廢水成分對兩種微藻凈化水質的影響

摘要：對微藻凈化水質進行了初步研究，在模擬廢水中分別培養小球藻（Chlorella vulgaris）和柵藻（Desmodesmus），探索了廢水成分對兩種微藻脫氮除磷的影響。結果表明，微藻凈化水質是高效的，只需培養36 h，氨氮的去除率在90%以上，磷去除率在70%以上。廢水中的鎂源和碳源對兩種微藻凈化水質有較大的影響，鈣、鐵、微量元素等成分影響較小。柵藻比小球藻耐受極端環境能力更強，更適合用于富營養化水體的凈化。

關鍵詞：小球藻（Chlorella vulgaris）；柵藻（Desmodesmus）；廢水成分；凈化水質

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）17-4527-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.17.043

Abstract： The preliminary study on the microalgaes purifying water quality was conducted，Chlorella vulgaris and Desmodesmus were cultivated in simulated wastewater to explore the effects of wastewater compositions on water purification by two kinds of microalgaes. The results showed that，water purification by microalgaes were efficient，just cultivating for 36 h，ammonia nitrogen removal rate was over 90%，phosphorus removal rate was over 70%. Magnesium and carbon for two kinds of microalgaes purifying water quality have great influences； The composition such as calcium，iron，and trace elements are unimportant. The tolerance ability to extreme environment of Desmodesmus was stronger than C. vulgaris，which was more suitable for the purification of the eutrophication water bodies.

Key words： Chlorella vulgaris； Desmodesmus； wastewater composition； water purification

微藻是可以進行光合作用合成自身生物質的低等植物，在自然環境中充當重要的生產者、氧氣制造者，并在碳循環中發揮重要作用。微藻可以利用太陽能作為能源吸收氮、磷等物質合成自身生物質，因此利用微藻降低培養環境中氮、磷的含量是可行的[1，2]。中國水體富營養化報道屢見不鮮，而造成水體富營養化的罪魁禍首恰恰是氮、磷。利用廢水培養微藻能達到既凈化水體又收獲藻體的目的[3，4]。

目前，關于培養微藻凈化廢水的研究主要集中在廢水富營養化程度（即氮、磷的濃度）上[5]，很少有關于廢水其他成分對微藻凈化水質影響的研究。為此，通過剔除試驗考察了廢水其他成分對小球藻（Chlorella vulgaris）和柵藻（Desmodesmus）凈化水質的影響，以期為今后實際應用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 藻種

試驗用的小球藻和柵藻購自中國科學院水生生物研究所，均使用BG-11培養基培養。刮取平板上的藻種接入液體培養基，培養至對數期，取一定體積的藻液離心去上清待接種。

1.2 人工模擬廢水

試驗使用的模擬廢水在BG-11培養基的基礎上，通過添加NH4Cl和K2HPO4，控制N濃度為30 mg/L， P濃度為10 mg/L；pH 7.0。模擬廢水培養基：NH4Cl 0.114 6 g/L，K2HPO4 0.075 g/L，MgSO4 0.075 g/L，CaCl2 0.036 g/L，FeSO4 0.005 g/L，微量元素（A5， 1 mL），NaHCO3 0.275 g/L。

1.3 測量方法

生物量的測定：用紫外分光光度法在680 nm下測量藻液的吸光度，當OD值小于1時，吸光度與微藻濃度有較好的線性關系；當吸光度超過1時，需要對藻液進行稀釋。

氨氮、磷含量的測定：待測藻液經0.22 μm濾膜抽濾后，測量氨氮和磷的含量。氨氮含量采用納氏試劑法測定，碘化汞和碘化鉀的堿性溶液與氨反應生成淡紅棕色膠態化合物，此顏色在較寬的波長內具強烈吸收，測定用波長425 nm；磷含量采用磷鉬藍分光光度法測定，酸性條件下，正磷酸鹽與鉬酸銨、鉀酒石酸銻氧鉀反應生成磷鉬雜多酸，被還原劑抗壞血酸還原生成藍色絡合物，即磷鉬藍，在670 nm處進行測定。

1.4 試驗方法

試驗分6組，6個1 L藍蓋瓶，其中一組是全營養鹽作為對照，其他5組為缺少某一成分的試驗組，剔除MgSO4、CaCl2、FeSO4、微量元素、NaHCO3的試驗組分別記為鎂（-）、鈣（-）、鐵（-）、A5（-）、 碳（-），沒有剔除的營養成分添加量按模擬廢水中含量配制。取等量離心后的藻體分別接入模擬廢水中，保持初始接種量一致，底部經曝氣石通入空氣，在攪拌臺上攪拌培養。全光照下光照度為25 000 lx，培養溫度（25±1） ℃，pH 7.0。試驗組在相同培養條件下每12 h觀察一次微藻的生長情況，同時測定氨氮、磷的降解情況。試驗分小球藻、柵藻兩個批次。

