微藻凈化生活污水工藝

　　目前的污水處理方法主要有物理化學(xué)法和生物法。物理化學(xué)法處理費(fèi)用較高，且易產(chǎn)生二次污染，所以，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注生物處理法。傳統(tǒng)的生化二級處理除磷工藝將大量的磷從污水中轉(zhuǎn)移到剩余污泥中，從根本上看，仍然不能消除磷對生態(tài)環(huán)境的影響。微藻具有較高的光合作用效率，其光合作用效率可以達(dá)到20%甚至更高，遠(yuǎn)超出一般陸地植物的0.5%。借助它利用氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)合成復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)，因此，藻類可降低水體中的氮、磷含量。另外，藻類細(xì)胞具有富集金屬的能力，對Zn、Hg、Cd、Cu、U、Pb等金屬離子的富集可達(dá)幾千倍，并且由于其生長速度快，代謝迅速，吸附作用快而凈化效率高。因此，利用藻類凈化污水正成為污水處理中的重要研究方向。

　　本研究利用分離到的一株微藻，探討其對不同類型污水的深度凈化的能力和生物量生長水平，從而獲得污水培養(yǎng)微藻的較佳生長和凈化污水條件。

　　1、材料與方法

　　1.1 微藻的分離與鑒定

　　1.1.1 微藻的分離培養(yǎng)

　　本實(shí)驗(yàn)采用的藻株分離自青島市石老人海水浴場附近海域，采用微吸管法分離微藻。分離出的藻株采用f/2培養(yǎng)基培養(yǎng)。配制培養(yǎng)基的海水取自青島膠州灣，經(jīng)0.45μm膜過濾并高溫高壓滅菌后使用。將分離出的藻種接種到盛有600mL培養(yǎng)液的錐形瓶中，然后置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。培養(yǎng)溫度控制在22℃±1℃，光照強(qiáng)度3500lux，光暗比12h)∶(12h)，每天定時(shí)搖晃3次。

　　1.1.2 微藻的電鏡掃描分析

　　實(shí)驗(yàn)對微藻培養(yǎng)液進(jìn)行處理，采用薄銅片作載體。首先，在載物盤上粘上雙面膠帶，然后粘上干凈的薄銅片，再把培養(yǎng)液小心滴在銅片上，用臺燈近距離照射10min，液體蒸發(fā)干燥后涂電銀漿和蒸金。

　　1.2 污水的特征

　　本研究用于培養(yǎng)微藻的水源分別來自中國海洋大學(xué)嶗山校區(qū)污水處理站的中水和青島李村河的生活污水。學(xué)校污水處理站主要收集游泳池、浴池和洗漱用水，經(jīng)過格柵濾除顆粒物、頭發(fā)，經(jīng)過沉淀氯消毒后供生活區(qū)沖廁、園林使用。青島李村河的部分區(qū)段在枯水期無徑流，為周邊村鎮(zhèn)污水排放的主要渠道，污水在順勢流淌的過程中，大的顆粒物逐漸沉淀下來，部分有機(jī)質(zhì)被降解。污水經(jīng)過孔徑為45μm混合膜過濾，去除固形物，經(jīng)高壓蒸汽滅菌后備用。水質(zhì)具體參數(shù)見表1。

　　將對數(shù)生長的微藻按10%接種到600mL滅菌的上述污水中，置于光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。培養(yǎng)溫度22℃±1℃，光照強(qiáng)度3500lux，光暗比(12h)∶(12h)，每天定時(shí)搖晃3次。

　　1.3 微藻的培養(yǎng)

　　將對數(shù)生長的微藻按10%接種到600mL滅菌的上述污水中，置于光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。培養(yǎng)溫度22℃±1℃，光照強(qiáng)度3500lux，光暗比(12h)∶(12h)，每天定時(shí)搖晃3次。

　　1.4 分析方法

　　1.4.1 水質(zhì)監(jiān)測方法

　　微藻培養(yǎng)液于8000r/min離心5min后，收集上清液用于總氮、總磷含量測定。氨氮濃度檢測采用納氏試劑分光光度法(HJ535-2009)，COD采用快速消解分光光度法(HJ/T399-2007)，總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(GB11894-89，水質(zhì)總氮的測定)，總磷采用過鉬酸銨分光光度法測定(GB11893-89，水質(zhì)總磷的測定)。

　　1.4.2 微藻生物量測定

　　每隔48h取一定量的藻液，722N型可見光分光光度計(jì)測定其在680nm處的吸光值(OD680)，并用血球計(jì)數(shù)板統(tǒng)計(jì)微藻數(shù)量。建立微藻的細(xì)胞數(shù)與吸光度OD680的標(biāo)準(zhǔn)曲線，曲線方程如下：

　　在對數(shù)生長末期，量取一定體積的藻液，離心(8000r/min，10min)收集藻細(xì)胞，蒸餾水洗滌2次后，8000r/min離心5min，經(jīng)冷凍干燥，稱重，以單位體積干質(zhì)量表示其生物量。

　　1.4.3 數(shù)據(jù)分析

　　應(yīng)用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS13.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括求均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差、單因素方差分析(one-way ANOVA)。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 藻株的鑒定

