水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理中常用藻類的篩選

水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理中常用藻類的篩選

水生養(yǎng)殖是所有動(dòng)物飼料行業(yè)中發(fā)展最大的行業(yè)（fao，2002）。中國是水產(chǎn)養(yǎng)殖大國,產(chǎn)量多年居世界首位。2006年,中國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量已達(dá)3597萬噸,占全球水產(chǎn)品養(yǎng)殖總量的70%。高產(chǎn)、高密度的養(yǎng)殖方式帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益,但富含氮、磷污染物的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水排放水體,導(dǎo)致受納水體溶解氧含量降低,營養(yǎng)元素超標(biāo)。從而使水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展因?yàn)榄h(huán)境壓力而受到制約。藻類是水生態(tài)系統(tǒng)重要的初級生產(chǎn)者,在水質(zhì)凈化及水環(huán)境修復(fù)方面起著重要作用。藻類應(yīng)用于廢水處理最早由Oswald等于1957年提出,且在實(shí)驗(yàn)室和小試尺度應(yīng)用于處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水,而且利用藻類來處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水也有了一定的工程應(yīng)用實(shí)例,如高效藻塘、藻類生物膜等技術(shù)工藝。在上述工程實(shí)例中常見的藻種主要有小球藻、柵藻等綠球藻類,而且綠球藻具有對氮的耐受力低的生理特性。探討不同藻類的生理習(xí)性,充分發(fā)揮各種藻類凈化污染物的能力是養(yǎng)殖廢水處理的研究熱點(diǎn)。篩選藻種及其最佳藻密度就顯得極為重要,本文在前期大量藻類培養(yǎng)分析基礎(chǔ)上選擇綠藻門綠球藻目的蛋白核小球藻(ChlorellaPyrenoidosa)、斜生柵藻(ScenedesmusObliquus)、月牙藻(SelenastrumReinsch)和藍(lán)藻門的螺旋魚腥藻(AnabaenaSpiroides)為實(shí)驗(yàn)藻種,設(shè)定四個(gè)藻密度水平,參考Dimitri和于清泉等的方法,通過在室內(nèi)環(huán)境下模擬水產(chǎn)養(yǎng)殖過程,研究不同藻密度梯度下各種藻對養(yǎng)殖廢水氮、磷的去除效果,為養(yǎng)殖廢水的生物處理工藝藻種的選擇和搭配提供參考。1材料和方法1.1實(shí)驗(yàn)材料1.1.1加人工通氣和過濾泵系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)水槽為玻璃水槽,規(guī)格長×寬×高=100×60×50cm,實(shí)際水量0.25m3,加裝人工通氣和過濾泵系統(tǒng)。放養(yǎng)60尾羅非魚,在實(shí)驗(yàn)室自然光照條件下,定時(shí)投加商業(yè)飼料(粗蛋白≥25%,粗脂肪≥2%,粗纖維≤5%,灰分≤9.0%),取魚缸內(nèi)水作為實(shí)驗(yàn)用水。1.1.2藻種的擴(kuò)大和馴化培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)藻種蛋白核小球藻、斜生柵藻、月牙藻、螺旋魚腥藻,皆購于中國科學(xué)院武漢水生物研究所。實(shí)驗(yàn)前,將保存的藻種轉(zhuǎn)移到250mL三角燒瓶(內(nèi)有100mLM11液體培養(yǎng)基)進(jìn)行擴(kuò)大和馴化培養(yǎng)。每5天轉(zhuǎn)接一次,共轉(zhuǎn)接2~3次,當(dāng)達(dá)到同步生長時(shí),即可作為實(shí)驗(yàn)藻種液,鏡檢初始密度1.0×106cells/mL左右。1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1評估以t-ck、t-c、t-s.r、t-a-s,t-a-s的t-ck、t-s.n,t-s.r-t-b的表達(dá)共設(shè)5組,分別為空白控制組、蛋白核小球藻組、斜生柵藻組、月牙藻組、螺旋魚腥藻組(以T-CK、T-C.P、T-S.O、T-S.R、T-A.S表示)。1.2.2實(shí)驗(yàn)液與液制備取1000mL實(shí)驗(yàn)用水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水于1000mL的錐形瓶中,每種藻種液在4000r/min條件下離心10min,棄去上清液,用15mg/LNaHCO3溶液洗滌,共二次。然后接種入實(shí)驗(yàn)用養(yǎng)殖廢水中。設(shè)定四個(gè)藻密度水平(以1、2、3、4表示),具體接種體積及水樣中藻密度見表1。1.2.3ph值、溶解氧和ge完成phs-3h值的測定錐形瓶置于光照培養(yǎng)箱內(nèi),環(huán)境溫度為(24±1)℃,光源為白色日光燈,光照強(qiáng)度4000lx,12:12小時(shí)光照比。每隔2~4小時(shí)人工搖動(dòng)一次。7天后測定溶液的pH值(PHS-3C數(shù)顯pH計(jì),上海天達(dá)儀器有限公司)、溶解氧(DO200便攜式快速溶解氧測定儀,theTintometerGmbh,Germany)。