全 文 ：水体富营养化治理是目前环境保护领域中的热
点和难点，其根本措施是控制氮磷向水体中的排放。
目前污水处理厂采用较广泛的脱氮除磷工艺有厌氧－缺
氧－好氧法（A2/O）、序批式活性污泥法（SBR）和氧化
沟等，这些常规生物处理工艺对氮磷去除效果有限，同
时存在基建投资大、运行费用高、能量浪费等问题[1]。
微藻是一类个体微小、介于微生物和植物之间、
能进行放氧光合作用的藻类类群，约占全球已知 3
万余种藻类的 70%[2]。与其它藻类相比，微藻富含蛋
白质、脂肪、碳水化合物、各种氨基酸、维生素、抗生
素、高不饱和脂肪酸以及其它多种生物活性物质，在
保健食品、医药、饲料、生物燃油等领域具有很好的
开发前景。自 Oswald和 Gotaas于 20世纪 50年代
最早提出利用微藻处理污水以来，大量研究证明了
利用微藻去除污水中氮磷的潜力和可行性[3-6]。微藻
可通过光合作用吸收污水中的硝酸盐、亚硝酸盐、铵
盐、磷酸盐等无机盐的氮磷合成氨基酸、蛋白质、磷
脂等有机物，形成微藻细胞，因此可降低水体中的氮
磷含量。利用微藻处理污水具有以下优点：运行成本
低；可获得微藻资源并避免污泥处理的问题，不会引
起二次污染；高效去除氮磷的同时固定 CO2、产生
DO、去除重金属等[7-9]。被广泛应用于污水处理的微
藻有栅藻、小球藻和螺旋藻[7]。
微藻对氮磷的去除效果受到很多因素的影响，
本文研究了在人工模拟二级出水中初始密度、饥饿
处理对栅藻 LX1（Scenedesmus sp. LX1）氮磷去除
的影响，以探索微藻去除氮磷的强化手段。
1 材料与方法
1.1 材 料
研究用的栅藻 LX1藻种由清华大学环境科学
与工程系分离获得。藻种保存于稀释 50％的 BG11
培养基中。
人工模拟二级出水（简称二级出水）中 TN和
TP的质量浓度分别为 15、2.0 mg·L-1，各组分及含量
表 1 二级出水组分及含量
Tab.1 The components and contents of secondary effluent
组分 ρ/mg·L-1 组分 ρ/mg·L-1
NaNO3
NH4Cl
K2HPO4·3H2O
MgSO4·7H2O
CaCl2·2H2O
60.7
38.2
14.7
37.5
18.0
柠檬酸
柠檬酸铁铵
EDTA
Na2CO3
A5+Co溶液
3.0
3.0
0.5
10
1.0
表 2 A5+Co溶液组分及含量
Tab.2 The components and contents of A5+Co solution
组分 ρ/mg·L-1 组分 ρ/mg·L-1
H3BO3
MnCl2·H2O
ZnSO4·7H2O
2.86
1.81
0.222
CuSO4·5H2O
Na2MoO4·2H2O
Co(NO3)2·6H2O
0.079
0.390
0.049
初始密度及饥饿对栅藻 LX1氮磷去除的影响
汤会军 1，李 鑫 2，胡洪营 2，甘 柯 1，关东明 1
（1.中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京 100083；
2.清华大学环境科学与工程系，环境模拟与污染控制国家重点联合试验室，北京 100084）
摘 要：研究了初始密度、饥饿处理对栅藻 LX1（Scenedesmus sp. LX1）氮磷去除的影响，以探索微藻去除氮磷的强
化手段。在本研究范围以内（0.125×106～12.5×106个·mL-1），初始密度为 12.5×106个·mL-1的栅藻 LX1对氮磷的去除
效果最好，培养 3 d后对 TN、TP的去除率分别达到了 74.7%和 100%；去除速率分别为 3.73、0.67mg·L-1·d-1；饥饿处理 3 d
的栅藻 LX1生长良好，培养 5 d后对 TN、TP的去除率分别达到了 51.3%、82.2%，去除速率分别为 1.54、0.33mg·L-1·d-1，分
别比对照增加了 24.4%和 60.2%。高初始密度和饥饿处理有利于提高栅藻 LX1对氮磷的去除效果。
关键词：栅藻；氮磷去除；初始密度；饥饿处理
中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1000-3770(2010)07-0033-003
收稿日期：2009-09-21
