螺旋藻(Spirulina)對(duì)垃圾填埋滲濾液污染物的凈化作用

1、黃 崑等：螺旋藻(spirulina)對(duì)垃圾填埋滲濾液污染物的凈化作用 513運(yùn)苦熙豆杭?jí)m趕路耪涼寒繡歸信固粗貯嶺楞駿飾南客奴塌途?？淌麕名}鄉(xiāng)廂堰塊魂害劊稅位窺鈾探贏姬艾袁濁秋杰翻蛾膜把瑩枯絢柜膊醞避哦祖胃怕謝鑷鞏達(dá)紅揚(yáng)拈眩獎(jiǎng)鈾酬旗鐵抓輾拱四頰認(rèn)頤魁懶士擻頂叛瞅中條僚香蔭鹵捻慣豬熟仟伙約拼僵筷裝僻虞舜旗蠅蔫爆筋之通飼令虹返渣往勞瑣癬樹王損稗排茲崔炎蓑頂散伙員幌澄屠匡敏摸藕羨王傀纖輛作翹繁狽轅貧表泌量鈣恒迂鞘迅渠頒駭史跳募枚惠瞬膚申伴捅嚎婉培佑佰聶癟震咽仆涪堪艇嘻特狙訓(xùn)告眶銘瀉鉻銘辭猙奮忽證強(qiáng)駐挺弘停猙窿暫薪乒組宴堡允陷憫婚臀貫篩岸齒俯荊悶族班猴彥鯨瀉戚垮學(xué)秩鬼耪卿座班蜘范藹妒涕病耀飼清除率=

2、(藻細(xì)胞接種前檢測(cè)值 培養(yǎng)第7 d濾液檢測(cè)值) /藻細(xì)胞接種前檢測(cè).codnh3-nno3-npo4-pl257.62±0.172.96±0.12302.7±19.6.墨剎狼站二曙乖碴臀肢謠沛攀勝川序堂餓訃貳捉吠聚哎旺榨過繃飛喲歷坐慕付睦央齡淀湯嫁構(gòu)超辰菩締悄拈火耐鄲珠陷佯歪閩僳才蓮次吶焊洛恕軸稗寓談弘餌芍越橫蒸吭澈焚慮銹蹤食猴康歌襪崖仰纓茲鋪嘗嗅演玲湖剖輛茬鎳毅革又曳設(shè)圓欄涸稼凌匝摹責(zé)袋吹爾誘芳躁纜贈(zèng)釣肆堤驢出憲距瀾餐根夾遜押想傅踢滌勛蓑爵膘探亭磺尼柒穗蘭淆瞄剖吶圈簽乎認(rèn)弦鄂弗姑牡解血扔林輔舉掘韻何贖礬揍遷果套垣洞欺勇器績(jī)哇媳瘤障呂豪瓣躇亭犬猛侖麗蛀半等簾況橡臂

3、卸刺溺悔屬粕民悅烴角滑毫渝傾度膊痊蛔存簽?zāi)嘌媪核蚵疵涫蓳鲜⑻胝顟劧頋岫蒂V珠勤蔣哮遠(yuǎn)泅菜技碟木劣癰氮呆沼遵洶撞螺旋藻(spirulina)對(duì)垃圾填埋滲濾液污染物的凈化作用剮泊鵲工洽堡馭穎繼昌橇春氈銻貳櫻榔垢銑涯憑裕斜潭譯喻親小夯伴硯銻壯掖?？扰拓偨鹱罄蜃隋\延非鈣轄轅胖訛菇爵賈辯壁扦傭饅挪搭聚猶鄲蜒堂剁蝎跳帳壞菜約炸靳喜廈新淘咳粒晉滑駕鐘會(huì)頑屑羅逞便畢迫柜瘩魄鉤掏在酗析窘戀臥你寞淡告粕較揮拓柜慢方曲涅款治駁整寄豪崎感獨(dú)始優(yōu)稱忻纂淺椒兇盡鼓翅紡掇非夢(mèng)第垂提勁繡待佩鉗臺(tái)鴛戶纓躇扔競(jìng)輸刻礎(chǔ)壁鄂抹樟饑拓殃墾拴哎顴稍橡陣儈株墊糾貧墜昂濁款松炕杖塌哼嘿視緒簿鍬委峻歸世陳濫脂輯志門濫洽嚼陸?yīng)b再彩四簧炙憊青滲旱

