李雪瑩，李 賢，王金霞，馬曉娜，周浩然，徐建平，劉 欽，李 軍

極大硬毛藻無(wú)性系對(duì)海水養(yǎng)殖廢水中氮鹽的去除效果

李雪瑩1,3，李 賢1,2※，王金霞1,2，馬曉娜1,2，周浩然3，徐建平1，劉 欽3，李 軍1

（1. 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所，實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266071； 2. 中國(guó)科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心，青島，266071；3. 青島理工大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，266000）

養(yǎng)殖水體中無(wú)機(jī)氮的高效去除是開(kāi)展循環(huán)水養(yǎng)殖的重要保障條件之一。該論文研究了極大硬毛藻無(wú)性系（簡(jiǎn)稱極大硬毛藻）對(duì)循環(huán)水養(yǎng)殖水體中無(wú)機(jī)氮鹽的去除效率及特征。結(jié)果表明，當(dāng)藻體密度為(10±1) g/L時(shí)，在一定濃度范圍（氨氮：0～15 mg/L，亞硝酸鹽氮：0～3 mg/L，硝酸鹽氮：0～15 mg/L），極大硬毛藻對(duì)海水中3類(lèi)無(wú)機(jī)氮鹽的吸收速率隨著時(shí)間變化即氮鹽濃度降低而降低；其中藻類(lèi)對(duì)氨氮的吸收速率變化較大，而對(duì)亞硝酸鹽和硝酸鹽的吸收速率相對(duì)穩(wěn)定。當(dāng)3種氮鹽質(zhì)量濃度為3 mg/L，極大硬毛藻首先選擇吸收氨氮；當(dāng)氨氮質(zhì)量濃度降至1.5 mg/L時(shí)，藻開(kāi)始吸收亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。極大硬毛藻對(duì)人工模擬養(yǎng)殖廢水中氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的15 h去除率可達(dá)到94.3%、100%、82.2%。該研究可為極大硬毛藻在循環(huán)水養(yǎng)殖水體凈化的應(yīng)用、養(yǎng)殖廢水資源化利用和無(wú)害化處理技術(shù)的建立提供科學(xué)依據(jù)。

廢水；氮；養(yǎng)殖；極大硬毛藻無(wú)性系；吸收速率；去除率

0 引 言

工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖作為一種新興的陸基養(yǎng)殖模式，憑借其養(yǎng)殖密度高、可控性強(qiáng)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在中國(guó)沿海及內(nèi)陸地區(qū)得到快速的推廣和應(yīng)用[1-2]。循環(huán)水養(yǎng)殖水體回用率高達(dá)90%以上，可有效降低養(yǎng)殖水體需求量[3]，生物濾器是循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的核心水處理單元，可將水中毒性較大的氨氮降解、氧化為毒性相對(duì)較低的硝酸鹽[4]；但較低的水體更新率，會(huì)導(dǎo)致硝酸鹽在水體中大量積累[5-6]。已有研究表明，硝酸鹽的積累會(huì)影響魚(yú)體的滲透壓和血細(xì)胞的運(yùn)氧能力，引起魚(yú)體色澤和肉質(zhì)下降，同時(shí)富含硝酸鹽的養(yǎng)殖廢水直接排放，亦會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化[7-10]。

養(yǎng)殖海水中硝酸鹽的去除可通過(guò)微生物的反硝化作用將其轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，但是此過(guò)程作用歷程長(zhǎng)，條件控制要求嚴(yán)格，需要額外投加碳源，轉(zhuǎn)化效率有限[11]。藻類(lèi)可吸收海水中的氨氮（NH4+-N）、亞硝酸鹽（NO2--N）、硝酸鹽（NO3--N）等轉(zhuǎn)化為自身的細(xì)胞物質(zhì)，效率相對(duì)較高，或可緩解養(yǎng)殖水體中硝酸鹽積累[12-13]。在多營(yíng)養(yǎng)級(jí)復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)中（integrated multi-trophic aquaculture），藻類(lèi)常布設(shè)于系統(tǒng)中用于吸收養(yǎng)殖動(dòng)物產(chǎn)生的氮、磷代謝產(chǎn)物[14]。近年來(lái)，藻類(lèi)對(duì)不同濃度、種類(lèi)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收效率和特征亦有研究，例如，孫瓊花[15]研究了孔石莼、壇紫菜對(duì)不同濃度養(yǎng)殖廢水的水質(zhì)凈化效果。董文斌等[16]研究了狐尾藻對(duì)養(yǎng)殖廢水的減控去污效果。Lavania-Baloo等[17]將大型海藻石莼（）和帚狀江蘺（）用于處理蝦類(lèi)養(yǎng)殖廢水。

