随着城市化建设越来越快,我国生活污水的排放量急剧上升,面对不容乐观的水资源现状,近年来我国不断加大污水处理力度,传统的污水处理工艺通常存在能耗高、存在二次污染、投资成本高、出水N、P含量高等问题。利用微藻净化生活污水,将污水处理与微藻培养相结合,不仅可以实现污水的资源化利用,培养的微藻还具有较高的经济和社会价值,但微藻光生物反应器的应用受光照条件的限制,急需开发能耗低、污水处理效果好、微藻密度高的微藻光生物反应器。本研究基于稀土元素对微藻作用的“毒物兴奋效应”,以光生物反应器作为主体工艺,通过投加稀土元素铈（Ce）,实现微藻在低光照强度下的高密度培养,在降低反应器能耗的基础上,提高生活污水中N、P等污染物的去除效率。首先对稀土元素对微藻生长状态的影响进行了研究。光照对微藻生长的调控性较强,是微藻生长环境中最重要的要素之一,探究不同光照强度下,不同浓度梯度的稀土元素对纯藻生长状态以及对污水处理情况的影响。研究表明,稀土元素Ce对蛋白核小球藻的作用受光照强度的影响,在光照强度为50μmol/（m2·s）时,低浓度的Ce³⁺对蛋白核小球藻生长的促进作用最为明显,浓度范围为0.2-5 mg/L,最适投加浓度为1 mg/L,在该浓度下藻密度比对照组提升了22.39%,培养后期,这种促进作用逐渐减弱。在光照强度为25μmol/（m2·s）时生长促进效果次之,在光照强度为100μmol/（m2·s）时效果不明显。但高浓度稀土元素Ce对蛋白核小球藻的生长一直具有抑制作用。同时发现,处理生活污水的最适光照强度为50μmol/（m2·s）,稀土元素Ce最适投加量为1mg/L。其次,探究稀土元素对微藻生长影响的作用机制。通过对藻的光合作用能力、抗氧化酶体系和蛋白质含量变化的研究发现,在光照强度50μmol/（m2·s）时,随着Ce³⁺投加浓度的增加,藻细胞内的叶绿素a含量、光合作用效率和蛋白质含量呈现先增加后降低趋势,Ce³⁺投加浓度为1 mg/L时出现最大值,总叶绿素a含量比空白对照组提升了38.43%,单藻细胞叶绿素a含量提升了13.1%,Fv/Fm提升率为27.9%,蛋白质含量增长了48.5%。可以看出,在该实验条件下,低浓度稀土元素Ce能够促进蛋白核小球藻对N、P等营养元素的吸收,进而提升其叶绿素a含量,提高藻细胞光合作用能力,增加蛋白质含量,促进蛋白核小球藻的生长。同时提高抗氧化酶活性保障藻细胞正常的生长和生理活动,高浓度稀土元素则会使藻细胞内的ROS过量,破坏抗氧化防御系统,进而破坏蛋白核小球藻的结构。最后,构建稀土元素Ce+微藻光生物反应器并对反应器进行工况优化,结果表明,在光照强度为50μmol/（m2·s）,Ce³⁺投加浓度为1 mg/L时,曝气强度为0.6 L/min,稀土元素Ce+微藻光生物反应器污水处理效果最好,其中TN的去除率为73.33%,氨氮的去除率为89.98%,TP的去除率为94.53%,COD的去除率为75.55%。且在最优工况参数下,反应器内污染物的降解规律符合一级动力学特征。