SA） 复合载体制作凝胶小球，两种材料取长补短：

海藻酸钠（SA）：生物相容性好，成胶条件温和，对微生物毒性小；缺点是机械强度不足；

聚乙烯醇（PVA）：机械强度高、耐化学腐蚀，弥补海藻酸钠结构上的短板。

科研人员通过响应面法开展多组实验，最终确定凝胶小球的最优制备条件： ✅聚乙烯醇浓度 10.1%，海藻酸钠浓度 2.1%，交联反应时间 8.4 h。 该配比下凝胶小球结构稳定，物质传质性能优异，氨氮去除效果达到最佳。

实验一共搭建 5 组对照体系，对比不同固定模式的处理差异：

FS+IM：仅固定微藻

FM+IS：仅固定活性污泥（细菌）

IMS 一体式固定化：微藻与细菌共同包埋在同一个凝胶小球内

IM+IS：分体式固定化，微藻、细菌分别包埋在不同胶球

Control 对照组：传统悬浮态菌藻共生体系

研究设置 0%-3% 梯度盐度条件，模拟海水养殖废水盐度波动，以此检验各个体系的抗盐能力与净化性能。

三、实验结果：一体式共固定 IMS 综合性能脱颖而出

在3% 高盐胁迫条件下，IMS 一体式固定化体系表现最优，各项污染物去除数据如下：

溶解性有机碳 (DOC) 去除率：56.68%

总氮 (TN) 去除率：87.50%

总磷 (TP) 去除率：65.85%

为什么一体式固定效果，要明显优于分体式或者单一固定模式？

微藻、细菌共处同一凝胶小球，彼此距离很近，氧气、二氧化碳、营养物质交换路径短，菌藻之间的协同代谢作用被充分发挥；

外部凝胶载体形成物理屏障，缓冲海水高盐带来的渗透压冲击，保护内部微生物细胞；

经过梯度盐度驯化，小球内部菌群实现定向优化：变形菌门（负责降解有机物、转化氮素）丰度提升 5.18%；蓝细菌门（强化光合供氧）丰度提升 19.17%，驯化出适配高盐环境的功能微生物群落。

反观分体式 IM+IS 组，微藻和细菌被分隔在不同胶球中，物质交换需要跨越载体间隙，传质阻力变大，盐度升高之后处理效能显著下降；而只单独固定微藻、只固定细菌的组别，也无法实现完整的菌藻协同效应。

惊喜的附加价值：废水处理同步实现微藻油脂资源化

高盐胁迫环境下，微藻会启动应激机制，合成油脂作为储能物质。 IMS 一体式固定组，微藻油脂含量相比悬浮体系提升16.52%，油脂产率提升 50.3 mg/(L・d)。 也就是说，这套工艺不只是净化养殖尾水，还可以收获高油脂微藻生物质，可进一步开发为饲料、生物能源原料，真正实现 “治污 + 资源回收” 的双重价值。

胞外聚合物 EPS，微生物自带的 “内部防护铠甲”

凝胶小球内部的菌藻，会持续分泌由多糖、蛋白组成的胞外聚合物（EPS）。 当盐度升高，体系会大量生成紧密结合型 TB-EPS，富集在细胞与载体的交界面，形成一层天然防护层，缓冲渗透压伤害，维持小球内部微环境稳定。这也是一体式体系可以耐受高盐环境的重要内在原因。

四、距离工程落地，仍要攻克这些现实难题

虽然实验室数据表现优异，但想要把固定化菌藻共生技术真正应用到海水养殖尾水现场，还有不少现实挑战：

1体长期老化损耗：凝胶小球长期浸泡在海水中，会出现溶胀、磨损、破碎，载体寿命有限，需要持续优化材料配方；

2孔隙堵塞风险：养殖废水含有大量残饵、有机碎屑，容易附着在胶球表面，堵塞孔隙，阻碍内部物质传质；

3成本压力：PVA-SA 载体原料、制备工序，对比传统悬浮工艺，整体成本更高；

4真实工况复杂多变：实际养殖废水成分复杂，还可能含有抗生素、重金属等干扰物质，实验室模拟废水无法完全还原塘口真实水质，需要积累更多现场中试数据。

菌藻共生是极具前景的生态水处理思路，但海水的高盐环境，成为悬浮体系落地的一道门槛。 固定化技术相当于给菌藻穿上一层防护铠甲，一体式共固定模式，让细菌和微藻近距离协同工作，既可以抵御盐度冲击，高效去除水体氮磷，还具备生物质资源化回收潜力。

当然它并不是万能技术，载体损耗、孔隙堵塞、成本等问题依旧亟待破解。随着载体材料、菌群驯化工艺的不断完善，固定化菌藻共生，有望成为海水养殖尾水生态治理的重要备选方案。

考文献：《固定化菌藻共生体系构建及其海水养殖废水营养盐强化去除机制》，中国环境科学

免责声明：本文为行业科普，内容来源于公开学术论文。实验室研究效果不等同于工程实际表现，规模化落地需要开展中试验证。