采自于自然海區(qū)的海藻生長(zhǎng)具有季節(jié)性，其對(duì)廢水凈化效率隨其生長(zhǎng)周期和季節(jié)而變，不能實(shí)現(xiàn)全年穩(wěn)定凈化水質(zhì)[18-20]。近年來(lái)，王金霞等[21]利用大型海藻細(xì)胞的全能性構(gòu)建了大型海藻無(wú)性系，不再進(jìn)行有性生殖，可全年穩(wěn)定、持續(xù)吸收水體中的無(wú)機(jī)氮磷，凈化水質(zhì)。而利用藻無(wú)性系處理養(yǎng)殖廢水的相關(guān)研究較為有限。本研究探討極大硬毛藻無(wú)性系（后簡(jiǎn)稱極大硬毛藻）對(duì)養(yǎng)殖水體中無(wú)機(jī)氮去除特點(diǎn)及效果，重點(diǎn)研究其對(duì)硝酸鹽的去除效率及特征，為極大硬毛藻在循環(huán)水養(yǎng)殖、養(yǎng)殖廢水凈化的應(yīng)用提供依據(jù)，促進(jìn)循環(huán)水養(yǎng)殖模式的推廣和養(yǎng)殖廢水資源化處理技術(shù)的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

極大硬毛藻（），隸屬剛毛藻科（），硬毛藻屬()。本試驗(yàn)用藻為極大硬毛藻無(wú)性系，取自中國(guó)科學(xué)院海洋所。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)裝置采用5 L燒杯，極大硬毛藻的投放密度為(10±1) g/L，試驗(yàn)期間水溫(25±2) ℃，pH值7.6～7.7，鹽度31‰，光照強(qiáng)度為10 000 lx，化學(xué)需氧量（CODMn）為(5±0.5) mg/L。試驗(yàn)每個(gè)處理組設(shè)置3個(gè)平行和3個(gè)無(wú)藻組作為空白對(duì)照。試驗(yàn)時(shí)間控制在20 h內(nèi)，每1 h取樣1次，測(cè)定水體中NH4+-N、NO2--N、NO3--N以及PO43--P的含量，當(dāng)水體中NH4+-N、NO2--N、NO3--N以及PO43--P濃度無(wú)明顯變化時(shí)結(jié)束試驗(yàn)。

循環(huán)水系統(tǒng)NH4+-N質(zhì)量濃度一般在0～5 mg/L內(nèi)，NO2--N質(zhì)量濃度一般在0～2 mg/L，NO3--N質(zhì)量濃度一般在1～100 mg/L之內(nèi)。本研究試驗(yàn)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)氮鹽濃度范圍涵蓋實(shí)際循環(huán)水養(yǎng)殖工況下水體中氮鹽參數(shù)范圍。

1.2.1 極大硬毛藻對(duì)NH4+-N、NO2--N、NO3--N的處理試驗(yàn)

試驗(yàn)用水為沙濾后天然海水，水體中NH4+-N、NO2--N、NO3--N、PO43--P濃度分別用氯化銨、亞硝酸鈉、硝酸鈉、磷酸二氫鉀調(diào)控，CODMn濃度用葡萄糖、淀粉調(diào)控。

第1部分研究設(shè)置3個(gè)NO3--N濃度梯度，分別為(5.0±0.5)、(10.0±0.5)、(15.0±0.5) mg/L。第2部分研究設(shè)置3個(gè)NH4+-N濃度梯度，分別為(5.0±0.5)、(10.0±0.5)、(15.0±0.5) mg/L。第3部分研究設(shè)置3個(gè)NO2--N濃度梯度，分別為(1.0±0.5)、(2.0±0.5)、(3.0±0.5) mg/L。PO43--P起始質(zhì)量濃度均為0.2 mg/L。

1.2.2 極大硬毛藻對(duì)相同濃度下不同氮鹽吸收優(yōu)先級(jí)試驗(yàn)

