滸苔對富營養(yǎng)化海水中氮磷去除效果的研究

胡勁召,齊 丹,徐功娣

(海南熱帶海洋學(xué)院 海洋科學(xué)技術(shù)學(xué)院,海南 三亞 572022)

滸苔對富營養(yǎng)化海水中氮磷去除效果的研究

胡勁召,齊 丹,徐功娣

(海南熱帶海洋學(xué)院 海洋科學(xué)技術(shù)學(xué)院,海南 三亞 572022)

本文通過室內(nèi)培養(yǎng)實驗,研究了滸苔在不同藻體密度和吸收時間下,其生長過程對富營養(yǎng)化海水中氨氮、亞硝酸氮、總氮和總磷等營養(yǎng)鹽的吸收和去除效果.研究結(jié)果表明:① 滸苔對富營養(yǎng)化海水中氨氮、亞硝酸氮、總氮和總磷均具有一定的吸收效果和去除作用.② 吸收時間≤10 h、藻體密度≤7.50 mg/L時,在富營養(yǎng)化海水中,滸苔藻體密度對氨氮和總氮的吸收具有重要影響、對亞硝酸氮和總磷的吸收影響不大;吸收時間對亞硝酸氮和總氮去除率提高的影響不明顯;低藻體密度(≤3.75 g/L)時,吸收時間對氨氮和總磷去除率提高的影響比較大,而高藻體密度(>5.00 g/L)時,吸收時間對氨氮和總磷去除率提高的影響不明顯.

滸苔; 富營養(yǎng)化; 海水; 氮磷

0 引言

水體富營養(yǎng)化是指大量未經(jīng)有效處理的富含有機物質(zhì)工業(yè)廢水和生活污水,以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過度施用的化肥農(nóng)藥隨著地表徑流,排入河流、湖泊、水庫以及近岸海域,使水體中氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)濃度極大增加,導(dǎo)致藻類和其他浮游生物過度生長繁殖,引起水中溶解氧濃度降低、水質(zhì)惡化、水生生物大量異常死亡的現(xiàn)象.

氮作為一種營養(yǎng)物質(zhì),其在水體中最重要的存在形態(tài)有氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮等.硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨和有機氮構(gòu)成總氮.正磷酸鹽、磷酸氫鹽、多聚磷酸鹽、有機磷、膠體或顆粒態(tài)是水體中磷的主要存在形式,其中正磷酸鹽可供水生生物直接代謝利用.總磷則是水樣經(jīng)消解后將各種形態(tài)的磷轉(zhuǎn)變成正磷酸鹽后測定的結(jié)果.海洋雖然具有巨大的環(huán)境容量,但在地理環(huán)境比較封閉、水動力循環(huán)相對較弱的海灣和近岸海域,大量進入的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)就容易造成海水富營養(yǎng)化,形成比較嚴重的海洋環(huán)境問題.根據(jù)《2015中國環(huán)境狀況公報》,我國近岸海域中無機氮、活性磷酸鹽、石油類是主要污染物[1],某些海域海水富營養(yǎng)化現(xiàn)象普遍存在.

滸苔在我國約有11種,條滸苔、扁滸苔、緣管滸苔都是常見的種類.潮間帶巖石、泥沙灘石礫、甚至在其他大型海藻的藻體上是其經(jīng)常生長的地方.富營養(yǎng)化海水中滸苔綠潮的爆發(fā),大量漂浮聚集生長的滸苔會破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)、阻塞航道、影響旅游業(yè)和漁業(yè)發(fā)展.

滸苔作為藻類,其生長過程中對營養(yǎng)鹽的吸收利用可以起到凈化水體水質(zhì)的作用.目前,針對滸苔的研究主要集中于滸苔的生態(tài)特點、藻體成分分析、滸苔與微藻之間的克生和不同營養(yǎng)鹽對滸苔生長影響研究等方面[2-13].但滸苔生長過程中,其生長量和吸收時間對總磷及不同存在形式氮的吸收降解規(guī)律研究還比較少.因此,本文就此內(nèi)容開展部分研究,以期為滸苔在水體富營養(yǎng)化治理中的運用提供參考.

