畢亞楠

摘要：采用斜生柵藻和木醋桿茵構(gòu)建藻茵共生系統(tǒng)固定化藻，制備了粒徑為1cm和2cm的固定化藻，以游離藻作對照，測定了斜生柵藻處理后的豬糞廢水的氨氮含量、總磷含量、總氮含量并計算了去除率;探究了不同粒徑的固定化斜生柵藻和游離斜生柵藻對豬糞廢水的凈化能力。實驗結(jié)果顯示，固定化藻對豬糞廢水中氨氮、總磷、總氮的去除率高于游離藻，且1cm固定化藻的去除能力更好。說明較小粒徑的固定化斜生柵藻對凈化畜禽廢水有明顯優(yōu)勢，具有較高的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：藻茵共生;固定化斜生柵藻;氮;磷;去除率

中圈分類號：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）16-0132-03

1引言

近年來，隨著養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，增加了化肥、農(nóng)藥的使用量。由于畜禽廢水排放量大且集中，含有重金屬、殘留獸藥和病原體，且氨氮和有機磷含量高。一些企業(yè)為降低成本，將未經(jīng)處理的畜禽廢水直接排放到環(huán)境中或者直接農(nóng)用，不但使水質(zhì)惡化，而且嚴(yán)重污染了生態(tài)環(huán)境和農(nóng)田。但隨著鄉(xiāng)村振興農(nóng)業(yè)政策下綠色農(nóng)業(yè)的推廣，畜禽污水處理也受到了重視。

將微藻用于污水處理的想法是Oswald等在1957年提出的，其奠定了藻類污水生物處理技術(shù)的基礎(chǔ)。微藻對廢水中氮磷、有機物有去除效力，而細(xì)菌具有降解污染代謝物的能力，將兩者有效地結(jié)合起來，微藻進(jìn)行光合作用釋放的O2可供好氧茵進(jìn)行生命活動，該細(xì)菌能將廢水中的氨氮及含磷有機物降解為無機鹽，產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物CO2、無機氮磷化合物又為微藻的光合作用提供碳源和營養(yǎng)，該系統(tǒng)循環(huán)反復(fù)形成共生關(guān)系，即稱為藻菌共生，該系統(tǒng)可以有效去除廢水中的氮磷有機物，達(dá)到凈化作用?；谠谠寰采蠧O2循環(huán)和物質(zhì)循環(huán)的特殊性，并結(jié)合其他相關(guān)技術(shù)和工藝，建立廢水處理體系，可有效實現(xiàn)污水的自凈，且符合自然生態(tài)發(fā)展模式，具有極好的前景。

微藻固定化技術(shù)于20世紀(jì)80年代興起，是一項正在發(fā)展的生物技術(shù)?；谠寰采w系，結(jié)合固定化藻類工藝，國內(nèi)外開展了一些研究：Chevalier等提出基于藻菌共生將固定化藻類用于水處理;嚴(yán)國安等研究了固定化柵藻對污水的處理效果;高鵬利用包埋固定化銅綠微囊藻（Microcystisaeruginosa）處理污水探討其NH4⁺-N和TP的去除效果;李正魁將固定化氮循環(huán)菌在廢水中培養(yǎng)，以處理富營養(yǎng)化的水體等，這些研究證明了微藻可以有效去除畜禽廢水中的氮、磷、重金屬元素等物質(zhì)，能達(dá)到凈化效果。由于針對在藻菌共生系統(tǒng)下，固定化斜生柵藻對污水的處理能力的研究鮮有報告。為此，本實驗通過建立藻菌共生體系，運用木醋桿菌形成的細(xì)菌纖維素固定化斜生柵藻，設(shè)置游離藻為對照，比較斜生柵藻在游離與固定化兩種狀態(tài)下對豬糞廢水中氮磷含量的影響，從而判定其對污水處理的能力高低，為固定化斜生柵藻凈化畜禽廢水的研究與應(yīng)用提供數(shù)據(jù)。

2材料和方法

2.1實驗材料

斜生柵藻種（Scenedesmusobliquus），來自云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院;木醋桿菌（Gluconacetobacterxylinus），來自云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。

2.2實驗方法

2.2.1豬糞廢水的采集和預(yù)處理

豬糞廢水取自云南農(nóng)業(yè)大學(xué)養(yǎng)豬廠。取適量豬糞廢水，用蒸餾水稀釋并攪拌，靜置24h，后，用10層紗布過濾，得到預(yù)處理的廢水。

2.2.2豬糞廢水的滅茵

將豬糞廢水以封口膜密封，分裝至小錐形瓶中，放置進(jìn)高壓蒸汽滅菌鍋，于121℃，25min條件下滅菌，結(jié)束后取出備用。

2.2.3培養(yǎng)方法

2.2.3.1藻種培養(yǎng)