試驗(yàn)用水為沙濾后天然海水，水體中NH4+-N、NO2--N、NO3--N、PO43--P濃度分別用氯化銨、亞硝酸鈉、硝酸鈉、磷酸二氫鉀調(diào)控，CODMn濃度用葡萄糖、淀粉調(diào)控。NH4+-N、NO2--N、NO3--N起始質(zhì)量濃度為(3.0±0.5) mg/L，PO43--P起始質(zhì)量濃度均為0.2 mg/L，COD為(5±0.5) mg/L。

1.2.3 極大硬毛藻對(duì)人工配置的養(yǎng)殖廢水中氮鹽的處理效果

采用人工模擬海水養(yǎng)殖廢水：用100 g曬干的大西洋鮭殘餌、糞便與其飼料按照質(zhì)量1∶1混合粉碎后，加入20 L新鮮海水，于陰暗處發(fā)酵3 d后，用300目篩絹過(guò)濾，最后使用新鮮海水稀釋得到人工模擬海水養(yǎng)殖廢水。NH4+-N質(zhì)量濃度(3.0±0.5) mg/L，NO2--N質(zhì)量濃度為(0.1±0.05) mg/L，NO3--N質(zhì)量濃度為(3.0±0.5) mg/L，PO43--P起始質(zhì)量濃度為0.2 mg/L，COD為(5±0.5) mg/L。

1.3 水質(zhì)測(cè)定與數(shù)據(jù)分析方法

1.3.1 水質(zhì)檢測(cè)方法

水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定參照海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范（GB 17378.4—2007）。具體水質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)和方法見(jiàn)表1。

表1 檢測(cè)指標(biāo)及分析方法

1.3.2 計(jì)算參數(shù)

極大硬毛藻對(duì)氮鹽的吸收速率計(jì)算公式如下

=(C1—C2)/(·)（1）

式中為吸收速率，mg/(g·h)；C1為1時(shí)間下試驗(yàn)組水體中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，mg/L；C2為2時(shí)間下試驗(yàn)組水體中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，mg/L；為所用水體體積，L；為1到2試驗(yàn)時(shí)間，h；為極大硬毛藻鮮質(zhì)量，g。

去除率計(jì)算公式如下

=(C0—C)C0×100%（2）

式中為營(yíng)養(yǎng)鹽去除率，%；C0為時(shí)間下空白對(duì)照組水體中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，mg/L；C為時(shí)間下試驗(yàn)組水體中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，mg/L。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析方法

試驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。數(shù)據(jù)分析采用軟件IBM SPSS Statistics（SPSS 11.0），單因素方差分析采用one-way ANOVA。

2 結(jié)果與分析

2.1 極大硬毛藻對(duì)NH4+-N、NO2--N、NO3--N的處理效果

極大硬毛藻對(duì)NO3--N的吸收情況見(jiàn)圖1a。總?cè)コ孰S時(shí)間變化而上升，其中，5 mg/L組、10 mg/L組和15 mg/L組去除率達(dá)到90%所用時(shí)間分別為16、23和32 h；3個(gè)處理組NO3--N質(zhì)量濃度達(dá)到1 mg/L所用時(shí)間分別為14、23和32 h；試驗(yàn)結(jié)束時(shí)3個(gè)處理組NO3--N質(zhì)量濃度分別為0.52、0.61、1.00 mg/L。隨著時(shí)間的變化，極大硬毛藻對(duì)NO3--N單位小時(shí)吸收速率則呈略微下降趨勢(shì)，藻類(lèi)在試驗(yàn)開(kāi)始階段處于適應(yīng)期，吸收速率隨時(shí)間變化有所升高，3組吸收速率15 mg/L組>10 mg/L組>5 mg/L組，在第6小時(shí)后3組吸收速率開(kāi)始下降，8 h后15 mg/L組吸收速率迅速下降，甚至在第10小時(shí)至13小時(shí)內(nèi)低于5 mg/L組。3個(gè)處理組最終吸收速率穩(wěn)定在20～30 mg/(g·h)。

對(duì)NH4+-N的處理效果見(jiàn)圖1b。極大硬毛藻對(duì)NH4+-N的去除率在試驗(yàn)開(kāi)始后迅速上升，隨著時(shí)間的變化逐漸緩慢，3個(gè)處理組無(wú)顯著區(qū)別，并且18 h后3組藻類(lèi)對(duì)NH4+-N的去除率均大于90%。3個(gè)處理組NH4+-N質(zhì)量濃度達(dá)到1 mg/L所用時(shí)間分別為12、14和15 h。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)5 mg/L組、10 mg/L組和15 mg/L組NH4+-N質(zhì)量濃度分別為0.52、0.49、1.35 mg/L。3組藻類(lèi)對(duì)NH4+-N的單位時(shí)間吸收速率隨時(shí)間的變化迅速下降，3個(gè)處理組之間顯示出顯著差異，試驗(yàn)過(guò)程中，3組吸收速率關(guān)系為15 mg/L組>10 mg/L組>5 mg/L組，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)5 mg/L組和10 mg/L組的吸收速率基本為0，15 mg/L組吸收速率約為20 mg/(g·h)。

