固定化水華束絲藻在Hg（Ⅱ）脅迫下對(duì)畜禽廢水中氮、磷去除效果的研究

慕　琳，王應(yīng)軍，王爽元（.重慶市合川區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，重慶合川4050；.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，四川成都6830）

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固定化水華束絲藻在Hg（Ⅱ）脅迫下對(duì)畜禽廢水中氮、磷去除效果的研究

慕琳1，王應(yīng)軍2，王爽元2
（1.重慶市合川區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，重慶合川401520；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，四川成都611830）

本文研究了固定化水華束絲藻在不同濃度Hg2+脅迫下對(duì)人工模擬高濃度氮、磷畜禽廢水的凈化效果。結(jié)果顯示：隨著Hg2+濃度的增加，固定化水華束絲藻對(duì)氮、磷的去除率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。在Hg2+濃度為0.5mg·L-1時(shí)，總氮、總磷的去除率均達(dá)到最大值，總氮去除率為92.06%，總磷去除率為97.17%。

汞；水華束絲藻；畜禽廢水

前言

隨著我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，大量含有氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的畜禽廢水產(chǎn)生，畜禽養(yǎng)殖污染已成為可持續(xù)發(fā)展中迫切需要解決的生態(tài)環(huán)境問題。近年來，藻類的固定化技術(shù)處理污水的研究已受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。但針對(duì)影響固定化聯(lián)合包埋藻類對(duì)N、P去除率的內(nèi)外因素，很多方面還缺乏深入的研究［1～4］。本實(shí)驗(yàn)研究了固定化包埋水華束絲藻在Hg2+脅迫下對(duì)畜禽廢水中N、P去除效果，探究其基本規(guī)律。

1　材料及方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料1.1.1實(shí)驗(yàn)藻種

水華束絲藻 （Aphanizomenonflos-aquae）FACHB-1039，來源于中國科學(xué)院武漢水生生物研究所藻種庫，該株系是從滇池中分離、純化后獲得。

1.1.2主要試劑及儀器

（1）主要試劑

海藻酸鈉（SA）、硅藻土、聚乙烯醇（PVA）、汞標(biāo)準(zhǔn)溶液。

（2）主要儀器

TU-1800紫外可見光分光光度計(jì)，pH7110臺(tái)式pH計(jì)，LMQ.C立式滅菌器，Eppendorf5804R臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)，COD恒溫加熱器。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1藻的固定化

將處于對(duì)數(shù)增長期的水華束絲藻離心濃縮，棄上清液后稱濕重。按質(zhì)量比濕藻：硅藻土為1：4均勻混合，再與10% PVA（AR，聚合度1750±50）和2%SA混合，攪拌均勻后將其用注射器滴入調(diào)至中性的混合溶液 （3%CaCl2與飽和硼酸），藻珠直徑約為4mm。滴完后在4℃下凝膠8h，取出顆粒用蒸餾水沖洗2次，再用0.7%生理鹽水在4℃下浸泡24h，最后蒸餾水沖洗備用。

1.2.2實(shí)驗(yàn)污水

試驗(yàn)污水采用人工模擬高濃度氮磷的畜禽廢水，其具體配方詳見表1。

表1　模擬污水配制表

Hg2+用汞標(biāo)準(zhǔn)溶液配制，使其在實(shí)驗(yàn)污水中的濃度梯度為0mg·L-1、0.1mg·L-1、0.5mg·L-1、1.0mg·L-1、5.0mg·L-1mg·L-1、10.0mg·L-1、50.0mg·L-1。

1.2.3藻珠培養(yǎng)

將固定化后的和懸浮狀態(tài)的藻珠各28份分別放入裝有對(duì)應(yīng)濃度的含Hg2+實(shí)驗(yàn)廢水的錐形瓶中，然后將錐形瓶放到光照培養(yǎng)室培養(yǎng)。

1.2.4項(xiàng)目測定指標(biāo)及分析方法

（1）生長曲線

取樣10ml于紫外可見分光光度計(jì)上直接測定其在665nm的吸光度值，以此表示水華束絲藻的生長曲線。比生長率計(jì)算：μ=（At1-At2）/Δt；式中：μ-比生長速率，At1-培養(yǎng)物在t1時(shí)刻的吸光度值，At2-培養(yǎng)物在t2時(shí)刻的吸光度值，Δt-兩次測定之間的時(shí)間間隔，d。

（2）總氮、總磷

實(shí)驗(yàn)中測定TN采用堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法，測定TP采用鉬酸銨分光光度法。

2　結(jié)果與分析

2.1水華束絲藻的生長曲線

在本實(shí)驗(yàn)條件下，通過測其30d OD665變化反映出水華束絲藻的生長符合典型“S”型曲線。各個(gè)時(shí)期的比增長率為：延滯期：μ=0.0019，對(duì)數(shù)期μ=0.0042，穩(wěn)定期μ=0.0005，衰亡期μ=-0.0006（μ-比增長速率）。

