祁浩成，王燕燕，田勝艷

(1.天津科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院，天津市制漿造紙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300457；2.天津科技大學(xué)海洋與環(huán)境學(xué)院，天津300457)

塔爾油是工藝制漿或硫酸鹽制漿過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，產(chǎn)自高樹脂針葉樹種，是制漿造紙行業(yè)中僅次于木質(zhì)素和半纖維素的第三大化學(xué)副產(chǎn)品[1]。塔爾油具有復(fù)雜的皂化成分脂肪酸（30%~60%）、樹脂酸（40%~60%）和不皂化物（5%~10%）[2]，也含有少量硫醇、硫化物和氧化物樹脂等40多種化合物[3]，這些物質(zhì)組成與化感物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有相似之處?；形镔|(zhì)的分子量較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常見的多是小分子量的有機(jī)酸、酚類和萜類化合物[4]。植物化感作用是指植物（含微生物）通過釋放化學(xué)物質(zhì)到環(huán)境中而產(chǎn)生的對(duì)其他植物(含微生物)直接或間接的有害作用[5-6]。

隨著社會(huì)生產(chǎn)力的飛速發(fā)展，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，我國(guó)湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化是其中的典型問題之一[7]。水體富營(yíng)養(yǎng)化后，浮游生物大量繁殖，水體呈現(xiàn)藍(lán)色、棕色、紅色、乳白色等，在河流湖泊中的這種現(xiàn)象被稱為水華[8]。水華會(huì)嚴(yán)重破壞水生生態(tài)系統(tǒng)，破壞水域生態(tài)景觀[9]，甚至威脅人體健康，影響人類生產(chǎn)生活[10]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)水華藍(lán)藻的控制技術(shù)主要包括物理方法、化學(xué)方法及生物方法，各種方法根據(jù)除藻機(jī)理的不同又可分為多種方式[11－14]。采用水生植物治理主要是運(yùn)用植物之間的化感拮抗作用來抑制藻類的生長(zhǎng)，因其具有經(jīng)濟(jì)、高效和生態(tài)安全性好等優(yōu)點(diǎn)，從水生植物及陸生植物中提取化感物質(zhì)抑制水華發(fā)生成為近年的研究熱點(diǎn)[15]。

塔爾油是一種重要的化工粗原料，在對(duì)其進(jìn)一步蒸餾加工后才能利用，且加工過程復(fù)雜，需要消耗較大的人力和物力。若將塔爾油直接作為化感物質(zhì)用于抑藻有一定優(yōu)勢(shì)：一方面，其本身來源于木材原料，生態(tài)安全性較好；另一方面，其作為制漿副產(chǎn)物，提取過程不產(chǎn)生副產(chǎn)物，且產(chǎn)量大，來源穩(wěn)定，將其作為化感物質(zhì)應(yīng)用，既可節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境，也能提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，符合綠色化學(xué)品的發(fā)展理念。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料與試劑

塔爾油，美國(guó)勞特公司；無水乙醇，分析純，天津市江天化工技術(shù)股份有限公司；酵母浸膏，生物試劑，北京市海淀區(qū)微生物培養(yǎng)基制品廠；檸檬酸，分析純，北京華威銳科化工有限公司。

1.2 水生混合藻的培養(yǎng)

藻液取自魚缸富營(yíng)養(yǎng)水體，為混合藻液，在光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，待藻細(xì)胞密度達(dá)到1.5×106~2.0×106個(gè)/mL，取適量藻液，稀釋至5×105個(gè)/mL后使用。混合藻的培養(yǎng)在250 mL錐形瓶中進(jìn)行，加入150 mL BG11(Ble-Green Medim)培養(yǎng)基，于120℃滅菌30 min，待冷卻后在無菌條件下按10%接種量接入混合藻液，在光照強(qiáng)度為4 000 lx、溫度為25℃、光暗比為12 h∶12 h條件下培養(yǎng)，每隔12 h搖晃錐形瓶一次。

1.3 抑藻實(shí)驗(yàn)

用二甲基亞砜（DMSO）助溶塔爾油，分別向混合藻培養(yǎng)液中加入0.03 mg和0.045 mg的塔爾油，使得藻液中塔爾油的質(zhì)量濃度分別為0.12 mg/L和0.18 mg/L，同時(shí)設(shè)立加入同等計(jì)量二甲基亞砜的對(duì)照組，培養(yǎng)7 d，每個(gè)濃度設(shè)立3組平行實(shí)驗(yàn)組。期間每天定時(shí)取樣，進(jìn)行抑制率的測(cè)定和濁度的測(cè)定；通過預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)第5天抑制率最高，在第5天時(shí)進(jìn)行藻粒徑的測(cè)定。

1.4 抑制率測(cè)定

采用血球計(jì)數(shù)板顯微計(jì)數(shù)法對(duì)水生混合藻細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)，每次進(jìn)行3次計(jì)數(shù)，取平均值作為密度值。根據(jù)藻細(xì)胞密度繪制藻液生長(zhǎng)曲線，根據(jù)式（1）計(jì)算塔爾油對(duì)藻液生長(zhǎng)的抑制率。

式中：IR為藻細(xì)胞抑制率，%；N為實(shí)驗(yàn)組藻細(xì)胞密度，個(gè)/mL；N0為對(duì)照組藻細(xì)胞密度，個(gè)/mL。