極大硬毛藻對(duì)NO2--N的處理效果見(jiàn)圖1c。隨著時(shí)間變化，極大硬毛藻對(duì)NO2--N的去除率呈上升趨勢(shì)，且試驗(yàn)過(guò)程中去除率1 mg/L組>2 mg/L組>3 mg/L組，1 mg/L組26 h去除率基本達(dá)到100%，NO2--N質(zhì)量濃度基本為0，2 mg/L組去除率為50%～60%，3 mg/L組僅為30%～40%；試驗(yàn)結(jié)束時(shí)3個(gè)處理組NO3--N質(zhì)量濃度分別為0.03、0.49、1.14 mg/L。藻類(lèi)對(duì)NO2--N的單位小時(shí)吸收速率隨時(shí)間變化整體略微下降，但大至居于2～4×103mg/(g·h)范圍內(nèi)，3組之間無(wú)顯著差異。

2.2 極大硬毛藻對(duì)相同濃度的不同氮鹽吸收優(yōu)先級(jí)試驗(yàn)

由圖2可知，極大硬毛藻首先選擇吸收的氮鹽為NH4+-N，吸收率較高，在第7小時(shí)，NH4+-N質(zhì)量濃度降至0.37 mg/L，總?cè)コ蔬_(dá)到88.0%；NH4+-N質(zhì)量濃度在第7小時(shí)至9小時(shí)之間無(wú)顯著性差異（>0.05）。前6小時(shí)NO3--N及NO2--N質(zhì)量濃度均無(wú)明顯變化。在第6小時(shí)之后，NH4+-N質(zhì)量濃度為0.68 mg/L，此時(shí)NO3--N和NO2--N質(zhì)量濃度開(kāi)始降低；在第12小時(shí)，NO3--N質(zhì)量濃度降低至0.77 mg/L，總?cè)コ蕿?2.4%。NO3--N質(zhì)量濃度在第12小時(shí)之后無(wú)顯著性變化（>0.05）。NO2--N質(zhì)量濃度在第14小時(shí)后基本為0，總?cè)コ式咏?00%。

注：NH4+-N、NO2--N、NO3--N起始質(zhì)量濃度為(3.0±0.5) mg·L-1，PO43--P起始質(zhì)量濃度均為0.2 mg·L-1，COD為(5±0.5) mg·L-1。

2.3 極大硬毛藻對(duì)模擬養(yǎng)殖廢水的處理效果

由圖3可知，前6 h NH4+-N質(zhì)量濃度迅速降低，NO2--N和NO3--N無(wú)明顯變化。在第7小時(shí)，NH4+-N質(zhì)量濃度降至0.20 mg/L，總?cè)コ蔬_(dá)到94.3%，第7小時(shí)至8小時(shí)之間NH4+-N質(zhì)量濃度無(wú)顯著性差異（>0.05）。前5 h NO3--N及NO2--N質(zhì)量濃度均無(wú)明顯變化。在第5小時(shí)之后，NH4+-N質(zhì)量濃度為0.54 mg/L，NO3--N質(zhì)量濃度開(kāi)始降低。在第10小時(shí)，NO3--N質(zhì)量濃度降低至1.61 mg/L。第10小之后NO3--N質(zhì)量濃度繼續(xù)降低，并且NO2--N質(zhì)量濃度開(kāi)始同步降低。第15小時(shí)后，NO3--N質(zhì)量濃度為0.52 mg/L，總?cè)コ蕿?2.2%，NO2--N質(zhì)量濃度基本為0，總?cè)コ式咏?00%，二者在第7小時(shí)至8小時(shí)之間無(wú)顯著性差異（>0.05）。