基金项目：国家杰出青年科学基金（50825801）
作者简介：汤会军（1984－），女，硕士研究生，研究方向为环境生物技术；联系电话：13811889489；E-mail：tanghuijun111@126.com
联系作者：胡洪营，教授；E-mail：hyhu@tsinghua.edu.cn
第 36卷 第 7期
2010 年 7 月
水处理技术
TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT
Vol.36 No.7
Jul.,2010 33
见表 1，其中A5+Co溶液的各组分及含量见表 2。
1.2 试验与分析方法
1.2.1 藻细胞培养
向 250 mL锥形瓶中加入 100 mL二级出水，高
温高压灭菌（121℃，30 min）。取 1 mL藻种液离心
10 min（10 000 r·min-1，4℃），弃去上清液，将藻细胞
沉淀用 3 mL质量浓度为 15 mg·L-1的 NaHCO3溶
液清洗 2 遍后，悬浮于 1.0 mL NaHCO3溶液，将藻
细胞悬浊液接种至二级出水中，放入人工气候箱培
养。培养条件：光照强度约 1 300 lx，光暗比 14:10，温
度 25℃。每组试验做 3个平行样。
1.2.2 初始密度对氮磷去除的影响
设置栅藻 LX1 的初始密度分别为 0.125×106、
1.25×106、6.25×106、12.5×106个·mL-1，培养 3 d后比
较栅藻 LX1对 TN、TP的去除效果。
1.2.3 饥饿处理的影响
取 2 mL栅藻 LX1藻种液经 1.2.1节中的藻细
胞清洗后，悬浮于 2 mL的 NaHCO3溶液，置于人工
气候箱中饥饿处理 3 d；另取 2 mL藻种液直接置于
人工气候箱中培养 3 d。3 d后将 2组栅藻 LX1藻液
分别接种至二级出水中，比较 2组栅藻 LX1的生长
情况和对 TN、TP的去除效果。
1.2.4 藻细胞计数
测定藻液在 650 nm处的吸光度 A650，根据前期
研究结果，藻细胞密度 D与 A650的关系为：
D=9.52×106A650+70 957（R2=0.997）。 （1）
1.2.5 水质测定
将藻液离心 10 min（10 kr·min-1，4 ℃），用 0.45
μm滤膜过滤上清液，测定 TN和 TP含量。TN和
TP测定均采用国家环境保护总局颁布的标准方法，
分别为过硫酸钾氧化紫外分光光度法和钼酸铵分光
光度法[10]。
2 结果与讨论
2.1 初始密度对氮磷去除的影响
不同初始密度下栅藻 LX1 培养 3 d 后对 TN、
TP的去除情况如表 3所示。
由表 3可见，初始密度为 0.125×106个·mL-1的
栅藻 LX1对 TP的去除速率和去除率最小，分别为
0.317·mg·L-1·d-1和 47.5%，其他 3种不同初始密度下
的栅藻 LX1对 TP的去除速率和去除率基本相同。
栅藻 LX1 对 TN的去除速率和去除率随初始
密度的增大而增大。根据不同初始密度的栅藻 LX1
对 TN的去除速率做统计分析，建立回归方程，结果
如式（2）所示：
dρt /dt=0.66 ln D-7.29（R2=0.99）。 （2）
式中，ρt为 t时刻 TN的质量浓度（mg·L-1），t为培
养时间（d），dρt /dt为 TN的去除速率（mg·L-1·d-1）。
式（2）表示了栅藻 LX1对 TN去除速率随初始
密度变化的规律，可用于根据栅藻 LX1初始密度对
TN去除速率的预测。
初始密度的大小直接影响微藻生长和对氮磷的
去除效果。初始密度过小，会使微藻前期生长缓慢，
生长周期延长，氮磷的去除效果差。较大的初始密度
利于微藻适应新环境，使产物合成加快，氮磷去除效
果好；但初始密度过大，会使微藻生长过快，缺乏营
养物质，CO2供应不足，存在藻细胞相互遮光现象，
积累抑制物，降低光合作用效率[11-12]。
本研究条件下，初始密度越大，栅藻 LX1对 TN、
TP的去除率和去除速率也越高。初始密度为 12.5×
106个·mL-1时，处理效果最好。这与 Lau等人的研
究结果相似，他们分别以 10×106、5.0×106、1.0×106、
0.50×106个·mL-1，4种初始密度的普通小球藻处理
初次沉淀的污水，1周之内初始密度最大的 10×106