　　圖1為電鏡掃描觀察到的較完整的細(xì)胞，可見細(xì)胞呈球形，表面略粗糙，但無溝痕，無明顯突起，直徑約3μm，單獨(dú)或集合生長。

　　文獻(xiàn)表明，微擬球藻(Nannochloropsis)細(xì)胞為球形，直徑為2～4μm，單獨(dú)或集合，色素體一個(gè)，淡綠色，側(cè)生，僅占周圍的一部分。在活潑生長的情況下，色素體顏色很深，在氮缺乏的培養(yǎng)中，色素體變淡。沒有蛋白核，有淀粉粒1～3個(gè)，明顯，側(cè)生。細(xì)胞壁極薄，幼年細(xì)胞看不到，在分裂之前才變得明顯。分裂進(jìn)行時(shí)，細(xì)胞壁擴(kuò)大，與細(xì)胞之間形成空隙。從圖1中微藻電鏡掃描圖的形態(tài)可以看出，該藻株與文獻(xiàn)中描述的微擬球藻形態(tài)特征基本一致。因此，將分離到的藻株歸于微擬球藻屬。其具有生長迅速、細(xì)胞顆粒小的特點(diǎn)。

　　2.2 微藻對水質(zhì)的深度凈化及產(chǎn)油情況

　　2.2.1 微藻對水質(zhì)的深度凈化

　　氮(N)和磷(P)是城市污水中兩種重要成分，也是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的主要元素，同時(shí)也是支持藻類生長的營養(yǎng)物質(zhì)。氮是藻類細(xì)胞中構(gòu)成蛋白質(zhì)的主要成分，占藻類蛋白質(zhì)含量的16%～18%，它對藻類的生長、發(fā)育、成熟以及功能完成至關(guān)重要，磷是藻類細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞膜和細(xì)胞核組成成分，并參與光合作用和呼吸作用，也是糖類、脂肪及氮代謝過程中不可缺少的元素。本研究使用的中水和污水的N/P比分別為10.37和38.46，可見本研究使用的中水和污水中的氮磷比例適中，不會對微藻的生長造成太大影響，較適宜微擬球藻的生長。

　　微擬球藻Win接種到兩種污水后，污水中總氮變化曲線見圖2A。由圖2A可見，微擬球藻對污水中總氮的去除主要集中在前3天，培養(yǎng)至第3天，中水中總氮的殘留量為12.3mg/L，生活污水中總氮的殘留量為44.56mg/L?？梢?，微擬球藻對中水的總氮去除率較高，這可能是由于生活污水中有機(jī)氮的含量較高，不利于微藻對其吸收與利用，再者，微藻生長后期水中的磷被耗盡(見圖3B)，N/P比失調(diào)，不利于藻細(xì)胞的分裂，從而不能很好地利用和吸收污水中的氮。對兩種污水中各種形式氮的去除率如表2所示。中水和生活污水中總氮的初始濃度為55.7mg/L和77.69mg/L，處理后的濃度分別為13.02mg/L和41.98mg/L，微擬球藻對中水和生活污水的去除率分別達(dá)到76.62%和45.97%。

　　兩種水質(zhì)中總磷的變化曲線見圖3B。在培養(yǎng)前期微擬球藻對污水中總磷的去除速率很快，第3天開始，中水和生活污水中總磷的含量分別降低到2.70、0.56mg/L，去除率分別可以達(dá)到49.72%、72.28%。與總氮的變化曲線不同的是，微擬球藻對生活污水中總磷的去除效率較高，對正磷酸鹽的去除率也是如此(見表2)?？梢姡M球藻對生活污水中磷的去除效果非常明顯，脫磷能力強(qiáng)，對正磷酸鹽的去除率可達(dá)到93.92%。在生物體內(nèi)只有還原態(tài)的氨氮才能被整合到碳骨架上形成生物生命活動所必需的含氮化合物。因此污水中的氨氮較容易被微藻吸收利用，藻類和其它光合微生物首先選擇氨氮作為氮源。由表2可知，微擬球藻對不同污水中各種形式的氮均具有較好的去除能力，尤其是氨氮，在生活污水中可達(dá)95.69%。同時(shí)，微擬球藻對水中COD也有較好的去除效果，在中水及污水中的去除率分別為72.9%、61.35%，該藻具有較強(qiáng)的去污能力和廣泛的應(yīng)用前景。

　　2.2.2 微藻的生物量變化

　　以細(xì)胞密度表征微擬球藻的生長情況見圖3A。微擬球藻對生活污水的適應(yīng)能力很強(qiáng)，生長良好，最高細(xì)胞密度可達(dá)4.55×10⁶個(gè)/mL。而中水中微擬球藻的生長狀況較差，細(xì)胞密度一直處于較低水平，最高達(dá)到0.35×10⁶個(gè)/mL，這可能是由于中水中的養(yǎng)分狀況相對貧乏，對于微藻生長所需的條件而言，中水中N/P過大，不利于微藻生長。

　　3、結(jié)論

　　經(jīng)形態(tài)特征分析鑒定，本研究分離到的微藻為微擬球藻。該藻能夠很好地適應(yīng)生活污水環(huán)境，在生活污水中培養(yǎng)時(shí)，其細(xì)胞密度可達(dá)到4.55×10⁶個(gè)/mL。而在中水內(nèi)生長情況較生活污水較差。該藻株對兩種污水中氮和磷具有一定的去除能力，尤其是對氨氮和正磷酸鹽，去除率分別可以達(dá)到95.69%和93.92%。

　　有研究發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)液中高濃度的Fe³⁺對小球藻(ChlorellaVulgaris)的油脂積累有明顯的促進(jìn)作用，可使其質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)干質(zhì)量的56.6%，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，根據(jù)本研究發(fā)現(xiàn)，利用僅預(yù)處理過未添加任何元素的純污水培養(yǎng)微擬球藻，雖然具有較高的氮磷去除效果，但微藻的生長和油脂積累一直維持在較低水平，利用微擬球藻深度凈化城市生活污水有待進(jìn)一步的研究。(來源：河南省化工研究所有限責(zé)任公司)