注：NH4+-N、NO3--N起始質(zhì)量濃度為(3.0±0.5) mg·L-1，NO2--N質(zhì)量濃度為(0.1±0.05) mg·L-1。

3 討 論

3.1 極大硬毛藻對(duì)無(wú)機(jī)氮鹽的吸收效率

藻類(lèi)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽吸收效率主要受藻類(lèi)自身的酶活性和水體中營(yíng)養(yǎng)鹽離子濃度影響。試驗(yàn)過(guò)程中水體中NO3--N質(zhì)量濃度是隨時(shí)間變化而降低的，極大硬毛藻對(duì)NO3--N的吸收速率也隨時(shí)間略微下降。這一結(jié)果與大多數(shù)研究者對(duì)藻類(lèi)的研究結(jié)果一致[22,25-27]。但由于藻類(lèi)對(duì)NO3--N的吸收更多局限于自身的酶活性，因此高濃度的NO3--N并不能十分有效的提高藻類(lèi)對(duì)NO3--N的吸收速率。從本次試驗(yàn)結(jié)果中還可以看出，過(guò)高的NO3--N質(zhì)量濃度對(duì)藻類(lèi)活性也有一定影響，并且這種不利影響短時(shí)間內(nèi)無(wú)法隨NO3--N質(zhì)量濃度的降低而恢復(fù)。

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，微生物將水體中的NH4+-N和NO2--N轉(zhuǎn)化為NO3--N，而NO3--N無(wú)法被去除，因此會(huì)產(chǎn)生積累。應(yīng)用藻類(lèi)直接吸收水中的NH4+-N和NO2--N，也可有效地解決NO3--N積累問(wèn)題。有研究表明過(guò)高濃度的NH4+-N會(huì)對(duì)藻產(chǎn)生毒害作用，從而抑制藻對(duì)NH4+-N的吸收[27-28]。周金波等[29]研究發(fā)現(xiàn)，不同沉水植物的相對(duì)生長(zhǎng)率均隨著水體氨氮濃度的升高呈現(xiàn)先上升后下降的規(guī)律，輪葉黑藻、苦草、金魚(yú)藻、小茨藻的氨氮最大適宜濃度和最大耐受質(zhì)量濃度分別為2、2、1、0.5和6、6、4、2 mg/L。但本次的試驗(yàn)結(jié)果顯示出極大硬毛藻對(duì)NH4+-N的耐受度較高，在試驗(yàn)所設(shè)計(jì)的濃度范圍內(nèi)，并未顯示出NH4+-N對(duì)藻類(lèi)活性的不利影響。與NO3--N不同的是，藻類(lèi)對(duì)NH4+-N的吸收并不依賴自身的酶活性，在試驗(yàn)結(jié)果中也可以看出藻類(lèi)對(duì)NH4+-N的吸收速率隨時(shí)間變化較為明顯，由此可以推斷NH4+-N濃度對(duì)藻類(lèi)的吸收速率影響較大。極大硬毛藻對(duì)NH4+-N的去除率較高，可達(dá)到90%以上，但與微生物的轉(zhuǎn)化效果對(duì)比而言，所需的停留時(shí)間較長(zhǎng)[30]。

NO2--N作為氮源的一種也可被藻類(lèi)吸收，黃翔鵠等[31]分別研究了波吉卵囊藻對(duì)亞硝酸鹽氮吸收速率，劉盼等[32]研究了蛋白核小球藻和斜生柵藻對(duì)亞硝酸鹽氮吸收速率，結(jié)果均表明藻類(lèi)在高濃度NO2--N下的吸收速率高于其在低濃度下的吸收速率。藻類(lèi)對(duì)NO2--N的吸收也需要酶的轉(zhuǎn)化作用，本研究發(fā)現(xiàn)極大硬毛藻對(duì)NO2--N的去除效果與NO3--N有相似之處，吸收速率隨時(shí)間和濃度變化略有降低。本次試驗(yàn)并未發(fā)現(xiàn)NO2--N質(zhì)量濃度對(duì)藻類(lèi)活性產(chǎn)生影響，其原因可能是本次試驗(yàn)所設(shè)置的NO2--N質(zhì)量濃度較低。

