菌藻共生系統(tǒng)凈化污水處理廠尾水的條件探究與優(yōu)化

賈曉彤，何小娟，封吉猛,2,3，沈劍,2,3，王欣澤,2,3*

1.上海交通大學環(huán)境科學與工程學院

2.洱海湖泊生態(tài)系統(tǒng)野外科學觀測研究站

3.上海交通大學云南(大理)研究院

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，我國城鎮(zhèn)污水產(chǎn)生量迅速增加，導(dǎo)致城鎮(zhèn)污水處理廠尾水排放量逐年增長。近年來，國家層面對水環(huán)境保護要求不斷提高，特別是對于水環(huán)境敏感的地區(qū)，現(xiàn)有污水處理廠排放標準無法滿足水環(huán)境質(zhì)量的整體要求。GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》[1]一級A標準中，氨氮、總氮（TN）和總磷（TP）排放濃度分別為5、15、0.5 mg/L，而 GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》[2]Ⅴ類水質(zhì)標準中氨氮、TN和TP排放濃度分別為 2.0、2.0和 0.4〔湖（庫）為 0.2〕mg/L，二者相比還有較大差距[3]。污水處理廠尾水排放導(dǎo)致大量氮、磷營養(yǎng)鹽進入水體，易引起水體富營養(yǎng)化[4]。為了減輕污水處理廠尾水對受納水體的污染，對其進行深度處理，降低氮、磷濃度很有必要。

微藻可吸收利用水環(huán)境中的氮、磷，合成用于生長繁殖的有機物，其去除氮、磷的效率高于其他微生物[5]，國內(nèi)外已有一些關(guān)于微藻深度處理污水處理廠尾水的研究[6-7]。利用單一微藻處理污水處理廠尾水時，存在處理周期較長、系統(tǒng)不穩(wěn)定等問題。為了克服上述問題，可以利用菌藻共生系統(tǒng)深度凈化污水處理廠尾水。

在菌藻共生系統(tǒng)中，細菌和微藻主要通過營養(yǎng)交換的形式相互作用處理污水，達到物質(zhì)轉(zhuǎn)換和營養(yǎng)循環(huán)，將水環(huán)境中的氮、磷轉(zhuǎn)化為微藻自身物質(zhì)，以達到深度處理的目的。Lü等[8]提出建立菌藻共生體系是增強氮、磷去除和增加脂質(zhì)生產(chǎn)的有效方案。Lananan等[9]提出菌藻共生有助于提高污水處理效率，同時微藻可以被回收利用，用于生物質(zhì)生產(chǎn)[10]。本研究通過篩選適合的菌藻進行共培養(yǎng)，并采用響應(yīng)面法優(yōu)化培養(yǎng)條件，以期為構(gòu)建穩(wěn)定高效的菌藻共生系統(tǒng)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用微藻為蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)，購于中國科學院水生生物研究所。蛋白核小球藻環(huán)境適應(yīng)性強、生長速率快，利用水中氮元素轉(zhuǎn)化得到高價值的含氮化合物的優(yōu)勢突出[11]。試驗用細菌菌種為地衣芽胞桿菌（Bacillus licheniformis）、枯草芽胞桿菌枯草亞種（Bacillus subtilis subsp. subtilis）、水生異常球菌（Deinococcus aquaticus）、惡臭假單胞菌（Pseudomonas putida）和硝基還原假單胞菌（Pseudomonas nitroreducens），均購于中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心(CICC)。試驗所用污水為模擬污水處理廠尾水，由于BG11培養(yǎng)基可以為尾水配制提供碳源、氮源、磷源以及微量元素，因此根據(jù)BG11培養(yǎng)基的成分進行改進配制污水處理廠模擬尾水[12]，配好的模擬尾水TN和TP理論濃度分別為20和1.0 mg/L。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 微藻培養(yǎng)試驗

取一定量的蛋白核小球藻藻液，離心清洗后接種到BG11培養(yǎng)基中，置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)（溫度為25 ℃，光照強度為 2 000 lx，光暗比為 12 h∶12 h），每天定時搖動3次。每天定時取藻樣，測定蛋白核小球藻的吸光度（OD680，微藻常采用680 nm的波長測定OD680），繪制得到蛋白核小球藻生長曲線，由生長曲線選取處于對數(shù)生長期的藻用于試驗。

