两种藻类对水体氮磷去除效果

第52卷第4期　2006年8月武汉大学学报(理学版)

J.Wuhan Univ.(Nat.Sci.Ed.)Vol.52No.4　Aug.2006,487～491

收稿日期:2006202228 通讯联系人　E 2mail :Huzy @

基金项目:国家高技术研究发展计划(863)项目资助(2002AA601021);国家重点基础研究发展规划(973)项目资助(2002CB412309)作者简介:凌晓欢(19822),男,硕士生,现从事藻类水质净化研究.

文章编号:167128836(2006)0420487205

两种藻类对水体氮、磷去除效果

凌晓欢1,2,况琪军1,邱昌恩1,2,胡征宇1

(1.中国科学院水生生物研究所/淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072;

2.中国科学院研究生院,北京100049)

摘　要:借助人工装置和露天水池,通过分析实验水体中氮、磷元素浓度的变化,研究了实验室条件下一种绿球藻(Chlorococcum sp.)和露天小型生态系统中寡枝刚毛藻(Cladophora oli goclona K ütz ).对污水中氮磷营养的去除效果.结果显示:绿球藻在高浓度氮和磷的污水中生长良好并维持较高的氮磷去除率,在6天处理期间,人工污水中总溶解性氮、硝酸盐氮、氨氮、总溶解性磷的去除率分别达到46.2%,37.8%,98.4%和79.3%;在对天然湖泊水的处理中,绿球藻对总溶解性磷的去除率在第5天为79.2%.室外条件下,该刚毛藻通过吸收水体中的氮、磷营养维持自身正常生长代谢,从而降低水体的电导率和改善水质.根据本次研究,结果两种被试藻类均可作为污水处理用藻类,其中Chlorococcum sp.适合用于静态水体的修复与改善,Cladop hora oli goclona 适合于流动水体的减负与治理.

关　键　词:绿球藻;刚毛藻;氮;磷;水质;净化中图分类号:X 171 文献标识码:A

0　引　言

应用藻类进行水质净化的研究,自20世纪50年代起,至今已有近60年的历史[1].早期主要是应用微型藻悬浮培养技术进行污水处理,相关技术有藻菌氧化塘、高效藻类塘、活性藻

[2]

等.由于微型藻

悬浮培养技术在实际应用中有诸如过量藻体不易收获、出水中仍有藻类细胞残留等问题,科学家们随之将研究的焦点更多地集中在固着藻类的研究与应用上,如:固定化藻类技术[3]和藻菌生物膜技术.Da Costa [4]的研究结果证明,固定化藻类不但能有效去

除污水中的氮磷营养,对去除镉和锌等重金属离子也效果显著.由于受限于固定藻类用载体的成本较高,以致该项技术仅停留在实验室规模的研究和探索阶段,至今未见大规模实际应用的报道.吴永红等[5]以高分子材料的人工水草作为藻菌生物膜载体,用于改善富营养化水体的水质,同样获得较为理想的水质净化效果.为了进一步挖掘和筛选能有效净化污水且藻细胞易于收获的藻种,拓展藻类在污水处理中的应用范围,本文研究了一种极为耐污的

绿球藻(Chlorococcum sp.)和寡枝刚毛藻

(Cl adop hora oli goclona K ütz )对氮磷的去除效果,对二者各自的应用前景作了简要分析,同时对藻类水质净化的优势进行了探讨.

1　材料和方法

1.1　室内实验藻种与培养条件

绿球藻(Chlorococcum sp.)采自美国亚里桑那州一家污水处理厂,应用微藻分离纯化的方法,用B G11琼脂培养基分离纯化后保种培养.在无菌条

件下,将琼脂培养基上的单个藻落转接到B G11液体培养基中,置L R H 22502G 光照培养箱中培养,培养温度(25±1)℃,光照强度35～40μmol/m -2・s -1,在获得足够生物量后用于污水处理试验.

实验污水分别为人工合成污水和天然富营养化湖泊水.人工合成污水配方为:NaNO 30.425g 、(N H 4)2SO 40.075g 、MgSO 4・7H 2O 0.025g 、Ca (H 2PO 4)20.03g 、Na HCO 30.30g 、FeCl 30.0015g ,用自来水定容至1L.天然富营养化湖泊水采自

武汉东湖茶港湖区,经25号浮游生物网过滤去除明

武汉大学学报(理学版)第52卷

显颗粒后使用.