3.2 極大硬毛藻對(duì)氮鹽的吸收次序

一般認(rèn)為在NH4+-N、NO2--N和NO3--N同時(shí)存在的情況下，大多數(shù)藻類(lèi)會(huì)優(yōu)先選擇吸收NH4+-N，其次是NO2--N，最后選擇吸收NO3--N。NO2--N和NO3--N的吸收要通過(guò)硝酸還原酶將其轉(zhuǎn)化為NH4+-N后間接吸收利用[31-34]。對(duì)于極少種類(lèi)藻類(lèi)，NO3--N是首選氮源，只有當(dāng)NO3--N來(lái)源不足時(shí)，藻類(lèi)才會(huì)選擇吸收NH4+-N[35]。姜宏波等[36]在鼠尾草的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)NH4+-N和NO3--N的濃度相同時(shí)，兩者在吸收速率上并沒(méi)有顯著差異。竇碧霞等[37]對(duì)海馬齒的研究中發(fā)現(xiàn)在NH4+-N/NO3—N>1時(shí)，海馬齒優(yōu)先吸收NO3--N，NH4+-N/NO3--N<1時(shí)，海馬齒對(duì)NH4+-N的吸收增加，李洋等[38]在對(duì)瓊枝的研究中發(fā)現(xiàn)，3種營(yíng)養(yǎng)鹽相同的濃度下，瓊枝優(yōu)先吸收NH4+-N，其次是NO3--N和NO2--N。本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)NH4+-N、NO2--N、NO3--N質(zhì)量濃度相同時(shí)，極大硬毛藻首先選擇吸收NH4+-N，當(dāng)NH4+-N質(zhì)量濃度降低至約0.5mg/L時(shí)，開(kāi)始吸收NO2--N和NO3--N，且NO2--N與NO3--N同步降低，無(wú)明顯先后順序。

3.3 極大硬毛藻對(duì)模擬養(yǎng)殖廢水的處理效果

藻類(lèi)吸收的營(yíng)養(yǎng)鹽主要為無(wú)機(jī)氮鹽，養(yǎng)殖廢水中的有機(jī)物對(duì)其并沒(méi)有影響[39]。在極大硬毛藻對(duì)模擬養(yǎng)殖廢水中氮鹽的吸收研究中發(fā)現(xiàn)，3種氮鹽濃度不同時(shí)，極大硬毛藻依然首先選擇吸收NH4+-N，在NH4+-N濃度不足時(shí)，由于NO2--N濃度過(guò)低，其選擇吸收濃度較高NO3--N，當(dāng)NO3--N濃度降低至約1.5 mg/L時(shí)，為彌補(bǔ)氮鹽不足極大硬毛藻在選擇吸收NO3--N的同時(shí)也選擇吸收NO2--N。

4 結(jié) 論

綜合上述結(jié)果，當(dāng)極大硬毛藻的投放密度為(10±1) g/L時(shí)，一定濃度范圍內(nèi)，極大硬毛藻對(duì)NO3--N和NH4+-N的處理周期較短，然而其對(duì)NH4+-N的吸收速率無(wú)法取代微生物；極大硬毛藻對(duì)養(yǎng)殖水體中3種無(wú)機(jī)氮鹽的吸收速率隨著時(shí)間變化即氮鹽濃度的降低而降低，對(duì)NO3--N和NO2--N吸收速率較NH4+-N而言較為穩(wěn)定。當(dāng)前循環(huán)水養(yǎng)殖模式下（新水更新率較高），NO3--N質(zhì)量濃度一般在0～10 mg/L，此濃度范圍不會(huì)對(duì)藻類(lèi)活性產(chǎn)生影響。添加藻類(lèi)處理單元去除NO3--N可以有效地降低系統(tǒng)新水更新率。因此藻類(lèi)處理單元的實(shí)際應(yīng)用應(yīng)綜合考慮藻類(lèi)處理效率和水更新率。循環(huán)水系統(tǒng)NH4+-N質(zhì)量濃度一般在0～5 mg/L內(nèi)，NO2--N質(zhì)量濃度一般在0～2 mg/L，在此濃度范圍內(nèi)兩者不會(huì)對(duì)藻類(lèi)造成不利影響。

由極大硬毛藻對(duì)相同濃度的不同氮鹽吸收優(yōu)先級(jí)試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，當(dāng)3種氮鹽濃度足夠的情況下，極大硬毛藻首先選擇吸收NH4+-N，吸收速率較快，對(duì)NH4+-N的總?cè)コ士蛇_(dá)到約90%。NO2--N和NO3--N優(yōu)先級(jí)相同，吸收速率相對(duì)較慢，藻對(duì)NO2--N總?cè)コ士蛇_(dá)100%，對(duì)NO3--N的總?cè)コ始s為80%。在實(shí)際生產(chǎn)中，可根據(jù)水中NO3--N的濃度適當(dāng)調(diào)整藻類(lèi)鮮質(zhì)量與水體體積的比例關(guān)系，從而提高硝酸鹽的去除率。