1 水質(zhì)評價指標和測定方法

選擇氨氮、亞硝酸氮、總氮、總磷作為水質(zhì)評價指標.

測定方法按《海洋監(jiān)測規(guī)范 第4部分:海水分析》(GB 17378.4-2007)規(guī)定進行,選擇過硫酸鉀氧化法測量總磷、選擇次溴酸鹽氧化法測定氨氮、選擇過硫酸鉀氧化法測定總氮、選擇萘乙二胺分光光度法測定亞硝酸氮.

2 實驗方案設(shè)計

2.1滸苔藻體采集和預(yù)培養(yǎng)

滸苔采集于三亞市近岸海域,挑選生長狀態(tài)良好的藻體,在海水中蕩洗去掉污物和附著生物,放進加入適量采集現(xiàn)場海水的容器帶回實驗室,撈出后用適量過濾海水(取滸苔采集現(xiàn)場的海水經(jīng)0.45微米濾膜過濾制得)淘洗,再放入過濾海水中進行預(yù)培養(yǎng),連續(xù)曝氣,期間不更換海水,使?jié)G苔藻體處于營養(yǎng)鹽饑餓狀態(tài).

預(yù)培養(yǎng)條件:溫度(25±1)℃;光照強度5000～6000 lx;培養(yǎng)時間24 h(光暗各12 h),藻體密度約10 g/L.

2.2實驗原水

在過濾海水中添加適量硝酸鈉和磷酸二氫鉀(均為分析純),得實驗原水,其主要水質(zhì)指標濃度如下:氨氮,0.11 mg/L;亞硝酸氮,0.07 mg/L;總氮,0.87 mg/L;總磷,0.06 mg/L;pH為7.1.

2.3滸苔藻體對氮磷吸收實驗

將預(yù)培養(yǎng)滸苔藻體濾紙吸去藻體表面水分,用電子天平稱取0 g、10 g、15 g、20 g、25 g、30 g 滸苔,分別放入6個塑料收納箱(長×寬×高=35 cm×20 cm×25 cm),再分別加入4 L 實驗原水,其藻體密度對應(yīng)0、2.50、3.75、5.00、6.25、7.50 g/L.

培養(yǎng)時間為10 h,溫度和光照強度條件同預(yù)培養(yǎng),每隔兩小時取樣分析氨氮、亞硝酸氮、總氮、總磷含量.

3 結(jié)果與討論

3.1滸苔投加量對氨氮去除效果的影響

注:圖中不同字母表示顯著性差異(α= 0.05), 下同.圖1 滸苔投加量對氨氮的去除效果

溶解性無機氮包括氨氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮,它們可以被海洋中浮游植物直接吸收利用.例如,海水中存在的硝酸鹽在透性酶作用下首先轉(zhuǎn)移到細胞內(nèi),硝酸鹽在細胞內(nèi)硝酸還原酶的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯跛猁},亞硝酸鹽在細胞內(nèi)亞硝酸還原酶的作用下又轉(zhuǎn)化為氨氮,氨氮在谷氨酸脫氫酶作用下最后轉(zhuǎn)化為氨基酸.因此,通常情況下,水體中的氨氮會首先被浮游植物吸收利用,待其被吸收利用完后,硝酸鹽才開始被浮游植物進一步吸收利用.圖1是滸苔投加量對氨氮去除效果的影響.可以看出:

① 當滸苔藻體密度為2.50 g/L時,4 h、10 h原水中氨氮濃度(0.107 mg/L)分別降低到約0.078、0.052 mg/L,氨氮去除率分別約為27%、51%,說明滸苔藻體密度即使在≤2.50 g/L情況下,其對海水中氨氮也具有明顯的吸收效果.

② 當吸收時間為4h、滸苔藻體密度由2.50 g/L增加到7.50 g/L時,原水中氨氮濃度(0.107 mg/L)由0.078 mg/L進一步降低到0.028 mg/L,氨氮去除率由27%提高到74%,增幅高達47%,說明滸苔藻體密度對海水中氨氮的吸收有重要影響.在吸收時間10 h、滸苔藻體密度7.50 g/L的實驗條件下,氨氮最大去除率可達83%.