实验装置为有机玻璃水槽,一次性加注污水,用空气泵曝气培养;4只20W日光灯提供光照.光照强度140μmol/m-2・s-1左右,水温分别为(25.5±0.5)℃(人工合成污水)和(22.5±0.5)℃(天然湖泊水).实验分别设处理组和对照组,其中人工合成污水和天然湖泊水处理组的绿球藻接种密度分别为2.88×105细胞/L和1.87×105细胞/L,对照组不投加藻种,用以扣除因光解和其他未知因素导致的营养减少,其他条件两组保持一致.依据处理系统中营养浓度的日减少量确定藻类对氮磷的去除效果. 1.2　室外实验藻种与实验设置

刚毛藻(Cl adop hora oli golona)采自东湖湖岸.以水生所标本馆楼前景观水池为实验水体,该水池底部布满鹅卵石.实验藻种采回后直接接种到水池一端,待藻类生长正常并达到足够生物量后,将池中枯枝落叶等杂物基本清除,用防水布将水池一隔为二,分别设为实验区和对照区,定点取样.实验区设藻类密集区和藻类稀少区两个采样点,无藻类对照区设一个采样点,用与对照区相比的减少量确定被试藻类对营养盐的去除效果.藻类密集区、藻类稀少区、对照区依次简记为一区、二区、三区.

实验时间为夏季,白天水温28～30℃,阳光直射的时间每天约5h.

1.3　检测项目及分析方法

实验期间,主要测定了总氮(TN)、氨氮(N H42 N)、硝酸盐氮(NO32N)、总磷(TP)、溶解性正磷酸盐(SRP)5项化学指标.其中,TN用过硫酸钾氧化2紫外分光光度法测定,N H42N用纳氏试剂光度法测定,NO32N用紫外分光光度法测定,TP用过硫酸钾消解-钼锑抗分光光度法测定,SRP用钼锑抗分光光度法测定[6].取样时,使用便携式p H计和电导率计现场测定水温、电导率、p H值三项理化指标.室内实验中,所有用于测定水化学指标的水样均先经0.45μm孔径滤膜抽滤,因此该部分实验数据中以总溶解性氮(TSN)和总溶解性磷(TSP)代替TN、TP.

2　结果与讨论

2.1　室内条件下绿球藻对N、P的去除效果

2.1.1　对人工合成污水的净化效果

如图1所示,实验期间悬浮培养的绿球藻对人工合成污水中的N、P均有明显去除效果,其中,对N H42N的去除最为迅速,扣除对照组的自然降解量,第1天的净去除率为92.1%,并最终将N H42N 浓度控制在0.30mg/L左右;对TSN和NO32N的去除率均显示随处理时间的延长呈稳步上升趋势,第1天的去除率不足10%,第6日分别达到29.1%和34.2%,这与作者早期报道的藻类优先利用氨态氮的结果极为吻合[7].绿球藻对TSP的去除效果较为明显,首日的去除率为61.0%,第4天即达到79.8%,第6天为77.5%,略有下降

.

与Tam[8]报道的悬浮培养的小球藻在一周处理期间可去除2/3以上氮和磷的结果相比,本实验中绿球藻悬浮培养系统在除氮方面有所不及,但除磷效果有明显优势.

实验过程中发现绿球藻的细胞个体较大,细胞壁较厚,24h曝气亦难以维持其均匀悬浮状态,尤其在实验后期,大量的藻类细胞粘附于处理系统的四壁或沉到底部,以致悬浮液中绿球藻的细胞数量逐渐减少,而在沉积物中的藻类细胞却显著增多.绿球藻的这种生长特性对藻类悬浮培养系统的污水处理效果有一定负面影响,但从另一角度来看,这一特性便于通过沉淀的方式从出水中除去藻类细胞,增加出水的透明度.

2.1.2　对富营养化湖泊水的净化效果

为了探讨绿球藻对富营养化湖泊水的处理效果,作者将取自武汉东湖茶港湖区的水代替人工污水做了进一步处理实验.由于取水时恰逢丰水期,原水中的TSN浓度仅0.8mg/L;而由对照组实验期间TSP最大值超过0.280mg/L可推知原水中TP 一定大于0.280mg/L.根据地表水环境质量标准[9],TP指标属于劣五类水质.说明该实验用水中磷营养达到富营养化水平,而氮含量相对偏低.

对藻类悬浮液吸光度的测定结果表明,实验过程中绿球藻的生物量增长不快,分析认为与实验湖水中氮磷比例失调有关.一般情况下,维持藻类正常生长的氮磷比例至少需7∶1～10∶1,而本实验原水

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