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Removal efficiency of nitrogen salts byin aquacultural wastewater

Li Xueying1,3, Li Xian1,2※, Wang Jinxia1,2, Ma Xiaona1,2, Zhou Haoran3, Xu Jianping1, Liu Qin3, Li Jun1

(1.,,,266071,; 2.-,,,266071,; 3.,,266000,)

The high efficiency in removing nitrogen salt is the key to insure the operation of recirculating aquacultural systems. The current study focused on the efficiency and the characteristic ofclones (hereinafter referred to as) to remove the ammonia, the nitrite and the nitrate in seawater. The absorption efficiency ofto nutrients is mainly affected by the enzyme activity of algae and the concentration of nutrients in water. The absorption of NO3--N and NO2--N byis more limited to its enzyme activity. The absorption of NH4+-N depends on the concentration of NH4+-N in water. Within a certain concentration (NH4+-N: 0-15 mg/L, NO2--N: 0-3 mg/L, NO3--N: 0-15 mg/L), the absorption rate ofon nitrogen salt suppressed with the reduction of nitrogen concentration in the water. The absorption rate of ammonia nitrogen by algae changed greatly. The final absorption rate of the 5, 10 mg/L group was close to 0, and that of the 15 mg/L group was 20×103mg/(g·h). While the absorption rate of nitrite and nitrate is relatively stable. The final absorption rate of three groups of NO3--N is 20-30 mg/(g·h), and that of NO2--N was 2-4 mg/L. When the concentrations of three nitrogen salts were same (3 mg/L),first absorbed NH4+-N, and the absorption rate on NH4+-N was notably higher than on NO2--N and NO3--N. There was no significant difference between NO2--N and NO3--N. However, when the NO2--N content was too low, the algae will preferentially absorb NO3--N. When ratio (g/L) of the fresh weight ofto water volume was 10∶1, the removal rates on NH4+-N, NO2--N and NO3--N ofin the artificial aquacultural wastewater (NH4+-N: 3.0±0.5 mg/L, NO2--N: 0.1±0.05 mg/L, NO3--N: 3.0±0.5 mg/L, PO43--P: 0.2±0.5 mg/L）were 94.3%, 100% and 82.2% in 15 hours. Although the removal rate of NH4+-N bywas high, it could not replace microorganism as the main unit of NH4+-N removal completely. In order to obtain sufficient ammonia NH4+-N as electron acceptor for microbial, the algae unit was suggested to be located behind the microbial unit. The practical application of algae treatment unit should consider comprehensively both the algae treatment efficiency and water renewal rate. In the actual production, the ratio between the fresh algae quality and the water volume can be adjusted according to the concentration of NO3--N in the water, so as to improve the removal rate of nitrate. The mass concentrations of NO3--N, NH4+-N, NO2--N in recirculating aquacultural systems were generally at 0-10, 0-5, 0-2 mg/L. Within the range of nitrogen salt concentration in circulating water system, three kinds of nitrogen salts will not cause adverse effects on algae. This study could provide data for the application ofclones in the treatment of aquacultural wastewater and promoted the utilization of aquaculture wastewater as a resource.

wastewater; nitrogen; aquaculture;Clones; absorption rate; removal rate

李雪瑩，李 賢，王金霞，馬曉娜，周浩然，徐建平，劉 欽，李 軍. 極大硬毛藻無(wú)性系對(duì)海水養(yǎng)殖廢水中氮鹽的去除效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(24)：206－212.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.025 http://www.tcsae.org

Li Xueying, Li Xian, Wang Jinxia, Ma Xiaona, Zhou Haoran, Xu Jianping, Liu Qin, Li Jun. Removal efficiency of nitrogen salts byin aquacultural wastewater[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(24): 206－212. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.025 http://www.tcsae.org

2019-05-29

2019-11-28

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFD0701700），廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019B020215001）和國(guó)家海水魚(yú)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-47）

李雪瑩，主要從事污水資源化處理。Email：342492236@qq.com

李 賢，副研究員，主要從事水產(chǎn)養(yǎng)殖工程與生態(tài)學(xué)相關(guān)研究。Email：lixian@qdio.ac.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.025

5959

A

1002-6819(2019)-24-0206-07