1.2.2 優(yōu)勢菌藻組合篩選試驗

在模擬尾水中接種0.3 g/L的蛋白核小球藻，細菌常采用600 nm的波長測定OD600，試驗組分別投加OD600為0.2（細菌接種體積比為5%）的5個菌種，與蛋白核小球藻進行共培養(yǎng)，對照組為蛋白核小球藻單獨培養(yǎng)。共設(shè)置6組試驗，惡臭假單胞菌試驗組為B1，地衣芽胞桿菌試驗組為B2，枯草芽胞桿菌枯草亞種試驗組為B3，水生異常球菌試驗組為B4，硝基還原假單胞菌試驗組為B5，對照組為C。每組設(shè)置3個平行。溫度為25℃，光源為LED白光，光照強度為6 000 lx，光暗比為14 h∶10 h，每天定時搖動3次。測定14 d后的蛋白核小球藻生物量，同時測定水質(zhì)指標TP、TN濃度，篩選出優(yōu)勢菌種組合后繼續(xù)進行試驗，最終篩選出優(yōu)勢菌藻組合。

1.2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗

響應(yīng)面法具有試驗周期較短、回歸方程精度高，可以探究多種因素間交互作用的影響等優(yōu)點[13]，被廣泛應(yīng)用于微生物處理污水的條件優(yōu)化，3D響應(yīng)曲面可以直觀獲取響應(yīng)面試驗設(shè)計中的最優(yōu)參數(shù)[14]。將選定的菌藻組合用于處理模擬尾水，采用響應(yīng)面法中的Box-Behnken設(shè)計進行試驗，優(yōu)化菌藻共生系統(tǒng)對尾水中氮、磷去除效果試驗的參數(shù)條件。

不同藻類物種的生長需要不同波長的光[15]，光波長（A）是研究微藻處理污水效果最重要的影響因素之一，用LED作為微藻光源，可更好地控制光和使用不同的波長[16]。向菌藻共生系統(tǒng)通氣，可以提供氧氣并保持一定的溶解氧濃度，促進菌藻與污水充分接觸混合，通氣量（B）影響污水處理的效果[17]。另外，合適的菌藻接種比能提升氮、磷的去除效果[18]。因此，選取了光波長、通氣量、細菌接種量（C)作為需優(yōu)化的響應(yīng)參數(shù)。根據(jù)前期的單因素試驗可知，TP在試驗第1天去除效果最為明顯，氨氮在前2 d去除效果較好，因此選擇TP去除率、TN去除率、氨氮去除率以及1 d 的TP去除率、2 d 的氨氮去除率作為響應(yīng)值，設(shè)置低、中、高3個水平，光波長分別為 450～465 nm（白光）、450～480 nm（藍光）、615～650 nm（紅光），通氣量分別為 1、2、3 L/min，細菌接種量（以體積比計，全文同）分別為5%、10%、20%。以此建立3因素3水平試驗（表1），探究響應(yīng)參數(shù)對菌藻共生系統(tǒng)氮、磷去除效果的影響。共設(shè)置17組試驗，每組設(shè)置3個平行。試驗溫度為25 ℃，光照強度為6 000 lx，光暗比為14 h∶10 h。

表1 響應(yīng)面優(yōu)化試驗的因子及水平設(shè)計Table 1 Code and levels for testing variables of response surface methodology experiments

1.2.4 最優(yōu)參數(shù)組合驗證試驗

為了檢驗響應(yīng)面模型的合理性，將響應(yīng)面優(yōu)化試驗得到的最優(yōu)參數(shù)組合進行驗證試驗，設(shè)置3個平行試驗，溫度、光照強度、光暗比等環(huán)境條件與響應(yīng)面優(yōu)化試驗相同，將得到的氮、磷去除率與響應(yīng)面預(yù)測結(jié)果進行比較，以驗證響應(yīng)面模型預(yù)測結(jié)果的準確性。

1.3 指標檢測與數(shù)據(jù)分析

水質(zhì)指標測定：取水樣經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后，測定水質(zhì)指標TP、TN、氨氮濃度。參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》，TP濃度采用鉬銻抗分光光度法測定，TN濃度采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定，氨氮濃度采用水楊酸-次氯酸鹽光度法測定。

采用掃描電子顯微鏡（scanning electron microcope，SEM）觀察微藻表面以及細菌的附著情況。取適量菌藻混合樣品，將樣品經(jīng)過清洗、固定、脫水、置換、干燥、黏樣和鍍膜后，將處理好的樣品置于掃描電鏡下進行觀察。