用0.45μm濾膜過濾水樣,然后測定水中氨氮(水楊酸-次氯酸鹽光度法)、亞硝酸鹽氮(N-(1-萘基)-乙二胺光度法)、硝酸鹽氮(紫外分光光度法)、溶解性磷酸鹽(鉬銻鈧分光光度法)。1.2.4處理數(shù)據(jù)和表示每個(gè)實(shí)驗(yàn)組設(shè)三個(gè)平行樣,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以其平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差值表示。T-O表示實(shí)驗(yàn)用水原始水質(zhì)數(shù)值。2結(jié)果與討論2.1實(shí)驗(yàn)組水體中抗氧化酶do的變化從圖1可以看出,原水樣(T-O)的pH值保持在(7.66±0.03),隨著反應(yīng)過程,T-CK的pH值上升到(8.09±0.15),而加入藻液的水樣pH值提高幅度均大于T-CK,提高幅度最大的為T-S.O,pH值為(9.06±0.10),其余依次為T-C.P、T-S.R、T-A.S,pH值分別為(8.66±0.09)、(8.49±0.03)、(8.14±0.22)。T-O的溶解氧(DO)保持在(3.64±0.15)mg/L,T-CK的DO值上升到(4.43±0.29)mg/L,其余各實(shí)驗(yàn)組的DO值均有不同程度的提高,提高幅度從大到小依次為T-S.R、T-C.P、T-S.O和T-A.S,其水體DO值分別為(10.32±1.07)mg/L、(8.10±0.10)mg/L、(7.67±0.31)mg/L和(3.77±0.57)mg/L。實(shí)驗(yàn)水體中CO2、O2等氣體含量取決于氣-液溶解作用、微生物新陳代謝等過程。而pH值的變化最主要由水體中游離二氧化碳和碳酸鹽的平衡系統(tǒng)決定。本實(shí)驗(yàn)中藻類進(jìn)行光合作用以水中的二氧化碳(CO2)作為無機(jī)碳源,破壞了碳酸鹽的平衡,反應(yīng)式如下:藻類在進(jìn)行光合作用的過程中隨著CO2的消耗,上述平衡向右移動(dòng),使得水體中OH-積累,水體pH值上升,水體在加入適當(dāng)藻液后增強(qiáng)了的消耗,使水體中pH值上升,同時(shí)釋放O2,增加了水體中DO含量。所以在實(shí)驗(yàn)階段,水體環(huán)境基本呈偏堿性的氧化環(huán)境。2.2蛋白核小球藻體對氮、磷的去除圖2~圖5為四藻種水樣中氨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮含量(三者之和視為水體無機(jī)氮含量)和溶解性磷含量對比圖,從圖中可以看出,所有組的無機(jī)氮和溶解性磷含量均呈下降趨勢,說明去除率隨著藻密度的增加而增加,但當(dāng)藻密度達(dá)到一定值時(shí),去除率的增加趨緩漸平穩(wěn)。T-C.P、T-S.O、T-S.R、T-A.S達(dá)到最佳無機(jī)氮、溶解性磷去除率的初始藻密度分別為第2、3、3、3組,對比結(jié)果分析見表2。從表2可知,實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),控制組T-CK氮、磷值下降,主要是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)水樣中原有微生物的作用所致。氨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮是藻類可以直接吸收利用的氮源,正磷酸鹽是促進(jìn)藻類生長的最佳磷形態(tài),它能被藻類直接吸收。接種藻液后,水體pH值上升,增加氨氮的部分揮發(fā)去除和正磷酸鹽的沉淀去除。所以加入藻液,明顯提高了氮、磷的去除率。但不同的藻種對氮、磷的去除能力亦不同。不同藻種對氮去除能力依次為:T-S.O>T-C.P>T-S.R>T-A.S,對P的去除能力依次為:T-C.P>T-S.O>T-S.R>T-A.S?？傮w上蛋白核小球藻組、斜生柵藻組去除氮、磷的效果最好。雖然無機(jī)氮總體為下降趨勢,但在不同藻組中不同形態(tài)氮變化趨勢及去除率不同。從氮含量變化圖可以看出,除T-S.R組外,其余實(shí)驗(yàn)組氨態(tài)氮值均呈上升趨勢,亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮值均呈下降趨勢。結(jié)合無機(jī)氮去除率結(jié)果,取初始藻密度為5.0×105cells/mL組數(shù)據(jù)結(jié)果,見表3。從表3可以看出,氨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮均可作為藻類的氮源,但不同藻類對不同形態(tài)的氮吸收能力有差異,結(jié)果表現(xiàn)在不同的去除率上。T-S.R去除氨氮效果最好,最大去除率為15.4%;T-A.S去除亞硝態(tài)氮效果最好,去除率最大達(dá)98.3%,其余藻的亞硝態(tài)氮去除能力依次為:T-S.R>T-S.O>;T-S.O去除硝酸態(tài)氮效果最好,最大去除率為64.8%,其余藻的硝態(tài)氮去除能力依次為:T-C.P>T-S.R>T-A.S。3不同形態(tài)亞氮磷污染物的去除(1)實(shí)驗(yàn)水樣中原本存在的微生物可以去除氮、磷污染物,接種實(shí)驗(yàn)藻液后明顯提高了氮、磷的去除效果。(2)本實(shí)驗(yàn)藻種去除無機(jī)氮的能力大小依次為:斜生柵藻>蛋白核小球藻>月牙藻>螺旋魚腥藻;去除溶解性磷酸鹽的能力依次為:蛋白核小球藻>斜生柵藻>月牙藻>螺旋魚腥藻。(3)不同