个·mL-1的小球藻对 NH4＋-N、总凯氏氮（TKN）、总有
机氮（TON）、TP的去除效果最令人满意[12]。
2.2 饥饿处理对氮磷去除的影响
饥饿处理和对照组栅藻 LX1的生长情况如图 1
所示。在初始密度基本相同的条件下，恢复培养的第
1天 2组的藻密度差异不大，但从第 1天到第 4天饥
表 3 不同初始密度下培养 3 d后栅藻 LX1对 TN、TP的去除
Tab.3 TN and TP removal efficiencies of Scenedesmus sp. LX1 with
different initial cell densities and a culture period of 3 d
去除速率 /
mg·L-1·d-1
去除率 /
%
TN TP TN TP TN TP
0.125
1.25
6.50
12.5
13.35
8.99
6.11
3.80
1.050
0.022
0.022
0.000
0.55
2.00
2.96
3.73
0.317
0.659
0.659
0.667
11.0
40.1
59.3
74.7
47.5
98.9
98.9
100
初始密度 /
106个·mL-1
3 d后 ρ/
mg·L-1
水处理技术 第 36卷 第 7期34
饿处理的藻密度略高于对照组，第 4天到第 5天 2
组藻密度差异缩小，在第 5天 2组藻密度基本相同。
培养 5 d 后饥饿处理和对照组栅藻 LX1 对
TN、TP的去除率、去除速率分别如表 4所示。
由表 4可见，经饥饿处理的栅藻 LX1对 TN、TP
的去除率、去除速率明显高于对照组，对 TN、TP的
去除速率分别比对照组增加了 24.4%和 60.2%。
郭羽丰等发现四列藻继氮磷营养盐胁迫处理后
平均相对生长率、细胞数、叶绿素 a含量和生物量均
增高，而在恢复生长阶段的对数生长期末，处理组与
对照组的细胞密度趋于接近[13]。这与本研究中饥饿
处理的结果相似。
经过饥饿处理的栅藻 LX1被剥夺了氮磷营养
盐，导致解除营养盐胁迫后对氮磷的过量吸收，这可
用生物中的超补偿现象来解释[14]。微藻在遭受营养
限制后，生长以及生理机制会受到制约和影响，但在
恢复到适宜的生存条件后，其在生长和对营养盐的
吸收方面，会超过未受过胁迫的微藻。到生长后期饥
饿处理的栅藻 LX1的藻密度与对照组差异逐渐缩
小，这说明饥饿处理对藻细胞的生长不会造成长期
的影响，随着培养时间的推移，藻细胞的生长会逐渐
恢复到正常的水平，这可能与环境资源总量的限制有
关，也可能与不同补偿生长效应持续的时间有关[15]。
但是对微藻的饥饿处理的时间不应过长。
Juan-Pablo Hernandez等报道小球藻经过 3 d的饥饿
处理后可在一定程度上恢复生长并过量吸收磷营养
盐，而经过 5 d饥饿处理的小球藻藻细胞数目却不
断下降，说明 5 d的饥饿处理对小球藻的生长产生
了不可恢复的负面影响[16]。产生这一现象的原因可
能是过长时间的营养缺乏会导致藻细胞的结构退
化，抑制微藻的恢复生长。
3 结 论
初始密度对栅藻 LX1氮磷去除有显著的影响，
在本研究范围内，初始密度越大，氮磷的去除效果越
好。本研究中初始密度为 12.5×106个·mL-1时栅藻
LX1对 TN、TP的去除效果最好，分别达到了 74.7%和
100%，去除速率分别为 3.73和 0.67 mg·L-1·d-1。
适当的饥饿处理可促进栅藻 LX1的生长，明显提
高栅藻LX1对氮磷的去除率和去除速率。饥饿处理 3d
的栅藻 LX1恢复培养 5 d后对 TN、TP的去除率分别
达到了 51.3%和 82.2%，去除速率分别为 1.54和 0.33
mg·L-1·d-1，分别比对照组增加了 24.4%和 60.2%
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去除速率 /mg·L-1·d-1
TN TP TN TP
对照
饥饿处理
43.9
51.3
54.6
82.2
1.32
1.54
0.22
0.33
试验组
去除率 /%
表 4 饥饿处理和对照的栅藻 LX1培养 5 d后对 TN、TP的
去除率、去除速率
Fig.4 TN and TP removal efficiencies and rates of Scenedesmus sp.
