藻茵共生固定化斜生柵藻處理豬糞廢水的研究

畢亞楠

摘要：采用斜生柵藻和木醋桿茵構建藻茵共生系統固定化藻，制備了粒徑為1cm和2cm的固定化藻，以游離藻作對照，測定了斜生柵藻處理后的豬糞廢水的氨氮含量、總磷含量、總氮含量并計算了去除率;探究了不同粒徑的固定化斜生柵藻和游離斜生柵藻對豬糞廢水的凈化能力。實驗結果顯示，固定化藻對豬糞廢水中氨氮、總磷、總氮的去除率高于游離藻，且1cm固定化藻的去除能力更好。說明較小粒徑的固定化斜生柵藻對凈化畜禽廢水有明顯優勢，具有較高的應用價值。

關鍵詞：藻茵共生;固定化斜生柵藻;氮;磷;去除率

中圈分類號：X703.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）16-0132-03

1引言

近年來，隨著養殖業的不斷發展，增加了化肥、農藥的使用量。由于畜禽廢水排放量大且集中，含有重金屬、殘留獸藥和病原體，且氨氮和有機磷含量高。一些企業為降低成本，將未經處理的畜禽廢水直接排放到環境中或者直接農用，不但使水質惡化，而且嚴重污染了生態環境和農田。但隨著鄉村振興農業政策下綠色農業的推廣，畜禽污水處理也受到了重視。

將微藻用于污水處理的想法是Oswald等在1957年提出的，其奠定了藻類污水生物處理技術的基礎。微藻對廢水中氮磷、有機物有去除效力，而細菌具有降解污染代謝物的能力，將兩者有效地結合起來，微藻進行光合作用釋放的O2可供好氧茵進行生命活動，該細菌能將廢水中的氨氮及含磷有機物降解為無機鹽，產生的代謝產物CO2、無機氮磷化合物又為微藻的光合作用提供碳源和營養，該系統循環反復形成共生關系，即稱為藻菌共生，該系統可以有效去除廢水中的氮磷有機物，達到凈化作用。基于在藻菌共生中CO2循環和物質循環的特殊性，并結合其他相關技術和工藝，建立廢水處理體系，可有效實現污水的自凈，且符合自然生態發展模式，具有極好的前景。

微藻固定化技術于20世紀80年代興起，是一項正在發展的生物技術。基于藻菌共生體系，結合固定化藻類工藝，國內外開展了一些研究：Chevalier等提出基于藻菌共生將固定化藻類用于水處理;嚴國安等研究了固定化柵藻對污水的處理效果;高鵬利用包埋固定化銅綠微囊藻（Microcystisaeruginosa）處理污水探討其NH4⁺-N和TP的去除效果;李正魁將固定化氮循環菌在廢水中培養，以處理富營養化的水體等，這些研究證明了微藻可以有效去除畜禽廢水中的氮、磷、重金屬元素等物質，能達到凈化效果。由于針對在藻菌共生系統下，固定化斜生柵藻對污水的處理能力的研究鮮有報告。為此，本實驗通過建立藻菌共生體系，運用木醋桿菌形成的細菌纖維素固定化斜生柵藻，設置游離藻為對照，比較斜生柵藻在游離與固定化兩種狀態下對豬糞廢水中氮磷含量的影響，從而判定其對污水處理的能力高低，為固定化斜生柵藻凈化畜禽廢水的研究與應用提供數據。

2材料和方法

2.1實驗材料

斜生柵藻種（Scenedesmusobliquus），來自云南省農業科學院;木醋桿菌（Gluconacetobacterxylinus），來自云南省農業科學院。

2.2實驗方法

2.2.1豬糞廢水的采集和預處理

豬糞廢水取自云南農業大學養豬廠。取適量豬糞廢水，用蒸餾水稀釋并攪拌，靜置24h，后，用10層紗布過濾，得到預處理的廢水。

2.2.2豬糞廢水的滅茵

將豬糞廢水以封口膜密封，分裝至小錐形瓶中，放置進高壓蒸汽滅菌鍋，于121℃，25min條件下滅菌，結束后取出備用。

2.2.3培養方法

2.2.3.1藻種培養

量取100mL SE液體培養基，轉移至容量為250mL的錐形瓶中，在無菌狀態下，將斜生柵藻的藻種接種于SE液體培養基中，接種量為10%，于25℃，光照強度約為3500lux，通空氣條件下培養10d（表1）。