使用Design expert 10軟件對試驗數(shù)據(jù)進行響應(yīng)面優(yōu)化分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 優(yōu)勢菌藻組合篩選

不同菌種與蛋白核小球藻共培養(yǎng)14 d（此時藻生物量基本穩(wěn)定）時對氮、磷的去除效果如圖1所示。由圖1可知，對照組C的TN、TP去除率分別為82.05%、90.82%，藻液的OD680為1.489。B3、B4的TN去除率分別為73.96%、71.81%，OD680分別為1.384、1.247，均低于對照組C。可見，枯草芽胞桿菌枯草亞種和水生異常球菌會在一定程度上抑制蛋白核小球藻的生長。B5組的TN、TP去除率和OD680與對照組接近，說明硝基還原假單胞菌對蛋白核小球藻的生長影響不大。B1、B2組的TN去除率分別為86.12%和87.74%，比對照組增加了4.96%和6.93%；TP去除率分別為94.45%和93.27%，比對照組增加了3.63%和2.45%；OD680分別為1.578、1.582，均高于對照組。可見，惡臭假單胞菌、地衣芽胞桿菌促進了蛋白核小球藻的生長，并且促進效果比較顯著。

圖1 不同菌藻共培養(yǎng)條件下的氮、磷去除效果Fig.1 Nitrogen and phosphorus removal effects under co-cultivation of different bacteria and microalgae

將以上2種優(yōu)勢菌種與蛋白核小球藻組合，組成藻-地衣芽胞桿菌共培養(yǎng)組、藻-惡臭假單胞菌共培養(yǎng)組、藻-兩菌組（2種菌生物量之比為1∶1）3個試驗組，對照組不變。由試驗得出，藻-兩菌組的TN、TP的去除率分別為87.39%、93.58%，藻液OD680為1.603，均高于其他2組。雖然藻-兩菌組的TP去除率略低于藻-惡臭假單胞菌共培養(yǎng)組，但其微生物種類更多，系統(tǒng)相對更穩(wěn)定。

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果與優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面試驗結(jié)果

通過開展表1中的響應(yīng)面試驗，當TN、TP、氨氮去除率及1 d 的TP去除率、2 d的氨氮去除率（表2）分別作為響應(yīng)值時，得到相應(yīng)的響應(yīng)面試驗結(jié)果。接下來分別探究光波長、通氣量、細菌接種量作為需優(yōu)化的響應(yīng)參數(shù)時對不同響應(yīng)值的影響。

表2 響應(yīng)面試驗結(jié)果Table 2 Response surface methodology experimental results

2.2.2 響應(yīng)面法對TN去除率的優(yōu)化

2.2.2.1 TN去除率模型的方差分析

對表2的試驗數(shù)據(jù)進行多元擬合分析，得到TN去除率的二次回歸方程如下：

式中X1為TN去除率，%。

F為F檢驗統(tǒng)計量，表示擬合方程的顯著程度。F越大，表示方程越顯著，擬合程度越好。P為實際統(tǒng)計量計算出的顯著性水平。當P＜0.05時，表示模型或因素影響顯著；當P＞0.1時，表示影響不顯著。回歸方程的方差（ANOVA）分析結(jié)果見表3。由表3可知，TN去除率模型P為0.001 1，小于0.01，F(xiàn)為14.11，說明該回歸模型顯著，因此模型選擇合適。模型的相關(guān)系數(shù)（R2）為0.927 4，說明預(yù)測值與試驗值相關(guān)性較好。TN去除的AB交互項、BC交互項的P分別為0.011 3、0.031 6，F(xiàn)分別為 11.63、7.18，表明光波長和通氣量、通氣量和細菌接種量均存在顯著的協(xié)同作用。因此，分別分析光波長和通氣量、通氣量和細菌接種量的交互作用對TN去除率的影響，探索優(yōu)化TN去除率的條件。

表3 響應(yīng)值為TN、2 d的氨氮、1 d的TP去除率的方差分析結(jié)果Table 3 Anova results of removal rate of TN, ammonia nitrogen after 2 days and TP after 1 days

2.2.2.2 光波長和通氣量的交互作用對TN去除率的影響

不同細菌接種量條件下，光波長和通氣量交互作用對TN去除率的影響如圖2所示。由圖2可知，當光波長一定時，TN去除率隨著通氣量先增大后減小，這說明通過向系統(tǒng)中通氣，會減少菌藻的聚合和沉降，菌藻與污水中營養(yǎng)物質(zhì)充分接觸，加快微藻的生長速率，同時加快消耗氮、磷營養(yǎng)鹽[19]，但是過量通氣會導(dǎo)致剪向力過高，對微藻細胞造成損傷并增加能耗。