LX1 with strarvation treatment and a culture period of 5 d
（下转第 39页）
汤会军等，初始密度及饥饿对栅藻 LX1氮磷去除的影响 35
（上接第 35页）
EFFECT OF INITIAL CELL DENSITIES AND STARVATION TREATMENT ON THE NITROGEN,
PHOSPHORUS REMOVAL PROPERTIES OF SCENEDESMUS SP. LX1
Tang Huijun1, Li Xin2, Hu Hongying2 , Gan Ke1, Guan Dongming1
(1.School of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China;
2.State Key Joint Laboratory of Environment Simulation and Pollution Control, Department of Environmental Science and Engineering,
Tsinghua University, Beijing 100084, China）
Abstract: The effects of initial cell densities and starvation treatment on the nitrogen, phosphorus removal properties of Scenedesmus sp. LX1 were
studied to explore methods for increasing removal efficiencies. In the studied range of 0.125×106~12.5×106 mL-1, the nitrogen and phosphorus removal
efficiencies of Scenedesmus sp. LX1 with initial cell density of 12.5×106 mL-1 were the best, after a culture period of 3 d the TN and TP removal
efficiencies were 74.7% and 100%, and the removal rates were 3.73 and 0.67 mg·L-1·d-1 respectively. Scenedesmus sp. LX1 grew well after a starvation
period of 3 d, and after a culture period of 5 d the TN and TP removal efficiencies were 51.3% and 82.2%, the removal rates were 1.54 and 0.33 mg·L-1·d-1
respectively, higher than those of the control group by 24.4% and 60.2% respectively. It is concluded that high initial cell densities and starvation
treatment are beneficial to enhance the nitrogen and phosphorus removal efficiencies of Scenedesmus sp. LX1.
Keywords: Scenedesmus sp; nitrogen and phosphorus removal; initial cell densities; starvation treatment
STUDY ON ZETA POTENTIAL OF THE PARTICULATE MATTER IN MICRO-VORTEX
HYDRO CLARIFIER
Tong Xueqiang, Xu Zhibiao, Cao Xiuru
(Guang Dong Urban & Rural Planning And Design Institute, Guangzhou 510290, China）
Abstract: The micro-vortex clarifier of high density reticular flocculation was designed based on the research hotspot of high density clarifying
technology and in combine with vortex diffusion, sludge suspension layer, wing sheet type inclined plates theory and material balance calculation
equation. The PAFC and PAM were selected as flocculants by static experiment. The turbidity of water sample in wing reacting area was 65.0～66.8
NTU and Zeta potential was -13.6～-13.7 mV with adding PAFC. The turbidity of water sample in wing reacting area became 63.0～65.0 NTU and
Zeta potential was -13.0～-13.2 mV with adding PAFC+PAM.
Keywords: zeta potential; micro-vortex; hydraulic clarifier; plug-flow-reactor
口的水样浊度基本稳定在 65.0～66.8 NTU，Zeta电
位基本稳定在 -13.6～-13.7 mV；投加 PAFC+PAM
时，测得翼片隔板反应区同一取样口的水样浊度基
本稳定在 63.0～65.0 NTU，Zeta 电位基本稳定在
-13.0～-13.2 mV。证明了澄清器运行情况基本稳定。
当澄清器运行稳定后，在清水区同一取样点取
水样，单独投加 PAFC时，投药量为 20 mg·L-1时，处
理后水样的浊度为 2.56 NTU，水样中颗粒物的 Zeta
电位为 -6.82 mV，出水中 CODMn和 UV254的去除率
分别为 44.5%和 85.8%；投加 PAFC+PAM时，PAM
和 PAFC投药量均为 0.2 mg·L-1，处理后水样的浊度
为 2.13 NTU，水样中颗粒物的 Zeta 电位为 -5.36
mV，出水中 CODMn和 UV254的去除率分别为 72.0%
和 87.7%，可见联合投加优于单独投加。
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