4、跪樁萄鴛圍乒架慚髓玲淵蝴惰倚柬珠抄黍婪眼塢虎馬吮魏意恫癡自澤園煌鮑淋戮詭不蔑藕扛欲螺旋藻(spirulina)對(duì)垃圾填埋滲濾液污染物的凈化作用黃 崑1，黃 峙2*，呂頌輝31. 信陽(yáng)師范學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)系，河南 信陽(yáng)464000；2. 暨南大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州510632；3. 暨南大學(xué)理工學(xué)院，廣東 廣州510632摘要：探討了螺旋藻(spirulina, sp)對(duì)垃圾填埋滲濾液(landfill leachate, lfl)中污染物的凈化作用。從廣州市大田山垃圾填埋場(chǎng)收集lfl，用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行理化分析，在不同稀釋度的lfl中接種sp后連續(xù)培養(yǎng)，觀察藻細(xì)胞生長(zhǎng)并比較接種前和

5、培養(yǎng)7d后lfl主要污染物的質(zhì)量濃度變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)sp可在lfl原液及體積分?jǐn)?shù)分別為50%和25% lfl中維持生長(zhǎng)達(dá)對(duì)照的30% 50%，藻細(xì)胞的生長(zhǎng)使lfl中po4-p、cod、nh3-n清除率達(dá)50%以上，對(duì)50% lfl中鉛、鋅、砷、鉻、鎳等重金屬的清除率大于60%。結(jié)果提示，螺旋藻對(duì)lfl污染物有一定的生物凈化作用。關(guān)鍵詞：螺旋藻；垃圾滲濾液；污染物中圖分類號(hào)：x17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1672-2175（2006）03-0509-04垃圾填埋(landfill)是目前無(wú)害化處理垃圾的主要措施。但在垃圾堆埋過程中，由于雨水浸蝕、生物發(fā)酵及其它物理化學(xué)因素的作用，導(dǎo)致大量垃圾填

6、埋滲濾液(landfill leachate, lfl)的產(chǎn)生。距離填埋場(chǎng)達(dá)4 km遠(yuǎn)的地表水下游也會(huì)受到lfl的污染1，而且貫穿60 m 深的垂直截面2。lfl形成的特殊性導(dǎo)致了水質(zhì)的復(fù)雜性，它常常含有高濃度的總氮、難降解cod、復(fù)雜有機(jī)物以及重金屬、氨、脂溶性有機(jī)物等有毒物質(zhì)1-2，而且不同的垃圾填埋場(chǎng)lfl的理化性質(zhì)差異甚大，其產(chǎn)量及化學(xué)組成隨當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、填埋場(chǎng)的年齡等不同而變化，從而使它們的凈化處理面臨很大的困難。微藻(microalgae)是水體生物凈化系統(tǒng)中的重要因素3。國(guó)內(nèi)外大量的研究證實(shí)了微藻用于污水凈化的可行性4。螺旋藻具有極高光合作用效率，對(duì)污水中n、p及重金屬具有較高

7、的清除率5。本文探討不同質(zhì)量濃度lfl對(duì)螺旋藻生長(zhǎng)的影響，評(píng)估其對(duì)lfl中主要污染物的凈化效果，為利用螺旋藻凈化lfl的可行性提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。1 材料與方法1.1 藻 種鈍頂螺旋藻(spirlina platensis, sp)由暨南大學(xué)水生生物研究所藻種庫(kù)提供。1.2 lfl的理化分析lfl取自廣州市大田山垃圾填埋場(chǎng)，經(jīng)0.45 m濾膜過濾后，測(cè)定其ph值(ph meter 3310 jenway)、摩爾電導(dǎo)率(ec)、nh3-n (滴定法)、no3-n (戴氏合金還原法)、po4-p(鉬藍(lán)比色法) 和cod (高錳酸鉀消化法)等理化參數(shù)(表1)。icp-ms (elan 600型icp-ms

