生物多樣性對污水中營養元素去除的影響

趙冉冉

摘要 生物處理方法是水處理中的重要部分。藻類由于其對氮、磷的高利用率以及較快的增殖速度使其在生物處理方面發揮了重要作用。本研究選用了自然界中4種常見的藻種小球衣藻、斜生柵藻和魚腥藻、綠球藻，通過控制藻類物種數量的不同來探討生物多樣性對于污水中氮、磷元素去除的影響。結果表明，藻類生物多樣性可以明顯抑制藻類的生長，通過對氮、磷元素的分析顯示，其可以明顯促進水體中氮、磷元素的去除。

關鍵詞 藻類；生物多樣性；生長量；廢水處理；營養元素

中圖分類號 X52 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）12-0183-03

Abstract Biological treatment is an important part of wastewater treatment. Due to high availability of nitrogen and phosphorous and fast growth rate，microalgae plays a significant role in biological treatment. In this paper，Chlamydomonas microsphaera，Scenedesmus obliquus，Anabaena sp. and Chroococcus sp. which distributed widely in natural environment were selected，the effects of biodiversity on removal of nitrogen and phosphorous in wastewater were studied by control the amount of different microalgae species. The results showed that microalgae biodiversity could restrain microalgae growth distinctly. The analysis on the content of nitrogen and phosphorous revealed that biodiversity could promote the removal of nutrients in wastewater.

Key words microalgae；biodiversity；growth；wastewater treatment；nutrient

近年來，超過水體承載力2倍的氮、磷等營養元素排入水體中，使自然水體富營養化，并且導致各大湖泊流域出現藻類暴發現象，對生態環境的破壞極大[1-3]。藻類暴發的原因是由于其對于氮、磷的高利用率和自身較快的增殖速度，也正因為這個特性，藻類可以有效去除水體中的營養元素并應用于生物廢水處理方法中[4]。

生態系統中的物種多樣性可以增強其系統功能[5]。在物種分區限制資源發生時，多樣性可以提高物種的資源獲取率[6]。多物種交流時會提高物種間有益交互的可能性[7]。有研究表明，多樣性的降低會改變生態系統的進程并且影響土壤中的氮循環[8]。研究藻類生物多樣性對于自然水體中藻類暴發的控制以及藻類生物廢水處理方法提供了一些新思路。本文通過控制污水中藻類物種的數量探究藻類生物多樣性對于污水中營養元素去除的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用藻種分別為小球衣藻FACHB-52、斜生柵藻FACHB-13、魚腥藻FACHB-235、綠球藻FACHB-193，均購自中國科學院野生生物種質庫——淡水藻種庫（武漢，中國）。小球衣藻與斜生柵藻的培養基為SE培養基（Bristol′s Solution），其組分包括NaNO3 250 mg/L、K2HPO4 75 mg/L、MgSO4·7H2O 75 mg/L、CaCl2·2H2O 25 mg/L、KH2PO4 175 mg/L、NaCl 25 mg/L、FeCl3·6H2O 5 mg/L、H3BO3 2.86 mg/L、MnCl2·4H2O 1.86 mg/L、ZnSO4·7H2O 0.22 mg/L、Na2MoO4·2H2O 0.39 mg/L、CuSO4·5H2O 0.08 mg/L；Co（NO3）2·6H2O 0.05 mg/L。魚腥藻與綠球藻的培養基為BG11培養基（Blue-Green Medium），其組分包括NaNO3 1 500 mg/L、K2HPO4 40 mg/L、MgSO4·7H2O 75 mg/L、CaCl2·2H2O 36 mg/L、檸檬酸6 mg/L、檸檬酸鐵銨6 mg/L、Na2CO3 20 mg/L、H3BO3 2.86 mg/L、MnCl2·4H2O 1.86 mg/L、ZnSO4·7H2O 0.22 mg/L、Na2MoO4·2H2O 0.39 mg/L、CuSO4·5H2O 0.08 mg/L、Co（NO3）2·6H2O 0.05 mg/L。

小藻在光照培養箱（BDP-250CO2，上海百典儀器設備有限公司）中進行試驗，設置培養箱溫度為（24±1）℃、光照強度為2 000 lx、光暗比為12∶12。試驗所用處理污水取自合肥工業大學給排水實驗室里SBR反應器的出水。

1.2 樣品的預處理

試驗前1周，對處于對數生長期的藻種分別用數碼光學顯微鏡（BA410，麥克奧迪）檢查其生長情況和有無雜藻，如生長良好，達到同步生長，即可作為進行試驗時的藻種液。試驗前，取上述4種藻液經鏡檢計數超過106個/mL時，便可作為試驗藻種分別離心分離（7 000 r/min，4 min），棄掉上清液，取沉淀藻細胞，用15 mg/L碳酸氫鈉溶液重新懸浮，繼續離心，如此離心洗滌重復3次，盡量去除藻細胞表面的有機物質，然后用無菌水稀釋后作為試驗接種儲備液。根據各組試驗需要接種后擴大培養1周并饑餓培養3 d，使藻種內蓄積的相應營養物質消耗完，從而獲得饑餓培養后的藻液，該藻液即可作為試驗藻液。