廃水におけるクロレラSPに対する遊離アンモニアショックの影響：濃度依存性活性応答と沈殿性の向上

不安定な微生物活性と不十分な沈降性能は、特に遊離アンモニア（FA）の存在下での高アンモニウム廃水において、微細藻類廃水処理の開発と実装を妨げます。廃水の栄養変動によるFAのショックは、微細藻類の活性を抑制する主要なストレス因子として実証されました。最近の研究により、遺伝情報処理、光合成、栄養代謝を阻害することにより、特定の高レベル（110.97 mg/L）でのFAの阻害メカニズムが明らかに明らかになりました。ただし、さまざまなFAショック濃度が微細藻類の活動と沈殿性能に及ぼす影響は不明のままであり、廃水のバイオレメディエーション効率の改善とプロセス開発が制限されます。ここでは、濃度依存性ショックFA（指数関数的成長段階で微細藻類に使用された）が微細藻類の成長と光合成に影響を及ぼしました。結果は、25〜125 mg/Lの範囲の5つのFA衝撃濃度がバイオマス産生を14.7-57.0％有意に阻害したが、FA濃度がFA濃度の場合にのみ、FV/FM値が36.0-49.0％減少すると光合成の急激な減少が観察されることを示した。75.0 mg/l以上。一方、FAショックは、微細藻類の沈降効率を12.8倍増強しました。これは、刺激された細胞外および細胞外タンパク質含有量が刺激され、それによって細胞外ポリマー物質（EPS）分泌が強化されていると考えられていました。具体的には、FAショックは、炭水化物の減少（22.6±1.3％）および脂肪酸（39.0±0.8％）含有量の犠牲を払って40.2±2.3％の細胞タンパク質含有量を誘導し、タンパク質分泌をさらに1.21倍改善し、EPS産生をさらに改善する40.2±2.3％。これらのFAショック誘発性の細胞外生体分子の変動は、脂肪酸分解と炭水化物の消費から生成された過剰なエネルギーの支援で、上方制御されたタンパク質処理と輸出によって支持されました。さらに、FAショックは、1.86倍低いエッセンシャルアミノ酸スコアで示されているように、バイオマスの栄養価を大幅に低下させ、50％近くが非必須アミノ酸比に不可欠であるが、バイオディーゼルの品質をわずかに低下させた。この研究は、廃水における変動するアンモニウム濃度に応じて、微細藻類の活動と沈殿性能の知識を豊かにし、微細藻類廃水処理の開発を促進することが期待されています。

The unstable microbial activity and unsatisfactory settling performance impede the development and implementation of microalgal wastewater treatment, especially in high-ammonium wastewater in the presence of free ammonia (FA). The shock of FA due to the nutrient fluctuation in wastewater was demonstrated as the primary stress factor suppressing microalgal activities. Recent study has clearly revealed the inhibition mechanism of FA at a specific high level (110.97 mg/L) by inhibiting the genetic information processing, photosynthesis, and nutrient metabolism. However, the effects of various FA shock concentrations on microalgal activities and settling performance remain unknown, limiting the wastewater bioremediation efficiencies improvement and the process development. Herein, a concentration-dependent shock FA (that was employed on microalgae during their exponential growth stages) effect on microalgal growth and photosynthesis was observed. Results showed that the studied five FA shock concentrations ranging from 25 to 125 mg/L significantly inhibited biomass production by 14.7-57.0%, but sharp reductions in photosynthesis with the 36.0-49.0% decreased Fv/Fm values were only observed when FA concentration was above 75.0 mg/L. On the other hand, FA shock enhanced microalgal settling efficiency by 12.8-fold, which was believed to be due to the stimulated intra- and extracellular protein contents and thereby the enhanced extracellular polymer substances (EPS) secretion. Specifically, FA shock induced 40.2 ± 2.3% higher cellular protein content at the cost of the decreased carbohydrates (22.6 ± 1.3%) and fatty acid (39.0 ± 0.8%) contents, further improving the protein secretion by 1.21-fold and the EPS production by 40.2 ± 2.3%. These FA shock-induced variations in intra- and extracellular biomolecules were supported by the up-regulated protein processing and export at the assistance of excessive energy generated from fatty acid degradation and carbohydrates consumption. In addition, FA shock significantly decreased the biomass nutritional value as indicated by the 1.86-fold lower essential amino acid score and nearly 50% reduced essential to non-essential amino acids ratio, while slightly decreased the biodiesel quality. This study is expected to enrich the knowledge of microalgal activities and settling performance in response to fluctuant ammonium concentrations in wastewater and to promote the development of microalgal wastewater treatment.