胡春義，石瑤瑤，滕曉蕓，劉 權，任勇源

（1.青島鮮達物流科技有限公司，山東 青島 266432；2.浙江大學，杭州 310014）

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人類對水產(chǎn)品的需求不斷增多，對水產(chǎn)品的品質要求也日益提高。影響水產(chǎn)品質量和安全的因素較多，除了動物本身的健康和人為因素外，最主要的是水環(huán)境質量，這影響水產(chǎn)品的養(yǎng)殖、運輸和儲存[1]。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，投放餌料的過剩及動物的排泄代謝等過程產(chǎn)生過多的氮磷，會污染水質，危害動物自身健康。這就需要尋找一類在較短時間內能夠明顯凈化水質且無毒害作用的物質。研究表明，用藻類處理污水具有較好的效果，生物量吸收是藻類去除營養(yǎng)物質的主要機制，藻類能通過光合作用吸收水體中的氮和磷，釋放氧氣[2-3]。為了提高廢水處理質量，避免藻類的分散流失，可采用細胞固定化技術，微藻固定化是廢水處理過程中保持微藻數(shù)量的一種有效方法[4]。綠藻屬是最常見且氮磷處理效率較高的藻屬[5]。但是，綠藻的最適生長溫度為20～25 ℃，春秋季使用效果有限，硅藻的最適生長溫度為14～18 ℃，在春秋季更占優(yōu)勢[6]。利用硅藻相對低溫的生長優(yōu)勢，對硅藻進行包埋用來處理春秋季的廢水。

用于包埋固定的材料有很多，海藻酸鈉是最常用的聚合物，其成本低、擴散性大、產(chǎn)生危害少、固定過程簡單快速[7]。研究表明，相比非固定化的小球藻，固定化的小球藻去除氮和磷等營養(yǎng)物質的效果更好[8]，但是，其機械性能較差，根據(jù)不同的功能需求，通常需要利用物理共混和化學改性兩種方法進一步處理[9]。殼聚糖是一種天然的聚陽離子電解質，無毒性，可以通過靜電作用與海藻酸鈉聚陰離子電解質結合，形成一種無毒性、生物相容性好的天然高分子材料[10]。本文以海水養(yǎng)殖廢水為處理對象，利用海藻酸鈉包埋硅藻并用氯化鈣和殼聚糖進行固定，分別檢測不同處理時間下養(yǎng)殖海水廢水中總磷、氨氮、亞硝態(tài)氮的含量和pH 的變化，評價春秋季自然水溫下硅藻包埋處理海水養(yǎng)殖廢水的效果，以期為硅藻膠囊處理海水養(yǎng)殖廢水的實際應用提供數(shù)據(jù)基礎，從而凈化水質，提高海鮮養(yǎng)殖和運輸過程的存活率，保證海鮮品質。

1 試驗部分

1.1 材料與儀器

主要材料有2 種。一是硅藻粉，由奧立安（湖北）生物工程有限公司生產(chǎn)；二是海水養(yǎng)殖廢水樣品，取自江蘇省連云港市對蝦養(yǎng)殖場。主要儀器有5 種。一是壓力蒸汽滅菌鍋，型號為YX280，由上海三申醫(yī)療器械有限公司生產(chǎn)；二是可見分光光度計，型號為722，由上海舜宇恒平科學儀器有限公司生產(chǎn)；三是臺式低速離心機，型號為TD4，由湖南凱達科學儀器有限公司生產(chǎn)；四是多參數(shù)水質分析儀，型號為SJ-7008 Ⅱ，由河南綏凈環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)；五是多功能快速消解儀，型號為SJ-16X，由河南綏凈環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)。

1.2 試驗方法

硅藻藻種需要做好馴化。稱取10 g 硅藻粉（主要成分硅藻藻種、藻類分裂素、微量元素、營養(yǎng)鹽和礦物質等），然后加入純凈水200 mL 浸泡5 d，加入同體積濃度2%的海藻酸鈉，攪拌均勻后，將其滴入濃度為2.5%的氯化鈣溶液和濃度1%的殼聚糖溶液中，兩者同體積混合，固化16 h 后用清水洗3 遍，在純凈水中浸泡3 d 進行饑餓處理，待用。

將海水養(yǎng)殖廢水進行離心后高壓滅菌。設置硅藻膠囊（硅藻固定化）與養(yǎng)殖廢水的質量比為1∶10，在水溫14.5±0.5 ℃、日光燈照射下處理廢水24 h、48 h、72 h、96 h，然后分別取樣，檢測總磷（TP）、亞硝態(tài)氮（NO2--N）、氨氮（NH4+-N）和pH 的變化?？偭?、亞硝態(tài)氮、氨氮的檢測采用多參數(shù)水質分析儀，pH 檢測采用便攜式pH 計。