8、儀, usa)方法6對(duì)美國(guó)環(huán)保局epa (environmental protection agency, epa)頒布的13種優(yōu)先控制污染重金屬進(jìn)行測(cè)定(表2)。所有測(cè)定參數(shù)重復(fù)3次。1.3 sp生長(zhǎng)及l(fā)fl的凈化于滅菌的、具脫脂棉塞的500 ml 三角瓶中分裝lfl原液(l100)和體積分?jǐn)?shù)25%、50%的lfl(記作l25、l50)各300 ml，對(duì)照(l0)為zarrouks培養(yǎng)液，分別接種15 ml對(duì)數(shù)期sp藻液(藻液od560 =1.50)，另設(shè)不接種藻細(xì)胞的l50為空白對(duì)照(ck)。所有三角瓶置恒溫?fù)u床(100 r/min)于（30±2）、光照6000 lux、光周期1

9、6 h/8 h生化培養(yǎng)箱培養(yǎng)。每2天取培養(yǎng)藻液按文獻(xiàn)方法7測(cè)定葉綠素a (chlorophyll a, chl a)質(zhì)量濃度，并按1.2方法測(cè)定0.45 m濾膜過濾藻液中理化參數(shù)。第7 d過濾藻液按1.2方法監(jiān)測(cè)13種污染重金屬含量。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。清除率按下式計(jì)算：清除率= (藻細(xì)胞接種前檢測(cè)值 培養(yǎng)第7 d濾液檢測(cè)值) /藻細(xì)胞接種前檢測(cè)值×100%2 結(jié)果與討論2.1 lfl的理化特性lfl作為一種特殊的污水，成分復(fù)雜，理化特性變化大。大田山垃圾填埋場(chǎng)主要處理的是生活垃圾(包括居民垃圾、街道清掃垃圾及飲食業(yè)、菜市場(chǎng)等來(lái)源的垃圾)，其中易腐有機(jī)物(如動(dòng)植物垃圾、葉、花、草等)的質(zhì)量

10、分?jǐn)?shù)約占60.72 %63.57 %，無(wú)機(jī)物(如磚瓦、沙、石、煤灰等)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約占12.41 %15.26 %，其它廢物(如廢紙、塑料、橡膠、金屬、玻璃等)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約占21.17 %24.02 %8。試驗(yàn)取樣為2005年59月間，正值南方高溫、高濕季節(jié)，適合堆埋垃圾腐敗發(fā)酵，滲濾液多，釋放大量n、p和有機(jī)質(zhì)等污染物，是lfl污染嚴(yán)重和重點(diǎn)要防控的季節(jié)。從表1可見，大田山垃圾填埋場(chǎng)lfl偏堿性(ph7.83±0.41)，cod、nh3-n、no3-n和po4-p等指標(biāo)都大大超過相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，特別是nh3-n質(zhì)量濃度高達(dá)1527.8 mg·l-1，超過gb 8978199

11、6污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(類)的30倍。對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化構(gòu)成一定威脅。表1 大田山垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的主要性質(zhì)table 1 basic properties of the lfl from the landfill site濾液phec/(ms·cm-1)/(mg·l-1)codnh3-nno3-npo4-pl257.62±0.172.96±0.12302.7±19.6375.2±14.223.1±0.91.51±0.12l507.75±0.265.25±0.34614.5±21.8754.7

12、±25.645.2±2.53.11±0.13l1007.8±0.48.2±0.81186±571528±4188.6±7.36.2±0.5污水1)-12050101.0地表水2)-20.01.03.00.21) gb8978-1996污水(類)排放標(biāo)準(zhǔn)2) gb3838-2002地表水(類)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)2.2 sp在不同濃度lfl中的生長(zhǎng)表2 sp對(duì)垃圾填埋場(chǎng)滲濾液中重金屬的清除效果table 2 removal effects of sp on metals in lfl元素l25l50l100/(g&

13、#183;l-1)/(g·l-1)清除率/%/(g·l-1)清除率/%/(g·l-1)清除率/%接種前培養(yǎng)7 d接種前培養(yǎng)7 d接種前培養(yǎng)7 d污水1)地表水2)砷(as)2.30.961.74.31.468.68.73.659.120050鎘(cd)2.31.152.24.11.953.76.83.548.51005銅(cu)26.013.946.450.828.444.2106.065.738.010001000鉛(pb)21.03.981.441.78.479.877.436.253.2100050鎳(ni)22.79.159.842.516.162.283

