我国南方城市污水常呈现低碳氮比特征，传统活性污泥法脱氮除磷需投加大量外碳源和化学除磷剂，成本高昂且碳排放高。将藻菌共生颗粒污泥与膜生物反应器（MBR）相耦合，为这一难题提供了颠覆性的低碳解决方案。在藻菌颗粒污泥内部，自养的小球藻（Chlorella）等微藻利用光能进行光合作用，释放出氧气，驱动好氧硝化菌将氨氮氧化；同时，微藻细胞吸收水中的氮、磷营养盐进行增殖。颗粒内部缺氧/厌氧区则利用原水中有限的有机物为碳源进行反硝化脱氮。这种由光能驱动的内部O₂/CO₂循环，使得系统对外部曝气和碳源的需求降至极低。
MBR膜组件的引入，彻底解决了藻菌颗粒在二沉池中可能流失或上浮的问题，确保了出水悬浮固体（包括藻细胞）的绝对截留。在长达300天的连续运行中，该AGS-MBR系统处理C/N约为3.5的实际市政污水，在不投加任何外碳源和化学除磷剂的情况下，出水COD<30mg/L，总氮（TN）<8mg/L，总磷（TP）<0.3mg/L，稳定满足严格的排放标准。系统的总曝气能耗较传统A2O工艺节省了约55%。
定期从MBR中排放的剩余藻菌污泥，经分析其蛋白质含量高达40%以上，油脂含量约18%，可作为水产饵料或生物柴油原料进行回收。微生物群落分析揭示，颗粒内Nitrosomonas（AOB）、Nitrospira（NOB）、Chlorella（微藻）和多种反硝化菌（如Thauera）形成了稳定、互利的共生网络。该耦合系统成功实现了污水处理从高耗能的“污染物去除”向光能驱动的“资源回收”模式的转变。