2 結果與分析

2.1 微藻的生長狀況

剔除單一成分模擬廢水中小球藻和柵藻的生長情況如圖1和圖2所示。從圖1可以看出，對于小球藻，剔除鐵離子、鈣離子、微量元素等試驗組與對照生物量生長情況相差不大，說明鐵離子、鈣離子、微量元素對微藻生物量的影響較小，而剔除鎂離子和碳源的試驗組生物量明顯小于其他各組；培養結束時，對照的生物量分別是缺鎂組和缺碳組的2.38、2.35倍；鎂離子和碳源是影響小球藻生長的關鍵限制因素，缺少碳源比缺少鎂源對小球藻生長的抑制作用更大。

柵藻的情況與小球藻類似。從圖2可以看出，除了缺鎂組和缺碳組生物量明顯低于對照外，其余各組相差不大，培養末期對照的生物量是缺鎂組的1.44倍，是缺碳組的1.79倍，可見缺鎂、缺碳會對柵藻的生長產生抑制。對于生長因素而言微藻存在共性；全培養基與缺乏營養元的生物量之間的差距，柵藻比小球藻要小，表現出更耐受極端環境，適應能力更強。

2.2 微藻對氨氮的去除效果

圖3、圖4分別為小球藻和柵藻在模擬廢水中的氨氮去除情況。從圖3可以看出，接種小球藻后氨氮濃度快速下降，培養到36 h時，鎂（-）組、鈣（-）組、鐵（-）組、A5（-）組、碳（-）組和對照氨氮去除率依次為72.37%、99.67%、95.03%、99.51%、42.53%、97.94%?？梢娦∏蛟逦瞻钡歉咝У?，并且鈣（-）組、鐵（-）組、A5（-）組的氨氮去除率與對照組結果相差不大，可見這些成分不是氨氮脫除的限制因素；鎂離子因為影響小球藻酶的活性，而酶是氨氮去除必不可少的。碳源影響小球藻的生物量，進而影響氨氮的去除。

柵藻氨氮的去除情況與小球藻類似。從圖4可以看出，培養36 h后氨氮濃度變化不大，鎂（-）組、鈣（-）組、鐵（-）組、A5（-）組、碳（-）組和對照氨氮去除率依次為91.54%、98.03%、100%、100%、65.84%、98.46%。兩種藻對比可見，柵藻對氨氮的吸收整體好于小球藻。這可能跟生物量有關，在相同條件下柵藻生長情況好于小球藻，進而帶來更優的氨氮吸收率。

2.3 微藻對磷的去除效果

小球藻對磷的吸收情況如圖5所示。從圖5可以看出，接種后各剔除組磷含量整體呈下降趨勢，但較為緩慢且各組的差異較大。培養到36 h時，鎂（-）組、鈣（-）組、鐵（-）組、A5（-）組、碳（-）組和對照磷去除率依次為22.18%、50.74%、23.96%、48.04%、35.28%、71.30%。鐵（-）組、鎂（-）組去除率最低，說明這兩種成分是小球藻除磷的限制因素，鈣（-）組、A5（-）組去除率接近50%，影響相對較弱，碳（-）組36 h后磷含量開始快速下降，60 h后去除率高達96.88%，可能是由于剛開始時缺少碳源，小球藻光合作用受到抑制，生長停滯，磷幾乎沒有消耗，隨后為了適應環境生理生化途徑發生改變，造成磷的快速消耗。

柵藻對磷的吸收情況如圖6所示。從圖6可以看出，接種后磷含量整體呈快速下降趨勢，培養到36 h時，鎂（-）組、鈣（-）組、鐵（-）組、A5（-）組、碳（-）組和對照磷去除率依次為58.16%、45.60%、70.18%、72.52%、40.77%、71.49%。鐵（-）組、A5（-）組磷含量與對照相差不大，鎂（-）組、鈣（-）組、 碳（-）組磷去除率分別只有對照的0.81、0.64、0.57倍。可見鎂、鈣、碳等成分對柵藻凈化廢水中的磷至關重要。柵藻磷的去除率整體上依然好于小球藻，這可能是由于柵藻更能耐受極端環境的緣故。

3 小結

試驗結果表明，廢水中的鎂源和碳源是影響微藻生長的主要成分，小球藻和柵藻在生長限制因素上存在共性。柵藻比小球藻整體生長更好，更能耐受極端環境，適應力更強。廢水中小球藻和柵藻對氨氮的吸收是高效的，培養到36 h時氨氮去除率都在90%以上。鎂源和碳源依然是小球藻吸收廢水中氨氮的關鍵成分，當廢水中缺少這兩種成分時，氨氮去除率大幅下降；柵藻在氨氮去除方面明顯比小球藻更高效，只有當缺少碳源成分時去除率才大幅下降。在磷的去除方面，微藻對廢水成分的要求較高，缺乏其他成分時，小球藻磷的去除能力都大大減弱；柵藻在缺乏鎂源、鈣源、碳源時磷去除率有較大的下降，整體依然比小球藻高效。利用微藻凈化富營養化廢水是高效可行的，鎂源和碳源是影響微藻生長及凈化水質的主要成分，在凈化廢水過程中應保持充足的供應。具體選擇藻種時，柵藻要明顯優于小球藻。

參考文獻：

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