固定化柵藻對廢水中氮磷的去除作用

鄒世娟

摘 要：通過對固定化藻類生物富積作用的利用，去除廢水中的氮磷，將柵藻包埋固定在海藻酸鈉膠球中，對人工廢水進行深度凈化。實驗研究了氮磷含量和氮磷比例等因素對污水中NH4+-N和PO43--P的去除效率的影響及處理過程中藻類的生長變化。結果表明：藻細胞對NH4+-N和PO43--P的去除率在靜止初期比末期高。在處理5天后，凈值初期的藻細胞對NH4+-N和PO43--P的去除率分別為75.01和90.17%。

關鍵詞：固定化柵藻；廢水深度凈化；氮磷去除

近年來，在廢水處理中運用固定化藻細胞技術的研究，受到國際廣泛關注。據現有研究表明，固定化藻類對人工廢水的深度凈化，能有效的去除廢水中的氮磷，實現廢水的再利用。具體的操作是運用化學或物理的方法把藻類的細胞固定在載體上，保證其在有更好的生物活性的前提下還能不溶解于水，從而對廢水進行處理，具有藻細胞反應快、濃度高、運行可靠等優勢，且相比于懸浮性藻細胞在反應器內停留更久，不易被水沖刷。

一、材料與實驗方法

（一）材料

本實驗藻種來自天津科技大學七公寓生活污水收集池分離出來的柵藻。

取生長7天左右20ml的非固定化柵藻接種于含有150ml培養基的250ml的錐形瓶中，然后在溫度為26℃-30℃，由25W日照燈管提供的光強5800ux-6200ux條件下培養。藻類生長由細胞計數進行監測。

電子分析天平：梅特勒——托利多儀器有限公司；

高壓滅菌鍋 ：YM50，上海博訊有限公司；

高速臺式冷凍離心機：TGL-16M型，湖南湘儀有限公司；

光照培養箱：2PG-280 ，黑龍江東拓儀器制造有限公司；

紫外可見分光光度計：UV-1800，日本島津公司；

顯微鏡：Nikon ECLIPSE E100，日本尼康；

燒杯等玻璃儀器（實驗所用玻璃器皿先用洗滌劑清洗，再在高濃度洗滌劑中浸泡一天后，用自來水反復沖洗，最后用蒸餾水淋洗3次清洗好的玻璃器皿再晾干，所有器皿使用前經20分鐘高壓滅菌。）

（二）實驗設計和方法

（1）藻細胞固定化及脫固定化

①固定化：用無NP的Dauta培養基再懸浮離心收獲后的藻細胞，與已經滅菌的5%褐藻酸鈉溶液均勻混合，用注射器吸取一定量的藻膠液滴入預冷的0.2mol/L CaCl2中，一小時后得到直接約為4mm的固定化膠球。

②脫固定化：取一定量的廢水和含藻膠球，廢水用于測試氮磷濃度，膠球放入1.5%的檸檬酸鈉化解液的具塞離心管中，搖動直至膠球完全溶解，使藻細胞呈懸浮狀，用于測定藻細胞生物量的測定。

（2）廢水處理

①人工廢水配置

用無NP的Dauta培養基再加入NH4CL和NaH2PO4配置成15mg/L的NH4+-N，1.5mg/L的PO43--P

②凈化反應的設計

在光照培養箱中，放置250ml錐形瓶并加入100ml人工廢水，再在瓶中放入100個含藻膠球，進行凈化反應。將反應溫度調至22℃-24℃之間，光強為2500-2900lux。之后，每天取10個膠球和10ml人工廢水進行NP測定分析。

（3）不同NP比對去除率的影響

在培養基條件下，在含150ml人工廢水的250ml錐形瓶中加入200個含藻膠球，同時加入相同數量的懸浮柵藻于含150ml人工廢水的250ml錐形瓶中加入200個含藻膠球，饑餓處理后進行實驗，初始磷濃度為10mg/L。

二、結果和討論

（一）藻類生長規律分析

通過一定的實驗我們可以得出并繪制出柵藻的生長曲線圖，如下圖1?？梢钥闯銎渥畲蟮募毎麛凳浅霈F在第10天，為1.75×106個/ml。微生物的生長趨勢大致可以分成以下四個時期：延遲期：此時期就是當藻類在接受新鮮的培養基后，生長繁殖的速度很慢，要經歷一定時間的適應及調整，才可以合成多種酶，并在自身體內完成細胞及酶系統的成分；對數期，這時候的細胞在以對數的形式無限增加，總藻數與活躍的藻數已經接近，其生長速度也達到了最高峰，細胞代謝的能力達到最大，酶活力也變得最高，這時期的細胞是研究工作中最理想的材料之一；靜止期是在生長過程中，不斷的消耗營養物質及代謝毒物，造成PH值與氧氣都失去平衡，導致細胞的分裂速度降低，延長了其世代的時間，使得細胞的活力下降；衰亡期即是死亡期，這時候的藻類群體集體的衰亡，死亡率大于其繁殖率，活藻細胞的數量在明顯的減少。

（二）不同N：P對于磷酸鹽去除率的影響

由圖2可知，在初始P濃度一樣的條件下，非固定化柵藻吸收磷酸鹽的速率明顯高于固定化柵藻，其原因是固定化對細胞吸收營養物質產生干擾。由于細胞對氮、磷的吸收要先克服載體材料對其的吸附，即載體會對傳質過程產生影響，所以在磷被細胞吸收之前，需先通過載體本身，延長了物質進入細胞體的時間。正是由于這種作用導致了固定化細胞對營養物質的吸收滯后于非固定化態藻的現象。不過而后第二天開始，磷酸鹽的吸收速率明顯上升，可能是由于膠球的材料對于磷酸鹽的吸收也已穩定，使得磷酸鹽交換進入膠球的速率增大。由圖可以看出，N：P對于磷酸鹽的吸收有一定影響，N：P越大，越能刺激磷酸鹽的吸收。其原因可能是N：P越大，培養基中的營養物質越豐富，使得膠球內的細胞生長迅速，這會需要N元素合成核酸、蛋白質等大分子物質，同理也需要大量的磷元素。

三、總結

綜上所述，本文通過對廢水中的柵藻進行培養后再對廢水中NP進行去除，以此探究NP含量對固定化柵藻和非固定柵藻細胞的生長和氮磷去除率都有影響。固定化藻類在氮磷的去除中有著較高的效率，這種方法在廢水氮磷去除中有著極為深遠的應用前景，且具有重要的生態意義。這種方式將在城市污水、工業廢水等處理中有著極高的價值。目前要讓該技術變為實用方法，仍需我們科研人員進一步努力。

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