圖2 不同細菌接種量條件下光波長和通氣量對TN去除率的影響Fig.2 Effects of light wavelength and aeration rate on TN removal rate under different bacterial inoculation amount

由圖2（a）可知，當細菌接種量為5%時，隨著光波長的變化（從白光到藍光再到紅光），TN去除率逐漸增大。由圖2（b）可知，當細菌接種量為10%，光波長為藍光或紅光時，TN去除率基本一致；光波長為白光時，TN去除率略低。這表明在藍光或紅光下生長的微藻往往表現(xiàn)出更高的生長率[20]，更易于吸收氮元素。由圖2（c）可知，細菌接種量為20%時，光波長從白光到藍光再到紅光時，通氣量與TN去除率成反比。當光波長為藍光，通氣量增加到1.8 L/min時，TN去除率最大達到93.7%；當光波長為紅光，通氣量為1.6 L/min時，TN去除率最大達到92.8%；當光波長為白光，通氣量為2.2 L/min時，TN去除率最大可達92.4%。可見，在藍光或紅光下，菌藻共生系統(tǒng)更能有效去除氮且能耗較少，不同光波長下生長的蛋白核小球藻適宜的通氣量有所差異。

2.2.2.3 細菌接種量和通氣量的交互作用對TN去除率的影響

紅光/藍光條件下通氣量和細菌接種量交互作用對TN去除率的影響如圖3所示。由圖3可見，當通氣量一定時，細菌接種量較大的系統(tǒng)TN去除率較高。當通氣量為1.0～2.0 L/min時，隨著通氣量增加，細菌接種量與TN去除率成正比；通氣量為2.0～3.0 L/min時，細菌接種量對TN去除率的影響逐漸減弱，并從正比關(guān)系逐漸向拋物線的趨勢變化。這表明通氣量較小時，細菌接種量占主要影響因素，隨著細菌接種量的增加，細菌會加快降解衰老的微藻細胞，將有機氮分解為無機氮，微藻同化吸收無機氮促進其生長，有效去除污水中的氮元素；隨著通氣量進一步增大，細菌接種量對TN去除率的影響效果略有下降，不同細菌接種量之間TN去除率差距較小。因此，當光波長為藍光，通氣量為2.0 L/min，細菌接種量為17.3%時，TN去除率最高可達93.9%；當光波長為紅光，通氣量為1.8 L/min，細菌接種量為15.9%時，TN去除率最高可達92.4%。由于光波長為藍光，通氣量為1.8 L/min，細菌接種量為20%時，TN去除率能達到93.7%，與通氣量為2.0 L/min，細菌接種量為17.3%時的去除率（93.9%）非常接近，考慮到該條件下細菌接種量容易配制，且通氣量較小，能耗較低，因此將光波長為藍光，通氣量為1.8 L/min，細菌接種量為20%確定為菌藻共生系統(tǒng)TN去除效果的最優(yōu)條件。

1.1 臨床資料 選擇遂溪縣人民醫(yī)院自2016年7月—2018年5月通過收治的86例甲狀腺良性結(jié)節(jié)患者為研究對象，患者均經(jīng)超聲引導(dǎo)下細針穿刺細胞學或粗針活檢組織學檢查確診，且單側(cè)甲狀腺最大結(jié)節(jié)≤4 cm。其中49例接受超聲引導(dǎo)下微波消融術(shù)治療，視為實驗組，女性29例，男性20例；年齡最小為26歲，最大為69歲，平均年齡為(41.45±7.32)歲。其余37例接受腹腔鏡切除術(shù)，視為對照組；患者年齡最大為65歲，最小為19歲，平均年齡為(42.01±5.21)歲；女性患者20例，男性患者17例。兩組的基本資料比較差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

圖3 紅光/藍光條件下通氣量和細菌接種量的交互作用對TN去除率的影響Fig.3 Effects of the interaction of aeration rate and bacterial inoculation amount on TN removal rate under red/blue light conditions

