斜生栅藻对富营养化水体净化作用的研究

斜生栅藻对富营养化水体净化作用的研究
朱凌云;戚甫长;王伟;王琪;占明飞
【摘要】为了研究不同起始密度下的斜生栅藻对富营养化水体的净化作用,设置A、B、C、D、E共5个处理组,分别按0、1×104、2×104、4×104、8×104个/mL
投入不同密度的斜生栅藻,测定化学需氧量(COD)、总磷、总氮、氨氮4个指标,同
时每天对斜生栅藻生物量进行计数.结果显示:不同起始密度的斜生栅藻的生长情况
不同,试验后期,各处理组的斜生栅藻出现不同程度的衰亡;C、D、E处理组的总磷、总氮和氨氮的浓度整体呈现降低趋势,且都低于对照组.试验结果证实斜生栅藻对富
营养化水体中总氮、氨氮和总磷的去除有一定效果,且藻类密度高,去除效果显著.【期刊名称】《湖南农业科学》
【年(卷),期】2019(000)005
【总页数】4页(P59-62)
【关键词】斜生栅藻;化学需氧量;总氮;氨氮;总磷
【作者】朱凌云;戚甫长;王伟;王琪;占明飞
【作者单位】安徽水韵环保股份有限公司,安徽芜湖 241000;安徽水韵环保股份有
限公司,安徽芜湖 241000;安徽水韵环保股份有限公司,安徽芜湖 241000;安徽水韵环保股份有限公司,安徽芜湖 241000;安徽水韵环保股份有限公司,安徽芜湖241000
【正文语种】中文
【中图分类】Q948.8;X703
随着环保意识的增强，水体富营养化对居民生活及工农业用水等造成影响的问题越来越受到重视[1-5]，有关各类水质净化问题也越来越受到关注。

近年来，已有大量研究证明，浮游藻类对各类水体中的氮和磷有显著的去除效果[6-8]。

马红芳等[9]研究发现栅藻LX1 对水产养殖废水具有很好的净化效果，其对磷的去除率能达到98.8%，且具能源资源生产潜力。

栅藻是淡水中常见藻类之一，是导致“水华”的常见绿藻之一。

绿球藻目中的斜生栅藻（Scenedesmus obliquus，S. obliquus）也被认定为富营养化水体中甲型中污带的指示种。

实验研究发现栅藻具有很高的耐污能力[10]，这也是选用栅藻来处理水体的原因[11]。

目前，斜生栅藻处理污水的研究大部分集中在对养殖污水中氮或磷的去除效果上，而有关不同起始藻密度对富营养化水体中COD、总氮、氨氮和总磷的研究很少[12]。

试验是在室内条件下，研究不同起始密度的斜生栅藻在富营养化水体中生长情况，及其对水体中化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、总氮（TN）、总磷（TP）和氨氮（NH3-N）的去除情况。

1 材料和方法
1.1 试验材料
试验藻种为斜生栅藻，购于中国科学院水生生物研究所。

将藻种转移到500 mL 锥形瓶中扩大培养（培养条件为25℃；光∶暗=12 h ∶12 h），待其至对数增长期时，离心收集，存于4℃冰箱备用。

1.2 试验方法
试验在安徽水韵环保水生态产业研究院进行，试验时间为11 月1—19 日。

试验过程中温度变化范围为14～23℃，pH 值范围7.73～9.72。

为了防止富营养化水体中其他浮游藻类对试验结果的影响，用富营养化水体经浮游生物网（25#，0.064 mm）过滤后再分别加入5 个长方形水槽，每个水槽加入富营养化水体12
L。

