快速的工业化、城市化以及相关的技术进步导致了环境污染、全球变暖和气候变化。根据2020年的统计数据，全球市政、农业和工业废物总量达到了70-90亿吨[1]。随着燃料价格的上涨、石油储备的枯竭和环境问题的恶化，全球对可持续废物管理技术和生物资源回收转化技术的需求日益增长。由于微藻具有复杂的孔隙结构和表面功能，它们常被用于从废水中吸附重金属、染料和其他潜在污染物[1]。微藻在吸附染料、重金属和气体排放方面表现出低成本、高效率和环境友好性的特点，因此在其环境修复应用中受到了越来越多的关注[2]。重金属对生态系统中的植物和动物构成威胁，并对人类健康构成重大风险，可能导致疾病，包括癌症、神经肌肉控制缺陷、智力障碍和肾功能障碍[3]。金属离子的去除性能和机制在一定程度上取决于原材料、合成条件和污染水平等多种因素。研究人员对使用微藻生物质进行生活和工业废水生物修复的文献进行了综述[4]，并对微藻生理学、大规模和工业规模微藻生产及其生物修复能力进行了全面回顾[5]。此外，还总结了微藻物种多样性在废水处理中的应用及其生物修复能力[6]，以及微藻在含毒和含金属介质中生长的抗性机制及其去除过程[7]。
微藻可以在含有污染物的工业废水中等危险环境中培养。微藻细胞壁中的金属结合蛋白能够结合金属离子，使其成为理想的生物吸附剂。微藻具有成本效益高、金属吸附能力强和在吸附稀释废水方面效率高的优点，使其成为一种可行的生物吸附方法。另一个优势是它们能够去除K、P和N等元素，实现多重生物去除[4]。某些微藻可以特异性吸附土壤中的重金属，同时在固氮、供氧、分泌促进植物生长的物质和促进土壤团聚体形成方面发挥重要作用[8]。
20世纪50年代首次提出了使用微藻处理废水的方法，并且在利用微藻处理含重金属废水方面取得了显著进展[8]。研究评估了微藻开放池塘培养系统中药物化合物及其代谢物的去除能力[4]，开发了使用固定化微藻细胞处理富镉废水的新方法[9]，研究了Scenedesmus obliquus去除废水中的苯酚-3的机制[10]，分析了四种微藻在实验室规模上对不同污染物的去除机制[11]，使用四种微藻识别了废水中抗生素的多种分解产物[12]，并总结了通过基于微藻的废水处理进行营养物回收的工作[13]。研究表明，微藻不仅可以吸附重金属，还可以吸附药物废物[14]、营养物质、有机污染物[15]等，对水污染物具有全面的净化效果。它们在电厂废水处理中去除多种污染物的作用也得到了验证[16]。目前，研究人员已将机器学习技术引入到微藻的研究中，包括物种鉴定[17]、生长过程监测[18]和生物特性分析[19]。
本研究重点关注基于微藻材料的重金属吸附复杂系统。通过收集和整理文献构建数据集，打破了传统模型中关于单一影响因素的线性假设限制，从而能够高效预测微藻吸附剂的工程应用性能。这些发现有望扩展机器学习在生物基材料性能预测中的应用。本研究为复杂环境条件下的重金属污染控制提供了智能解决方案。机器学习在微藻重金属吸附研究中的关键价值在于其能够模拟一组复杂变量之间的非线性关系。与传统试错实验相比，它可以快速筛选出最佳吸附条件，降低实验成本和时间。