③ 當滸苔藻體密度為2.50、3.75、5.00、6.25、7.50 g/L,吸收時間由4 h增加到10 h時,氨氮去除率分別能提高24%、18%、21%、9%、9%,說明滸苔在低藻體密度(2.50～5.00 g/L)時,吸收時間對其氨氮去除率影響比較大,而滸苔在高藻體密度(6.25～7.50 g/L)時,吸收時間對其氨氮去除率影響相對較小.總體上說,在實驗吸收時間內(nèi)(<10 h),滸苔對氨氮的去除率隨吸收時間的增加而逐漸提高.

3.2滸苔投加量對亞硝酸氮去除效果的影響

圖2 滸苔投加量對亞硝酸氮的去除效果

圖2是滸苔投加量對亞硝酸氮去除效果的影響.結(jié)果表明:

① 當滸苔藻體密度為2.50 g/L時,4 h、10 h后亞硝酸氮的去除率分別約為11%、18%,說明滸苔對海水中的亞硝酸氮有一定的吸收效果,相比氨氮,其去除效率相對較低.在吸收時間10 h、滸苔藻體密度7.50 g/L實驗條件下,亞硝酸氮最大去除率只有35%.

② 當吸收時間為10 h、滸苔藻體密度由2.50 g/L增加到7.50 g/L時,原水中亞硝酸氮濃度(0.071 mg/L)由0.058 mg/L降低到0.046 mg/L,亞硝酸氮去除率由18%提高到35%,說明滸苔藻體密度對海水中亞硝酸氮吸收的影響不大.

③ 當滸苔藻體密度為2.50、3.75、5.00、6.25、7.50 g/L,吸收時間由4 h增加到10 h時,亞硝酸氮去除率分別提高了7%、4%、4%、1%、7%,說明滸苔藻體密度介于2.50～7.50 g/L時,吸收時間的增加對亞硝酸氮去除率提高的影響不大.

實驗結(jié)果表明,富營養(yǎng)化海水中滸苔對氨氮的吸收率大于對亞硝酸氮的吸收率.

3.3滸苔投加量對總氮去除效果的影響

圖3 滸苔投加量對總氮的去除效果

圖3是滸苔投加量對總氮去除效果的影響.可以看出:

① 當滸苔藻體密度為2.50 g/L時,4 h、10 h原水中總氮濃度(0.865 mg/L)分別降低到約0.75 mg/L、0.62 mg/L,總氮去除率分別約為13%、28%,說明滸苔對海水中總氮具有比較明顯的吸收效果.在吸收時間10 h、滸苔藻體密度7.50 g/L實驗條件下,總氮最大去除率可達83%.

② 當吸收時間為4 h、滸苔藻體密度由2.50 g/L增加到7.50 g/L時,原水中總氮濃度(0.865 mg/L)由0.75 mg/L進一步降低到0.25 mg/L,總氮去除率由13%提高到71%,增幅達58%,說明滸苔藻體密度對海水中總氮的吸收有重要影響.

③ 當滸苔藻體密度為2.50、3.75、5.00、6.25、7.50 g/L,吸收時間由4 h增加到10 h時,總氮去除率分別提高15%、1%、3%、4%、12%,說明滸苔藻體密度介于2.50-7.50 g/L時,吸收時間對其總氮去除率提高的影響不明顯.

3.4滸苔投加量對總磷去除效果的影響

ATP是生物體內(nèi)能量的直接來源,磷是生物體內(nèi)合成ATP所需的重要組分.溶解態(tài)無機磷酸鹽是海洋水體中磷化合物的主要存在形式,水體中磷的大量存在,就會造成水體的富營養(yǎng)化,導(dǎo)致藻類等浮游植物迅速繁殖.圖4是滸苔投加量對總磷去除效果的影響.可以看出:

① 當滸苔藻體密度為2.50 g/L時,4 h、10 h原水中總磷濃度(0.06 mg/L)分別降低到約0.058 mg/L、0.050 mg/L,總磷去除率分別約為3%、17%,說明滸苔對海水中總磷的吸收具有比較明顯的效果.