2.2.3.2菌種培養

在無菌條件下，將木醋桿菌菌種接種于含有基礎培養基的錐形瓶中進行培養，約一周（表2）。

2.2.3.3藻種的固定化處理

取滅菌過的小錐形，分別接入斜生柵藻藻液，5%的木醋桿菌菌液制備粒徑為1am、2cm的固定化藻。靜置8h，木醋桿菌形成的細菌纖維素包裹微藻，微藻成團狀。

2.2.4測定方法

氨氮（NH3-N2）含量采用納氏試劑比色法測定;總氮（TN）的含量采用過硫酸鉀氧化一紫外分光光度法測定;總磷（TP）的測定采用過硫酸鉀消解，鉬銻抗分光光度法測定。具體方法參見文獻[10]。

2.3 實驗設計

分別取粒徑為1cm、2cm的固定化藻、游離藻液按其占總體積的15%的投放率放人300mL的滅菌廢水中，每個實驗組設3個平行實驗，于25℃，光照強度約為3500lux條件下的光照培養箱中培養。分別在第Od，第3d，第6d，第9d時定時取樣10mL，測定其氨氮（NH3-N：）、總氮（TN）、總磷（TP）的值。

2.4數據統計與處理

2.4.1去除率

2.4.2統計分析

運用Excle 2010進行數據處理和圖表生成。

3結果與討論

3.1固定化藻和游離藻作用下對豬糞廢水的水質的影響

3.1.1氨氮（NH3-N2）的去除效果

如圖1為游離藻與不同粒徑固定化藻在O～9d內對豬糞廢水中氨氮的去除率，可以看出游離藻與固定化藻對豬糞廢水中的氨氮均有較好的去除效果。前3d變化率均較大，固定化藻的去除效果優于游離藻;接下來3d固定化藻的去除率的增長速度減慢，游離藻的去除率仍以較快速度增長;最后3d均趨于平緩且游離藻與固定化藻的去除率差異不大，但1or/1固定化藻較優，達94.6%。

3.1.2總磷（TP）的去除效果

如圖2為游離藻與不同粒徑固定化藻在O～9d內對豬糞廢水中總磷的去除率，可以看出固定化藻的去除效果顯著優于游離藻。前3d，去除率均較快增長，但1cm固定化藻去除率高達60%以上，去除優勢明顯;隨后3d，固定化藻的去除率以較慢速度增長，而游離藻的去除率變化極小;最終固定化藻達到較高的去除率，且1cm固定化藻較優，達89.2%，而游離藻的去，除效果差去除率不及50%。

3.1.3總氮（TN）的去除效果

如圖3為游離藻與不同粒徑固定化藻在O～9d內對豬糞廢水中總氮磷的去除率，可以看出固定化藻去除效果更佳。固定化藻與游離藻的去除率均以穩定的速度增長，固定化藻的去除效果始終優于游離藻，1cm固定化藻與2cm固定化藻最終的的去除率均較高，達98%左右，且1cm固定化藻略優。

3.1.4討論

從以上實驗結果看出，固定化斜生柵藻的凈化效果優于游離藻，是因為固定化微藻形成的球狀結構，比表面積較大，氮磷及有機物質易吸附于固定化藻表面并滲透內部至飽和，增加了反應的接觸面積;并且固定化藻的生理特性發生了變化，能提高微藻的合成代謝活性，使氨氮及有機磷的利用率增大，因此固定化藻的降解效果顯著。與此同時，1cm固定化藻的去除性能優于2cm固定化藻，表明固定化藻的粒徑大小也會影響藻的生長代謝，過大的粒徑會限制其反應速率，不利于物質的吸收。

4結論

（1）固定化斜生柵藻對豬糞廢水中的氨氮、總磷、總氮的去除率高于游離斜生柵藻。

（2）固定化藻粒徑的大小會對氨氮和磷的去除效果產生影響，粒徑為1cm的固定化藻去除效果更好，但粒徑大小對去除效果的具體影響還有待于今后進一步研究。