白腐菌去除隐藻效果研究

曾国明，解子强，陈添翼，张金玺，魏奇科

(1.中冶建工集团有限公司，重庆 643000；2.重庆科技学院，重庆 401331；）

水体富营养化危害大，爆发频繁且很难控制，目前正严重制约着人类的日常生活和生产。因此，研发出安全的控藻技术十分必要[1-3]。目前的藻类治理[4-7]方法中，物理法较安全，但治理效果较差，且成本较高；化学法治理效果较好，但容易产生有毒副产物，引发水体的二次污染；而生物法[8-10]因其成本低、安全性高，成为目前治理水体富营养化的研究热点。

综合目前研究发现，白腐菌的降解具有广谱性，其不仅对染料、农药等有机污染物具有较好的降解效果[11-12]，在除藻方面，如微囊藻毒素（MC-LR）、铜绿微囊藻等也具有一定的消除功能[13-15]。

以隐藻为实验对象，通过响应面实验优化其除藻条件，同时采用流式细胞仪（FCW）对其溶藻特性进行深入分析，从而推动白腐菌控藻技术成功应用于实际水华污染的治理。

1 材料与方法

1.1 菌种与试剂

CGMCC5.776-白腐菌购买于中国微生物菌种网；隐藻CryptomonasobovataFACHB-1301由中国科学院水生生物研究所藻种保藏中心提供，在100 mL锥形瓶中加入微量元素、维生素和N、P营养盐，将藻种按1∶4的量接种于煮沸灭菌后的稀释海水中（海水淡水比4∶1），待藻种生长起来后，在500 mL锥形瓶中按相同比例进行二次、三次活化，直至生长稳定。采用 H 光灯持续光照，照度为 1 000～1 500 Lx，温度范围 15～25 ℃。

按以上配方分别于 1 L、2 L、5 L 瓶中以 1（藻种）∶4（海水）的量进行逐级扩培，通气培养。在E-CLIPSE Ts100倒置显微镜（日本Nikon公司）下观察藻体并拍照。培养基配方见表1，所用药品均为分析纯。

表1 隐藻培养基

1.2 挂膜与驯化

如图1溶藻装置所示，将人工培养的20 L隐藻水样和15%的白腐菌菌液分别泵入经灭菌处理后的反应器中，保持水中溶解氧（DO）为5.0～7.0 mg/L，30～35 ℃下驯化挂膜，系统正常运行，状态稳定后，进行后续实验。

1.3 响应面实验

以白腐菌投加量、DO、水力停留时间（HRT）为实验因素，白腐菌投加量控制白腐菌数量，在不同浓度下，处理效果也不相同。DO是水中溶解氧，空气中分子态的氧溶解在水中的数值，在不同的污水处理工艺中，溶解氧的需求是不一样的，对白腐菌的效果也不同。水力停留时间很大程度上决定了污水的处理程度，因为它决定了污泥的停留时间。先分为三组控制变量，进行单因素实验观察，见表2、表3、表4：

图1 白腐菌去除隐藻反应器示意图

表2 因素水平表

表3 因素水平表

表4 因素水平表

因素水平表见表5。

表5 因素水平表

1.4 实验测定方法

叶绿素a测定采用丙酮法[16]；流式细胞仪（FCW）检测参考Franklin[17]方法。

1.5 分析方法

Design-Expert 8.0软件对实验数据进行分析。

2 结果与讨论

2.1 响应面实验结果

由表6可知，在试验1、6、7条件下，具有较高的溶藻率，其中白腐菌投加量为200 mg/L，DO为7 mg/L、HRT为48 h时，溶藻率具有最高值，为91.57%。

表6 响应面实验结果

由表7可知，F值为1.14，为低概率值；P为0.465 5＜0.5，说明此模型显著。通过图2可看出该模型的可信度和精确度较高，能够较好地模拟白腐菌去除隐藻。采用Design-ExPert 8.0软件得出最优条件为：白腐菌 226 mg/L，DO 7.1 mg/L，HRT 40 h。在最优条件下进行验证试验，得出白腐菌去除隐藻的溶藻率高达90.38%，表明白腐菌对隐藻的去除效果较好，能够有效控制隐藻的生长和繁殖。

2.2 FCW结果

如图3所示，图中Q1、Q2、Q3和Q4分别代表正常生长的隐藻藻细胞、轻微受损隐藻藻细胞、受损严重隐藻藻细胞及死亡隐藻藻细胞。通过FCW检测分析后发现，经过白腐菌作用隐藻藻细胞前后，实验组Q1和Q2中隐藻藻细胞存活的含量合计为14.3%，而对照组达到了96.38%，表明对照组中生长良好，未受到明显的损伤；另外，深入分析后还发现实验组中Q3和Q4的隐藻藻细胞含量分别为84.6%和1.1%，表明隐藻细胞受损含量高达85.7%，隐藻藻细胞的生长及其空间结构均受到了不同程度的损伤，上述实验结果证实白腐菌能够有效抑制隐藻的生长。据此推测控藻方式可能为：白腐菌分泌溶藻代谢产物，如过氧化物酶等破坏隐藻藻细胞的膜结构，造成其空间结构受到不同程度的损伤，从而使隐藻藻细胞内生长所必需的营养物质大量减少，最终导致藻细胞大量死亡，达到显著降低隐藻藻细胞发生水华的目的。

表7 实验显著性检验

图2 残差的正常概率分布（a）和残差与预测值的对应关系（b）

图3 隐藻藻细胞状态分布情况图

3 结论

在白腐菌投加量为 226 mg/L、DO 为 7.1 mg/L、HRT为 40 h的最优条件下，隐藻藻细胞的去除率可达到90.38%，与目前研究较多的溶藻细菌溶藻相比，其溶藻效果较好。白腐菌作为一种新型微生物控藻真菌，在今后的控藻技术研究中还应继续探索其溶藻后是否会产生新的有毒污染物，其溶藻的安全性和稳定性需要进一步的探索和关注。