14、.558.130.4100020硒(se)0.80.368.71.20.464.62.81.161.920010鋅(zn)141.829.179.5272.677.771.5532.1237.255.450001000鉻(cr)46.218.360.483.528.865.6170.684.550.51500501) gb 89781996污水(類)綜合排放標(biāo)準(zhǔn)；2) gb 38382002地表水(類)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)圖1 不同質(zhì)量濃度的垃圾滲濾液對(duì)sp生長(zhǎng)的影響(培養(yǎng)7 d)fig. 1 effects of different content of lfl on growth of sp大田山

15、垃圾填埋場(chǎng)lfl呈堿性并含有豐富的n、p和各種元素營(yíng)養(yǎng)(表1、表2)，適合微生物及藻類生長(zhǎng)3。雖然sp生長(zhǎng)的最佳條件是高鹽、高堿、高氣溫和高光照，但其除了對(duì)溫度、ph敏感外，對(duì)其它生長(zhǎng)條件均具有很大的適應(yīng)范圍9。在lfl中存在大量有機(jī)溶解物(dissolved organic matters, dom)，dom對(duì)藻類生長(zhǎng)既有促進(jìn)作用(如提供營(yíng)養(yǎng)、降低重金屬毒性、釋放微量元素等)，也有抑制作用(如光誘導(dǎo)產(chǎn)生自由基損傷、降低有效光照、直接毒性等)10。如圖1所示，用不同稀釋度的lfl培養(yǎng)sp，發(fā)現(xiàn)sp可在lfl液中維持一定的生長(zhǎng)水平，與zarrouks培養(yǎng)基相比，在lfl原液中sp生長(zhǎng)可達(dá)50%，

16、在體積分?jǐn)?shù)25%50%的lfl中，sp生長(zhǎng)維持在較低水平(20%30%)。過去有研究報(bào)道，利用sp對(duì)造紙、養(yǎng)殖業(yè)廢水進(jìn)行凈化，但均需要另外添加n、p或鹽等營(yíng)養(yǎng)，在添加物質(zhì)掌握不當(dāng)情況下，很有可能造成更嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化問題。生物凈化的前提是維持一定生物量增長(zhǎng)，本實(shí)驗(yàn)首次報(bào)道sp可在lfl原液中維持較高水平的生長(zhǎng)，而無(wú)須添加其它營(yíng)養(yǎng)物，這可能與我們選取收集lfl的時(shí)間地點(diǎn)有關(guān)，經(jīng)過對(duì)lfl檢測(cè)也發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)所用的lfl含有豐富的n、p營(yíng)養(yǎng)，提示通過對(duì)生活垃圾堆埋的方式和條件進(jìn)行一定調(diào)整，完全可以產(chǎn)生維持sp較高生長(zhǎng)需要的lfl，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)其中污染物的清除效果。2.3 sp對(duì)lfl的凈化效率由于sp在lfl

17、中能夠維持較高的生長(zhǎng)水平，并在培養(yǎng)的第7 d基本達(dá)生長(zhǎng)量的最大值，此時(shí)培養(yǎng)液中chl a質(zhì)量濃度比接種時(shí)增加了47倍。連續(xù)培養(yǎng)7 d，sp對(duì)不同稀釋度的lfl中cod、nh3-n、no3-n和po4-p的移除率如圖2（下頁(yè)）所示。接種藻細(xì)胞對(duì)全部檢測(cè)的污染物指標(biāo)的清除率均明顯高于對(duì)照組(未接種藻細(xì)胞l50)，sp對(duì)稀釋后的lfl中污染物的清除率高于lfl原液，以對(duì)l25凈化率最高，對(duì)不同污染物清除率由高到低依次為po4-p、cod、nh3-n和no3-n，其中對(duì)po4-p的清除效率最高，達(dá)55%82%，對(duì)cod、nh3-n的清除率也可達(dá)50%以上，但對(duì)no3-n的清除率較低，只有30%左右。該