试验共设置A、B、C、D、E 共5 个处理组，每个处理组设3 个平行组，分别按0、1×104、2×104、4×104、8×104/mL 投入不同密度的斜生栅藻。

培养过程中每天进行藻类生物量计数，每2 d 取样一次，进行氨氮、总磷、总氮和COD 的检测。

1.3 数据整理与分析
试验数据运用Excel 2013 进行统计整理及作图。

2 结果与分析
2.1 斜生栅藻对COD 的净化作用
图1 是不同起始密度的斜生栅藻对COD 降解效果的比较。

试验期间，各处理组的COD 指标整体均呈现先降低后上升趋势，且其他处理组COD 浓度比对照组A 组高，这可能与藻类自身生长代谢有关。

整个试验过程中，不同起始密度的斜生栅藻对COD 降解效果差异不明显。

此外，对照组A 组处理COD 的效果整体比其它组效果好，第13 天时，COD 浓度达到最低，为10.00 mg/L，降解率为89.32%；其他4 个处理组COD 的去除率最大分别为72.67%、61.41%、58.19%和
83.92%。

试验后期，各处理组的COD 浓度均增加，可能是试验期间温度波动较大，致使微生物以及浮游生物存活和繁殖等受到影响，从而使得各组水质指标变化不稳定。

另一方面，斜生栅藻在后期有衰亡的现象，且每组衰亡程度不同，导致COD 变化不稳定。

有研究表明，藻类死亡分解过程中，水体中的有机碳、磷和氮等含量均显著增加[13]。

由此可知，斜生栅藻对COD 降解效果差异不明显，且随着藻类的衰亡会导致其浓度升高。

图1 不同藻密度对水体中COD 降解效果
2.2 斜生栅藻对氨氮的净化作用
图2 是不同起始密度下斜生栅藻对氨氮降解效果的比较。

从图中可看出，试验期间，5 个处理组的氨氮浓度整体均呈现降低趋势，且B 组、C 组、D 组和E 组4
个处理组氨氮浓度均低于对照组A 组。

试验过程中，D 组斜生栅藻处理氨氮的效
果整体比其它组效果好，第17 天时，其氨氮浓度达到最低，为0.57 mg/L。

此外，各处理组氨氮的去除率最大分别为79.07%、83.28%、96.58%、97.71%和
97.62%。

试验前期，5 个处理组氨氮浓度变化都不是很明显，可能与斜生栅藻前
期对水环境的适应有关，也可能是起始密度低导致去除效果不是很明显。

试验后期，B 组氨氮浓度变化不明显，且略有上升的趋势，最终与对照组水平相当，这可能是因为后期B 组斜生栅藻大量死亡导致水体中氨氮含量增加。

由此可知，藻类起始
密度的增加，有利于增强对氨氮的去除效果。

图2 不同藻密度对水体中氨氮降解效果
2.3 斜生栅藻对总氮的净化作用
图3 是不同起始密度下斜生栅藻对总氮降解效果的比较。

从图3 中可看出，5 个
处理组的总氮浓度和氨氮浓度变化趋势相似，整体均呈降低趋势，且B、C、D 和
E 组4 个处理组总氮浓度整体趋势比A 组低。

整个实验过程中，E 组斜生栅藻处
理总氮的效果整体比其他组效果好，其总氮浓度最低为5.74 mg/L，去除率为86.47%；其他4 个处理组总氮去除率最大分别为62.97%、67.81%、76.68%和83.04%。

试验前期，各处理组之间总氮浓度区别不是很大，可能是因为起始藻密
度不高，对总氮去除效果不明显；A 组的总氮浓度降低，说明对照组静置水体中的微生物、浮游生物等对其有一定的降解能力。

试验后期，C、D 和E组3 个处理组的总氮浓度明显比A、B 组低，说明相对低密度藻而言，藻密度越高对总氮去除效果越好。

B 组的斜生栅藻在后期出现衰亡现象，导致其静置水体中的总氮浓度有升高趋势；在第17 天后藻类几乎全部死亡，水体中总氮浓度可能与A 组类似，水体中其他生物对其有一定的降解能力。