2.2.3 響應(yīng)面法對氨氮去除率的優(yōu)化

2.2.3.1 氨氮去除率模型的方差分析

對試驗結(jié)果進行多元回歸分析，得到2 d的氨氮去除率的二次回歸方程如下：

式中X2為2 d的氨氮去除率，%。

氨氮去除率對應(yīng)的響應(yīng)面模型不具有顯著相關(guān)性，但是反應(yīng)2 d的氨氮去除率的模型擬合方程存在顯著相關(guān)性（P=0.000 1＜0.05，F(xiàn)=59.80）（表 3），R2為0.987 2，說明實際值和預(yù)測值具有良好的相關(guān)性。氨氮可以被微藻直接吸收，試驗第1、2天時微藻主要利用的氮源是氨氮，在試驗后期，各試驗組氨氮基本反應(yīng)完全，此時氨氮去除率沒有明顯差距，因此選擇2 d的氨氮去除率作為響應(yīng)值。由于因素AC、BC交互項影響顯著，對光波長和細菌接種量、通氣量和細菌接種量的交互作用分別進行分析。

2.2.3.2 光波長和細菌接種量的交互作用對氨氮去除率的影響

在通氣量為2.0 L/min的條件下，對光波長和細菌接種量的交互作用進行分析，其對氨氮去除效果如圖4所示。由圖4可知，當通氣量一定時，在細菌接種量較低的條件下，2 d的氨氮去除效果較好，原因可能是當細菌占比變大時，細菌更快地把衰老的微藻細胞或碎屑分解為無機氮，增加了污水中的氨氮含量。當光波長不同時，2 d的氨氮去除效果也會受到影響。當光波長為紅光，細菌接種量為10%時，氨氮去除率約為98.8%，氨氮基本上完全被去除；當光波長為藍光，細菌接種量為5%時，氨氮去除率為98.4%。光波長為紅光或者藍光時，氨氮在短期內(nèi)（2 d）的去除效果較好。

圖4 光波長和細菌接種量的交互作用對2 d氨氮去除率的影響Fig.4 Effect of the interaction of light wavelength and bacterial inoculation amount on ammonia nitrogen removal after 2 days

2.2.3.3 通氣量和細菌接種量的交互作用對氨氮去除率的影響

在藍光/紅光條件下，通氣量和細菌接種量的交互作用對氨氮的去除效果如圖5所示。由圖5（a）可知，當光波長為藍光時，隨著通氣量增大，2 d的氨氮去除率呈先上升后下降的趨勢；隨著細菌接種量增大，2 d的氨氮去除率逐漸減小。因此，當通氣量為2 L/min，細菌接種量為5%時，2 d的氨氮去除率最大為98.4%。由圖5（b）可知，在光波長為紅光，通氣量較小時，隨著細菌接種量增大，短期內(nèi)氨氮去除率逐漸減小。當通氣量為2～3 L/min，細菌接種量超過10%時，氨氮基本上完全被去除。

圖5 紅光/藍光條件下通氣量和細菌接種量的交互作用對2 d氨氮去除率的影響Fig.5 Effect of the interaction of aeration rate and bacterial inoculation amount on ammonia nitrogen removal after 2 days under red/blue light conditions

2.2.4 響應(yīng)面法對TP去除率的優(yōu)化分析

2.2.4.1 TP去除率模型的方差分析

對試驗結(jié)果進行多元回歸分析，得到TP在1 d時去除率的二次回歸方程如下：

式中X3為1 d的TN去除率，%。

菌藻共生系統(tǒng)的TP去除率響應(yīng)面模型的P為0.236 4，表明該模型影響不顯著。但可以看出，各組試驗后期的TP去除率基本一致，均在97%以上。反應(yīng)1 d的TP去除率的響應(yīng)面模型擬合方程存在顯著相關(guān)性（P=0.000 3＜0.05，F(xiàn)=21.20）（表 3），R2為0.964 6，說明回歸方程擬合程度很好。在1 d的TP去除率的回歸模型中，因素AC交互項影響顯著，因而對光波長和細菌接種量間的交互作用進行分析。

2.2.4.2 光波長和細菌接種量的交互作用對TP去除率的影響

當通氣量為2 L/min 時，光波長和細菌接種量間交互作用對TP去除效果的影響如圖6所示。由圖6可知，當通氣量為2 L/min時，光波長為藍光時，1 d的TP去除率隨著細菌接種量的增加而增大。當細菌接種量增加到15%時，TP去除率已達到95%；當細菌接種量增加到20%時，污水中的磷元素已基本消耗完全。這是由于藍光傾向于促進基因轉(zhuǎn)錄和增強活化酶的調(diào)節(jié)，從而提升了在藍光培養(yǎng)下微藻的生長速率[15]，同時惡臭假單胞菌具有好氧吸磷的作用[21]，地衣芽孢桿菌釋放胞外物質(zhì)，促進了微藻葉綠素相關(guān)基因的表達[22]，從而促進微藻生長和對磷元素的吸收。當光波長為紅光時，可以促進微藻在營養(yǎng)物質(zhì)濃度較低的情況下達到較高生長率[23]，1 d的TP去除率較為穩(wěn)定，為86.2%～88.6%。