圖1　水華束絲藻生長曲線

2.2Hg2+對(duì)包埋粒深度脫氮除磷的研究

2.2.1不同濃度Hg2+對(duì)TN去除的影響

由圖2（a）和圖2（b）可知，實(shí)驗(yàn)中Hg2+對(duì)兩種不同狀態(tài)下水華束絲藻的脫氮效果表現(xiàn)出不同的影響。在相同濃度Hg2+條件下，固定化藻對(duì)廢水中TN的去除效果明顯高于懸浮組。包埋組對(duì)TN的去除隨著Hg2+濃度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。低濃度Hg2+存在有利于包埋粒對(duì)TN去除，當(dāng)汞濃度為0.5mg·L-1時(shí)，10d內(nèi)對(duì)TN的去除率達(dá)92.06%，TN的去除效果最為明顯；但當(dāng)汞濃度≥10mg·L-1時(shí)，TN的去除率明顯降低，不利于包埋粒對(duì)TN的去除。相反，懸浮組對(duì)TN的去除率隨著 Hg2+濃度的增加呈現(xiàn)一直降低的趨勢。當(dāng) Hg2+的濃度為1.0mg·L-1時(shí)包埋粒對(duì)TN的去除率為87.64%，與對(duì)照組Hg2+的濃度為0mg·L-1時(shí)，包埋粒對(duì)TN的去除率89.41%基本相同，說明1.0mg·L-1濃度Hg2+對(duì)的污水中總氮的去除率無明顯影響，而濃度為0.1mg·L-1和0.5mg·L-1的Hg2+均對(duì)包埋粒脫氮起到促進(jìn)作用。包埋組對(duì)TN的去除率較懸浮組平均高出15～35%左右，當(dāng)Hg2+的濃度為10mg·L-1、50mg·L-1時(shí)，無論包埋還是懸浮組，對(duì)TN的去除率隨著Hg2+濃度的增加都呈明顯的下降趨勢，但懸浮組的下降趨勢更為明顯，說明Hg2+對(duì)包埋組的毒性影響相對(duì)懸浮組較小。因此，固定化水華束絲藻對(duì)于處理富氮毒性水體有明顯的效果，具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值和前景。

圖2

2.2.2不同濃度Hg2+對(duì)TP去除的影響

由圖3（a）和圖3（b）可知，在相同濃度Hg2+存在條件下，不同狀態(tài)的水華束絲藻除磷效果也有明顯差別，固定化藻對(duì)TP的去除率高于懸浮組，平均高出10～20%。當(dāng)Hg2+的濃度為0.5mg· L-1時(shí)包埋組對(duì)TP的去除率達(dá)最高值，為97.17%，比Hg2+的濃度為0mg·L-1時(shí)的TP去除率高3.17%，說明0.5mg·L-1Hg2+存在有利于包埋粒對(duì)TP的去除；同時(shí)也比此濃度下對(duì)TN的去除率高5.11%；在沒有Hg2+存在的條件下，固定藻和懸浮藻對(duì)TP的去除率都比TN的去除率要高，說明水華束絲藻生長對(duì)磷的需求大于氮。

3　結(jié)論

對(duì)于包埋處理后的水華束絲藻，低濃度的Hg2+能夠促進(jìn)其對(duì)N、P的去除；在相同濃度的Hg2+存在下，包埋粒和懸浮組對(duì)磷的去除率均高于對(duì)氮的去除。在 Hg2+濃度為 0.5mg·L-1時(shí)，總氮、總磷的去除率均達(dá)最大值，總氮分別為92.06%，總磷分別為97.17%，對(duì)TN、TP的去除有一定的促進(jìn)作用；而當(dāng)Hg2+濃度大于10mg·L-1時(shí)，會(huì)對(duì)包埋粒的脫氮除磷產(chǎn)生明顯的抑制作用。

圖3

［1］嚴(yán)國安，李益健，王志堅(jiān)，等.固定化柵藻對(duì)污水的凈化及其生理特征的變化［J］.中國環(huán)境科學(xué)，1995，5（1）：10～13.

［2］Lau P S，Tam N F Y，Wong Y S．Efect of carrageenan immobilization on the physiological activities of Chlorella vulgaris［J］.Bioresource Technol，1998，63：115～121.

［3］Tam N F Y，Wong Y S．Efect of immobilized microalgal bead concentrations on wastewater nutrient removal［J］．Environmental Pollution，2000，107：145～151.

［4］周春影，王起華，王 冰，等.固定化藻類污水深度處理中氮、磷含量和氮磷比例對(duì)氮、磷去除率的影響［J］.大連輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，21 （3）：67～69.

慕 琳（1981-），男，重慶江津人，中級(jí)工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。王應(yīng)軍（1972-），男，教授，主要從事環(huán)境水利、環(huán)境生物工程等方面的研究工作。

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2016-3-12