量取100mL SE液體培養(yǎng)基，轉(zhuǎn)移至容量為250mL的錐形瓶中，在無菌狀態(tài)下，將斜生柵藻的藻種接種于SE液體培養(yǎng)基中，接種量為10%，于25℃，光照強度約為3500lux，通空氣條件下培養(yǎng)10d（表1）。

2.2.3.2菌種培養(yǎng)

在無菌條件下，將木醋桿菌菌種接種于含有基礎(chǔ)培養(yǎng)基的錐形瓶中進(jìn)行培養(yǎng)，約一周（表2）。

2.2.3.3藻種的固定化處理

取滅菌過的小錐形，分別接入斜生柵藻藻液，5%的木醋桿菌菌液制備粒徑為1am、2cm的固定化藻。靜置8h，木醋桿菌形成的細(xì)菌纖維素包裹微藻，微藻成團狀。

2.2.4測定方法

氨氮（NH3-N2）含量采用納氏試劑比色法測定;總氮（TN）的含量采用過硫酸鉀氧化一紫外分光光度法測定;總磷（TP）的測定采用過硫酸鉀消解，鉬銻抗分光光度法測定。具體方法參見文獻(xiàn)[10]。

2.3 實驗設(shè)計

分別取粒徑為1cm、2cm的固定化藻、游離藻液按其占總體積的15%的投放率放人300mL的滅菌廢水中，每個實驗組設(shè)3個平行實驗，于25℃，光照強度約為3500lux條件下的光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。分別在第Od，第3d，第6d，第9d時定時取樣10mL，測定其氨氮（NH3-N：）、總氮（TN）、總磷（TP）的值。

2.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理

2.4.1去除率

2.4.2統(tǒng)計分析

運用Excle 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表生成。

3結(jié)果與討論

3.1固定化藻和游離藻作用下對豬糞廢水的水質(zhì)的影響

3.1.1氨氮（NH3-N2）的去除效果

如圖1為游離藻與不同粒徑固定化藻在O～9d內(nèi)對豬糞廢水中氨氮的去除率，可以看出游離藻與固定化藻對豬糞廢水中的氨氮均有較好的去除效果。前3d變化率均較大，固定化藻的去除效果優(yōu)于游離藻;接下來3d固定化藻的去除率的增長速度減慢，游離藻的去除率仍以較快速度增長;最后3d均趨于平緩且游離藻與固定化藻的去除率差異不大，但1or/1固定化藻較優(yōu)，達(dá)94.6%。

3.1.2總磷（TP）的去除效果

如圖2為游離藻與不同粒徑固定化藻在O～9d內(nèi)對豬糞廢水中總磷的去除率，可以看出固定化藻的去除效果顯著優(yōu)于游離藻。前3d，去除率均較快增長，但1cm固定化藻去除率高達(dá)60%以上，去除優(yōu)勢明顯;隨后3d，固定化藻的去除率以較慢速度增長，而游離藻的去除率變化極小;最終固定化藻達(dá)到較高的去除率，且1cm固定化藻較優(yōu)，達(dá)89.2%，而游離藻的去，除效果差去除率不及50%。

3.1.3總氮（TN）的去除效果

如圖3為游離藻與不同粒徑固定化藻在O～9d內(nèi)對豬糞廢水中總氮磷的去除率，可以看出固定化藻去除效果更佳。固定化藻與游離藻的去除率均以穩(wěn)定的速度增長，固定化藻的去除效果始終優(yōu)于游離藻，1cm固定化藻與2cm固定化藻最終的的去除率均較高，達(dá)98%左右，且1cm固定化藻略優(yōu)。

3.1.4討論

從以上實驗結(jié)果看出，固定化斜生柵藻的凈化效果優(yōu)于游離藻，是因為固定化微藻形成的球狀結(jié)構(gòu)，比表面積較大，氮磷及有機物質(zhì)易吸附于固定化藻表面并滲透內(nèi)部至飽和，增加了反應(yīng)的接觸面積;并且固定化藻的生理特性發(fā)生了變化，能提高微藻的合成代謝活性，使氨氮及有機磷的利用率增大，因此固定化藻的降解效果顯著。與此同時，1cm固定化藻的去除性能優(yōu)于2cm固定化藻，表明固定化藻的粒徑大小也會影響藻的生長代謝，過大的粒徑會限制其反應(yīng)速率，不利于物質(zhì)的吸收。

4結(jié)論

（1）固定化斜生柵藻對豬糞廢水中的氨氮、總磷、總氮的去除率高于游離斜生柵藻。

（2）固定化藻粒徑的大小會對氨氮和磷的去除效果產(chǎn)生影響，粒徑為1cm的固定化藻去除效果更好，但粒徑大小對去除效果的具體影響還有待于今后進(jìn)一步研究。