1.3 數(shù)據(jù)處理

將所有數(shù)據(jù)用Excel 軟件進行處理，利用SPSS軟件中的獨立樣本t檢驗對數(shù)據(jù)進行分析，最終數(shù)據(jù)用平均值±標準差的形式表示。當概率P＜0.05 時，差異顯著；當P＜0.01 時，差異極顯著。

2 試驗結果分析

2.1 總磷去除率

如圖1 所示，海水養(yǎng)殖廢水的初始總磷含量為1.57 mg/L，隨著處理時間的增加，廢水中總磷含量明顯降低。處理時間為0～120 h 時，高濃度組硅藻膠囊去除總磷的能力均強于低濃度組。處理120 h 后，低濃度組廢水總磷含量為0.49 mg/L，去除率達到68.79%，高濃度組廢水總磷含量為0.17 mg/L，去除率達到89.17%。

圖1 硅藻固定化處理海水養(yǎng)殖廢水的總磷含量變化

2.2 氨氮去除率

如圖2 所示，隨著處理時間的變化，海水養(yǎng)殖廢水的氨氮含量明顯降低。處理時間為0～48 h 時，氨氮含量出現(xiàn)顯著下降，此時硅藻膠囊去除氨氮的能力最強。48 h 之后，氨氮含量下降趨勢變緩。處理時間為120 h 時，低濃度組和高濃度組廢水中氨氮含量基本一致，均達到最低，最終氨氮去除率保持在65.53%～67.29%。

圖2 硅藻固定化處理海水養(yǎng)殖廢水的氨氮含量變化

2.3 亞硝態(tài)氮去除率

如圖3 所示，處理時間為0～48 h 時，高濃度組廢水亞硝態(tài)氮含量緩慢降低；48 h 之后，亞硝態(tài)氮含量大幅下降，此時硅藻膠囊對亞硝態(tài)氮具有較強的去除效果；處理時間為120 h 時，亞硝態(tài)氮含量為118.58 μmol/L，去除率為77.91%。處理時間為0～48 h 時，低濃度組廢水亞硝態(tài)氮含量基本不變，甚至有所上??；48 h 之后，亞硝態(tài)氮出現(xiàn)下降趨勢；處理時間為120 h 時，亞硝態(tài)氮含量下降到165.69 μmol/L，去除率為69.13%。由此可見，硅藻膠囊處理廢水中的亞硝態(tài)氮時，48 h 后才顯著發(fā)揮作用。

圖3 硅藻固定化處理海水養(yǎng)殖廢水的亞硝態(tài)氮含量變化

2.4 pH 變化

如圖4 所示，處理時間為0～24 h 時，經(jīng)硅藻膠囊處理，高濃度組廢水pH 顯著降低，水中營養(yǎng)物質豐富，藻類數(shù)量迅速增加，呼吸作用加強，系統(tǒng)產(chǎn)生大量二氧化碳。處理時間為48 h 時，海水養(yǎng)殖廢水pH 降到最低，處理時間為120 h 時，pH 保持在7.7左右。處理時間為0～72 h 時，經(jīng)硅藻膠囊處理，低濃度組廢水pH 逐漸降低，呼吸作用大于光合作用。

圖4 硅藻固定化處理海水養(yǎng)殖廢水的pH 變化

3 結論

海水養(yǎng)殖廢水成分比較復雜，不同地區(qū)、不同品種水產(chǎn)品產(chǎn)生的廢水不同，處理效果也大不相同。固定化小球藻對流動海水中氨氮、磷酸鹽的去除率分別為84.49%和72.17%[11]；JY-1 型小球藻固定化處理廢水5 d 后，氨氮、總磷和硝態(tài)氮的去除率分別為96.29%、93.51%、15.84%，其對亞硝態(tài)氮的去除效果不明顯[12]；廢水磷含量為1 mg/L 時，包埋的銅綠微囊藻對磷的去除率達到79.19%[13]。試驗結果表明，硅藻固定化處理海水養(yǎng)殖廢水120 h 時，氨氮、總磷和亞硝態(tài)氮的去除效果均較好。微藻可以吸收廢水中的有機氮和無機氮，首先利用氨氮，再利用硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮[14]。處理時間為48 h 時，經(jīng)硅藻膠囊處理，高濃度組廢水pH 降到最低，之后緩慢升高；處理時間為72 h 時，經(jīng)硅藻膠囊處理，低濃度組廢水pH 達到最低，之后開始升高。硅藻固定化能夠凈化春秋季海水養(yǎng)殖廢水，在進行實際應用時，首先需要對硅藻藻種進行饑餓處理，從而保證短時間內有較好的污染物去除效果[15]。