固定化栅藻对废水中氮磷的去除作用

邹世娟

摘 要：通过对固定化藻类生物富积作用的利用，去除废水中的氮磷，将栅藻包埋固定在海藻酸钠胶球中，对人工废水进行深度净化。实验研究了氮磷含量和氮磷比例等因素对污水中NH4+-N和PO43--P的去除效率的影响及处理过程中藻类的生长变化。结果表明：藻细胞对NH4+-N和PO43--P的去除率在静止初期比末期高。在处理5天后，净值初期的藻细胞对NH4+-N和PO43--P的去除率分别为75.01和90.17%。

关键词：固定化栅藻；废水深度净化；氮磷去除

近年来，在废水处理中运用固定化藻细胞技术的研究，受到国际广泛关注。据现有研究表明，固定化藻类对人工废水的深度净化，能有效的去除废水中的氮磷，实现废水的再利用。具体的操作是运用化学或物理的方法把藻类的细胞固定在载体上，保证其在有更好的生物活性的前提下还能不溶解于水，从而对废水进行处理，具有藻细胞反应快、浓度高、运行可靠等优势，且相比于悬浮性藻细胞在反应器内停留更久，不易被水冲刷。

一、材料与实验方法

（一）材料

本实验藻种来自天津科技大学七公寓生活污水收集池分离出来的栅藻。

取生长7天左右20ml的非固定化栅藻接种于含有150ml培养基的250ml的锥形瓶中，然后在温度为26℃-30℃，由25W日照灯管提供的光强5800ux-6200ux条件下培养。藻类生长由细胞计数进行监测。

电子分析天平：梅特勒——托利多仪器有限公司；

高压灭菌锅 ：YM50，上海博讯有限公司；

高速台式冷冻离心机：TGL-16M型，湖南湘仪有限公司；

光照培养箱：2PG-280 ，黑龙江东拓仪器制造有限公司；

紫外可见分光光度计：UV-1800，日本岛津公司；

显微镜：Nikon ECLIPSE E100，日本尼康；

烧杯等玻璃仪器（实验所用玻璃器皿先用洗涤剂清洗，再在高浓度洗涤剂中浸泡一天后，用自来水反复冲洗，最后用蒸馏水淋洗3次清洗好的玻璃器皿再晾干，所有器皿使用前经20分钟高压灭菌。）

（二）实验设计和方法

（1）藻细胞固定化及脱固定化

①固定化：用无NP的Dauta培养基再悬浮離心收获后的藻细胞，与已经灭菌的5%褐藻酸钠溶液均匀混合，用注射器吸取一定量的藻胶液滴入预冷的0.2mol/L CaCl2中，一小时后得到直接约为4mm的固定化胶球。

②脱固定化：取一定量的废水和含藻胶球，废水用于测试氮磷浓度，胶球放入1.5%的柠檬酸钠化解液的具塞离心管中，摇动直至胶球完全溶解，使藻细胞呈悬浮状，用于测定藻细胞生物量的测定。

（2）废水处理

①人工废水配置

用无NP的Dauta培养基再加入NH4CL和NaH2PO4配置成15mg/L的NH4+-N，1.5mg/L的PO43--P

②净化反应的设计

在光照培养箱中，放置250ml锥形瓶并加入100ml人工废水，再在瓶中放入100个含藻胶球，进行净化反应。将反应温度调至22℃-24℃之间，光强为2500-2900lux。之后，每天取10个胶球和10ml人工废水进行NP测定分析。

（3）不同NP比对去除率的影响

在培养基条件下，在含150ml人工废水的250ml锥形瓶中加入200个含藻胶球，同时加入相同数量的悬浮栅藻于含150ml人工废水的250ml锥形瓶中加入200个含藻胶球，饥饿处理后进行实验，初始磷浓度为10mg/L。

二、结果和讨论

（一）藻类生长规律分析

通过一定的实验我们可以得出并绘制出栅藻的生长曲线图，如下图1。可以看出其最大的细胞数是出现在第10天，为1.75×106个/ml。微生物的生长趋势大致可以分成以下四个时期：延迟期：此时期就是当藻类在接受新鲜的培养基后，生长繁殖的速度很慢，要经历一定时间的适应及调整，才可以合成多种酶，并在自身体内完成细胞及酶系统的成分；对数期，这时候的细胞在以对数的形式无限增加，总藻数与活跃的藻数已经接近，其生长速度也达到了最高峰，细胞代谢的能力达到最大，酶活力也变得最高，这时期的细胞是研究工作中最理想的材料之一；静止期是在生长过程中，不断的消耗营养物质及代谢毒物，造成PH值与氧气都失去平衡，导致细胞的分裂速度降低，延长了其世代的时间，使得细胞的活力下降；衰亡期即是死亡期，这时候的藻类群体集体的衰亡，死亡率大于其繁殖率，活藻细胞的数量在明显的减少。

（二）不同N：P对于磷酸盐去除率的影响

由图2可知，在初始P浓度一样的条件下，非固定化栅藻吸收磷酸盐的速率明显高于固定化栅藻，其原因是固定化对细胞吸收营养物质产生干扰。由于细胞对氮、磷的吸收要先克服载体材料对其的吸附，即载体会对传质过程产生影响，所以在磷被细胞吸收之前，需先通过载体本身，延长了物质进入细胞体的时间。正是由于这种作用导致了固定化细胞对营养物质的吸收滞后于非固定化态藻的现象。不过而后第二天开始，磷酸盐的吸收速率明显上升，可能是由于胶球的材料对于磷酸盐的吸收也已稳定，使得磷酸盐交换进入胶球的速率增大。由图可以看出，N：P对于磷酸盐的吸收有一定影响，N：P越大，越能刺激磷酸盐的吸收。其原因可能是N：P越大，培养基中的营养物质越丰富，使得胶球内的细胞生长迅速，这会需要N元素合成核酸、蛋白质等大分子物质，同理也需要大量的磷元素。

三、总结

综上所述，本文通过对废水中的栅藻进行培养后再对废水中NP进行去除，以此探究NP含量对固定化栅藻和非固定栅藻细胞的生长和氮磷去除率都有影响。固定化藻类在氮磷的去除中有着较高的效率，这种方法在废水氮磷去除中有着极为深远的应用前景，且具有重要的生态意义。这种方式将在城市污水、工业废水等处理中有着极高的价值。目前要让该技术变为实用方法，仍需我们科研人员进一步努力。

参考文献：

[1]张玉琳，王应军，李伟雨，刘舒心.固定化斜生栅藻净化畜禽废水中氨氮和磷的影响因素[J].环境工程学报，2015（5）：2253-2258.

[2]陈丽萍，沈俏会，方文哲，龚宇鹏，程丽华.藻菌固定化用于市政污水深度脱氮除磷及藻体产油研究[J].科技导报，2015，33（14）：65-69.