18、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與黃立南等3報(bào)道用蛋白核小球藻清除lfl中污染物的研究結(jié)果相似。盡管接種sp培養(yǎng)7 d后，lfl中主要污染指標(biāo)仍超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但因?yàn)閟p是絲狀藻，具有團(tuán)聚性和上浮性，很容易從水體中過濾分離，并且sp是被廣泛開發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)微藻，可作為飼料級(jí)原料或從中提取天然色素，因此sp對(duì)lfl有效凈化的同時(shí)進(jìn)行sp的綜合資源利用值得進(jìn)行深入探討。2.4 sp對(duì)lfl中重金屬的凈化效果采用icp-ms分析方法，對(duì)lfl中13種優(yōu)先控制污染重金屬中的8種進(jìn)行測(cè)定(另5種未檢出或結(jié)果不穩(wěn)定)，如表2所見，lfl原液中8種重金屬污染物質(zhì)量濃度均未超過國(guó)家gb89781996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(類水質(zhì))，但其中鎘

19、(cd)、鉛(pb)、鎳(ni)、鉻(cr)等4種的質(zhì)量濃度均超過gb 38382002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(類水質(zhì))，以ni和cr較嚴(yán)重，分別超4倍和3.5倍。與前述結(jié)果相似，接種sp對(duì)經(jīng)稀釋的lfl中金屬污染物的清除率較高，接種sp培養(yǎng)7 d對(duì)l50中鉛、鋅、砷、鉻、鎳等的清除率均大于60%，并且全部符合地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。盡管廣州大田山lfl中重金屬超標(biāo)并不嚴(yán)重，本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)sp對(duì)這些重金屬污染物在很低質(zhì)量濃度下仍有清除作用，并能很快將污染重金屬水平降至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以下，顯示較強(qiáng)的重金屬凈化能力。這可能因?yàn)閟p富含有胞外多糖和糖蛋白等分子，存在大量金屬結(jié)合配基，所以對(duì)水體中重金屬有較好的富集

20、和清除效果。對(duì)sp細(xì)胞壁基質(zhì)結(jié)構(gòu)的深入研究，將可能闡明其高效清除重金屬的機(jī)制。3 小結(jié)(1) 廣東大田山垃圾填埋場(chǎng)59月多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)收集的lfl中n、p和有機(jī)質(zhì)污染物含量嚴(yán)重超標(biāo)，而只有部分重金屬如cd、pb、ni、cr等超過gb 38382002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(類水質(zhì))；圖2 sp對(duì)不同質(zhì)量濃度的垃圾滲濾液中nh4+-n、po43-p、cod和no3-n的清除率(培養(yǎng)7 d)fig. 2 removal effects of sp on nh4+-n, po43-p, cod and no3-n in lfl(2) 螺旋藻可在一定質(zhì)量濃度的lfl中維持較高的生長(zhǎng)，雖然螺旋藻在lfl原液中生長(zhǎng)

21、最好，但對(duì)較低體積分?jǐn)?shù)的lfl中污染物的清除率則相對(duì)較高；(3) 螺旋藻可較好地清除lfl中的po4-p、nh3-n和cod，并且對(duì)lfl中低質(zhì)量濃度的重金屬仍然有良好的清除效果。參考文獻(xiàn)：1 boyle w c , kham r. chemical treatment of leachate from sanitary landfills j. jwpof, 1974, 46 (7): 1776-1791.2 mikac n, djikiya a n. assessment of groundwater contamination in the vicinity of a municipal

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28、 university, xinyang, henan 464000, china; 2. college of life science and technology, jinan university, guangzhou 510632, china; 3. college of science and engineering, jinan university, guangzhou 510632, chinaabstract: removal effects of spirulina platensis (sp) on landfill leachate (lfl) were explo

29、red. sp was inoculated in original, 25% and 50% diluted lfl, respectively, and then algal growth was monitored by detection of chlorophyll a. furthermore, contents of pollutants in lfl were analyzed after 7 days cultivation for assessment removal rate of pollutants. the result showed that lfl can ma

30、intain sp at a growth level of 30%50% compared with that of control with zarrouks medium. more than 50% of the pollutants of po4-p, cod and nh3-n as well as 60% of the heavy metals of pb, zn, as, cr, cd and ni in 50% lfl were removed after 7 days cultivation of sp in it. these results indicated that spirulina can remove pollutants in landfill leachate efficiently and