圖6 光波長和細菌接種量交互作用對1 d的TP去除效果的影響Fig.6 Effect of the interaction of light wavelength and bacterial inoculation amount on TP removal after 1 day

綜上，當通氣量為2 L/min，光波長為藍光，細菌接種量增加到20% 時，1 d的TP去除率可達到100%。前面已得出TN去除率的最優(yōu)操作參數(shù)是光波長為藍光，通氣量為1.8 L/min，細菌接種量為20%，在此條件下1 d的TP去除率也可達到100%。

2.3 響應(yīng)面模型驗證

由上述響應(yīng)面試驗分析得到，當光波長為藍光，通氣量為1.8 L/min，細菌接種量為20%時，預(yù)測TN去除率為93.7%，1d的 TP去除率最高可達到100%，雖然2 d的氨氮去除率為83.2%，但第5天氨氮的去除率已達到98.3%。綜合考慮對模擬尾水中氮、磷的去除效果，選擇此參數(shù)組合作為最優(yōu)參數(shù)條件進行驗證試驗。試驗經(jīng)過5 d后，得到TN、1 d的TP、2 d的氨氮、總氨氮的去除率分別為93.25%、95.16%、85.62%、97.78%，實際值與響應(yīng)面模型預(yù)測值接近，證明了預(yù)測結(jié)果的準確性。另外，菌藻系統(tǒng)出水TN、TP、氨氮濃度符合GB 3838—2002 中Ⅴ類水質(zhì)標準。

2.4 菌藻共生系統(tǒng)掃描電鏡表征

菌藻共生系統(tǒng)處理模擬污水5 d后，取處理后的菌藻液，通過SEM觀察菌藻共生情況（圖7），包括細菌附著在蛋白核小球藻表面上〔圖7（a）〕和微藻的胞外聚合物圍繞在細菌周圍的情況〔圖7（b）〕。這種菌藻共生情況有利于氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)和氣體的交換，促進營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和微藻同化吸收，同時由于細菌分泌的信號分子可以激活或抑制基因表達，影響微藻生長和代謝變化[24]，這種共生情況有利于菌藻間的信號交換。

圖7 培養(yǎng)5 d后菌藻共生情況SEM圖Fig.7 SEM diagram of symbiosis of bacteria and algae after 5 day's culture

3 結(jié)論

（1）將蛋白核小球藻與不同菌種分別共培養(yǎng)，篩選得到蛋白核小球藻、地衣芽孢桿菌和惡臭假單胞菌共培養(yǎng)的優(yōu)勢菌藻組合。將優(yōu)勢菌藻組合采用響應(yīng)面法進行試驗，TN、TP和氨氮去除率等指標達到最優(yōu)效果時，其最優(yōu)參數(shù)不盡相同。光波長為藍光，通氣量為1.8 L/min，細菌接種量為20%是TN的最優(yōu)去除條件，此時TN去除率為93.7%，1 d的TP去除率可達100%。當光波長為藍光、通氣量為2.0 L/min、細菌接種量為5%時，2 d的氨氮去除率最大達到98.4%；當光波長為紅光、通氣量為2.0～3.0 L/min、細菌接種量超過10%時，2 d后氨氮基本上完全被去除。

（2）綜合考慮菌藻共生系統(tǒng)對氮、磷的去除效果，最優(yōu)參數(shù)條件為光波長為藍光，通氣量為1.8 L/min，細菌接種量為20%。通過驗證試驗證明了預(yù)測結(jié)果的準確性，菌藻共生系統(tǒng)出水氨氮、TN和TP濃度達到GB 3838—2002 中Ⅴ類水質(zhì)的排放標準。

（3）掃描電鏡結(jié)果顯示，菌藻共生系統(tǒng)中，細菌附著在微藻表面和微藻的胞外聚合物圍繞在細菌周圍，這種共生關(guān)系有利于菌藻之間的物質(zhì)交換。