② 當吸收時間為10 h、滸苔藻體密度由2.50 g/L增加到7.50 g/L時,原水中總磷濃度(0.06 mg/L)由0.050 mg/L進一步降低到0.034 mg/L,總磷去除率由17%提高到43%,增幅為26%,說明滸苔藻體密度介于2.50 ～7.50 g/L之間時,藻體密度的增加有助于提高海水中總磷的去除率.在吸收時間10 h、滸苔藻體密度7.50 g/L的實驗條件下,總磷最大去除率可達43%.

③ 當滸苔藻體密度為2.50、3.75、5.00、6.25、7.50 g/L,吸收時間由4 h增加到10 h時,總磷去除率分別提高14%、20%、0%、2%、6%,說明滸苔在藻體密度介于2.50～3.75 g/L之間時,吸收時間對總磷去除率的提高具有比較明顯的影響,而當滸苔藻體密度≥5.00 g/L時,吸收時間對總磷去除率的影響則可以忽略不計.

圖4 滸苔投加量對總磷的去除效果

4 結(jié)論

通過室內(nèi)培養(yǎng)實驗,研究了滸苔在不同藻體密度和吸收時間下,滸苔生長對富營養(yǎng)化海水中氨氮、亞硝酸氮、總氮和總磷等營養(yǎng)鹽的吸收情況.在實驗條件下,研究結(jié)果表明:

(1)滸苔對富營養(yǎng)化海水中氨氮、亞硝酸氮、總氮和總磷均具有比較好的吸收效果和去除作用.在藻體密度為7.50 g/L、吸收時間10 h條件下,滸苔對氨氮、亞硝酸氮、總氮和總磷的最大去除率可分別達到83%、35%、83%和43%.

(2)在吸收時間≤10 h、藻體密度≤7.50 mg/L時,在富營養(yǎng)化海水中,滸苔藻體密度對富營養(yǎng)化海水中氨氮和總氮的吸收具有重要影響、對亞硝酸氮和總磷的吸收影響不大;低藻體密度(≤3.75 g/L)時,吸收時間對氨氮和總磷去除率提高的影響比較大,而高藻體密度(>5.00 g/L)時,吸收時間對氨氮和總磷去除率提高的影響不明顯;吸收時間對亞硝酸氮和總氮去除率提高的影響不明顯.

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Enteromorpha’sN-PRemovalEfficiencyintheEutrophicatedSeawater

HU Jin-zhao,QI Dan, XU Gong-di

(School of Ocean Science and Technology, Hainan Tropical Ocean University, Sanya Hainan 572022, China)

In this paper, through an indoor incubated test, the removal efficiency on the NH4-N, NO2-N, TN-N and TP was studied under the conditions of different algal density and absorption time.The results showed enteromorpha has certain absorption effect on the NH4-N, NO2-N, TN-N and TP in the eutrophicated seawater.On the condition of absorption time ≤10h and algal density≤7.5mg/L, on one hand, the algal density of enteromorpha has an important influence on the absorption of NH4-N and TN, but little influence on the absorption of NO2-N and TP; on the other, the absorption time has little influence on the removal efficiency of NO2-N and TN.However, the absorption time has an important influence on the removal efficiency of NH4-N and TP under the low algal density(≤3.75 mg/L), but little influence on the removal efficiency of NH4-N and TP under the high algal density(>5.00 mg/L).

enteromorpha; eutrophication of seawater; nitrogen and phosphorus

格式：胡勁召,齊丹,徐功娣.滸苔對富營養(yǎng)化海水中氮磷去除效果的研究[J].海南熱帶海洋學(xué)院學(xué)報,2017,24(5):27-30+41.

2017-03-08

海南省科技廳科技興海專項(XH201419); 三亞市院地科技合作項目(2015YD13);2015年全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(201511100012)

胡勁召(1968-),男,河南南陽人,海南熱帶海洋學(xué)院海洋科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授,碩士,研究方向為環(huán)境污染控制.

徐功娣(1964-),女,黑龍江虎林人,海南熱帶海洋學(xué)院海洋科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授,博士,研究方向為環(huán)境污染控制與生態(tài)修復(fù).

X55

A

2096-3122(2017) 05-0027-04

10.13307/j.issn.2096-3122.2017.05.05

(編校李由明)