1.5 濁度測(cè)定

混合藻濁度采用濁度儀(LP2000-11型，意大利Hanna Instrument公司)進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣品測(cè)定3次，取其平均值繪制藻液濁度變化曲線。

1.6 藻粒徑分布測(cè)定

采用微米級(jí)激光粒度儀（LS13 320型，美國(guó)Beck-man Coulter公司）對(duì)藻液中的藻細(xì)胞粒徑進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 塔爾油對(duì)混合藻生長(zhǎng)的影響

混合藻的生長(zhǎng)曲線如圖1所示。由圖1可見：加入塔爾油的實(shí)驗(yàn)組藻液中藻細(xì)胞密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)照組，塔爾油對(duì)混合藻產(chǎn)生顯著的抑制效果，高濃度塔爾油組的抑制作用更明顯。當(dāng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到第7天時(shí)，高濃度塔爾油組的藻細(xì)胞密度略高于低濃度塔爾油組，可能是因?yàn)榇藭r(shí)藻液中出現(xiàn)大量的藻細(xì)胞碎片影響了血球計(jì)數(shù)板的觀察計(jì)數(shù)。

圖1 混合藻液的生長(zhǎng)曲線

根據(jù)不同組中藻細(xì)胞密度計(jì)算不同時(shí)間塔爾油對(duì)混合藻生長(zhǎng)的抑制率，結(jié)果如圖2所示。由圖2可見：實(shí)驗(yàn)第5天的抑制率最高，高濃度塔爾油組抑制率高達(dá)75%，低濃度塔爾油組抑制率也達(dá)到55%，說明塔爾油對(duì)混合藻具有良好抑制效果。而高濃度組第7天時(shí)的抑制率反而低于低濃度組，分析原因是因?yàn)樗栍蛯?shí)驗(yàn)組中藻類碎片的增多，影響了血球計(jì)數(shù)板的計(jì)數(shù)結(jié)果所致。

圖2 不同濃度的塔爾油對(duì)藻液的抑制率

2.2 混合藻濁度的變化

藻液的濁度主要受藻細(xì)胞密度及其粒徑、形狀、顆粒表面對(duì)光散射特性等因素的影響。藻液培養(yǎng)期間藻液的濁度變化如圖3所示。對(duì)照組藻液的濁度是隨著培養(yǎng)時(shí)間逐漸增加的，因?yàn)殡S著培養(yǎng)時(shí)間增加，藻細(xì)胞密度增加，濁度也隨之增加。實(shí)驗(yàn)組則完全不同，培養(yǎng)初始階段實(shí)驗(yàn)組藻液的濁度高于對(duì)照組藻液的濁度，隨后又逐漸降低，但始終顯著高于對(duì)照組。初始階段實(shí)驗(yàn)組濁度驟然升高是因?yàn)樗栍蜁?huì)促使藻細(xì)胞裂解死亡，藻細(xì)胞胞內(nèi)物質(zhì)進(jìn)入培養(yǎng)液中，并伴隨大量的藻細(xì)胞碎片懸浮于培養(yǎng)液中；隨后藻細(xì)胞碎片發(fā)生絮聚，因而沉降下來，而且藻細(xì)胞色素物質(zhì)的分解也導(dǎo)致濁度逐漸降低。

圖3 塔爾油對(duì)藻液濁度的影響

2.3 混合藻粒徑的變化

圖4 為培養(yǎng)至第5天時(shí)各組藻液粒徑的分布圖。其中，對(duì)照組藻液粒徑分布呈現(xiàn)雙峰形，分別為1~8 μm和60~300 μm。加入塔爾油組藻液粒徑分布表現(xiàn)為三峰形，加入塔爾油后的藻液粒徑在0.4~1 μm也有少量分布，主要原因是加入塔爾油后使混合藻細(xì)胞分解破碎，從而使藻液顆粒粒徑變小，而且更加連續(xù)?；旌显逡侯w粒出現(xiàn)的最大粒徑分布由400 μm擴(kuò)大到800 μm，平均粒徑增加了2倍以上，這因?yàn)樵寮?xì)胞遭到破壞之后大量有機(jī)物釋放到藻液之中，這些有機(jī)物使破碎的細(xì)胞碎片絮聚在一起。根據(jù)水生混合藻濁度變化和水生混合藻的粒徑分析，可以看出塔爾油對(duì)于混合藻細(xì)胞有很強(qiáng)的破壞作用。由圖4還可以看出，高濃度組的峰值面積要高于低濃度組，說明高濃度組對(duì)藻細(xì)胞的破壞程度更高。

圖4 塔爾油對(duì)水生混合藻液顆粒粒徑的影響

3 結(jié)束語

本文探索了塔爾油抑藻的實(shí)際應(yīng)用效果。研究發(fā)現(xiàn)，加入兩種不同濃度的塔爾油后，混合藻的密度都明顯下降，且高濃度塔爾油的抑制效果要高于低濃度塔爾油?；旌纤柙逡旱臐岫扔忻黠@上升，可能因?yàn)樗栍褪顾旌显辶呀馑劳?。通過對(duì)藻細(xì)胞粒徑分析驗(yàn)證了塔爾油會(huì)使混合藻細(xì)胞裂解死亡的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)說明塔爾油在實(shí)際應(yīng)用中可以發(fā)揮出較好的抑藻作用。