由以上结果分析可知，随着斜生栅藻藻类密度的增加，其对总氮的去除效果越显著。

图3 不同藻密度对水体中总氮降解效果
2.4 斜生栅藻对总磷的净化作用
图4 是不同起始密度下斜生栅藻对总磷降解效果的比较。

从图中可看出，B 组总
磷浓度呈现先降后升趋势；C 组、D 组和E 组总磷浓度整体均呈现降低趋势，且
其总磷浓度整体趋势比A 组和B 组低。

整个试验过程中，D 组斜生栅藻处理总磷
的效果整体比其他组效果好，其总磷浓度达到最低时为0.472 mg/L，去除率达到78.80%；其他各处理组氨氮的去除率最大分别为5.21%、32.61%、58.94%和72.55%。

此外，A组总磷浓度变化不是很明显，有上升趋势，这可能与微生物、
浮游生物等代谢有关。

试验前期，B 组和C组总磷浓度整体比起始浓度高，可能
是因为起始藻密度均不高以及藻类自身的生长代谢，使得两组试验组总磷浓度处于波动状态。

试验后期，B 组总磷浓度呈现上升趋势，与A 组相接近，这可能是因
为试验后期，B 组藻类开始衰亡，藻类死亡后会分解释放磷；C 组、D 组和E 组
总磷浓度明显低于初始浓度，但浓度变化不稳定，可能是因为斜生栅藻在后期有衰亡的现象，且每组衰亡程度不同，导致总磷浓度变化不稳定。

由上可知，斜生栅藻的生长繁殖对总磷的去除有一定效果，且相对低密度而言，藻密度越高，对总磷去除效果越好。

这与张莹等[12]的研究结果相似，斜生栅藻藻浓度越大，去除磷的效率越高。

图4 不同藻密度对水体中总磷降解效果
2.5 斜生栅藻生长曲线
图5 是不同起始密度下斜生栅藻的生长曲线变化图。

从生长曲线图可看出，斜生
栅藻在培养初期生长较慢，可能是因为初期藻数量基数小以及对富营养化水体适应的过渡。

随着培养时间的延长，藻细胞增长速率逐渐加快，藻密度增大。

试验后期，不同起始密度处理组的藻生物量整体出现下降趋势，B 组在试验后期几乎全部死亡，导致死亡的原因可能是浮游藻类自身的下沉、微生物对藻类的影响以及温度降低（实验温度波动较大）等因素。

有研究发现，微藻死亡后异养细菌和原生动物生物
量会增加[14-15]。

此外，晁建颖等[16]发现，7℃下，斜生栅藻几乎不生长；18℃下，前期生长缓慢，第8 天达到最大生物量，为220.0×104 个/mL，此次试验结果与其相似。

图5 不同起始密度下斜生栅藻的生长曲线
3 总结
（1）由试验可知，不同起始密度的斜生栅藻的生长情况不同。

试验后期，各处理组的斜生栅藻出现不同程度的衰亡，可能由于温度的变化、微生物、浮游生物以及自身生理生化等因素的影响。

（2）高密度藻处理组总磷、总氮和氨氮的浓度整体趋势变化是降低，且其各指标值整体比对照组低。

以上归纳可知斜生栅藻对富营养化水体中氮磷的去除有一定效果，且相对低密度而言，高密度藻的去除效果更佳，说明藻生物量越多去除氮磷效果越好。

此外，斜生栅藻对COD 降解效果不明显，且随着藻类的衰亡会导致COD 浓度升高。

（3）由试验可知，藻类去除富营养化水体中氮磷效果明显，但在自然水体中投放藻类可能会造成二次污染，再次导致藻类爆发。

藻类衰亡后，其细胞中固定的氮、磷物质将被释放至水体，引起水体富营养化程度再次加重。

针对这个问题，可以考虑从利用藻类之间、藻菌共生以及水生动植物—藻类之间互相抑制作用等方面避
免藻类大量爆发后衰亡带来的二次污染，或者将藻类运用于生物柴油、健康食品、制药原料等，进行资源利用。

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