全 文 ：孔石莼对养殖废水中营养盐的吸收研究
顾宏, 徐君, 张贤明, 李川, 韩敏
(重庆工商大学环境与生物工程学院,重庆 400067)
摘 要:在养殖废水中,利用大型海藻-孔石莼,研究其对各营养盐的吸收情况。在实验中,NH4+-N有一定的吸收,并且在开始阶段吸
收最快。其他营养盐的吸收效果不如NH4+-N,而且孔石莼对NO3-盐的吸收存在滞后性。实验结果表明孔石莼对养殖废水中的营养盐具有
一定的去除效果,在水产养殖中具有废水净化作用。
关键词:孔石莼; 吸收; 养殖废水; 营养盐
中图分类号:X714 文献标识码:A 文章编号:1003-6504(2007)07-0085-03
孔石莼(Ulvapertusa)是绿藻门石莼属的一种大
型海洋经济藻类。它广泛分布于西太平洋沿海,不仅
藻体鲜艳、味道鲜美,而且富含许多营养物质,生长
快,质地薄可食用,也是鲍鱼很好的饵料,具有很高的
经济价值。近年来,对石莼的研究及开发利用引起了
国内外的普遍重视。
随着海水养殖业的迅猛发展,其对近海生态环境
的负面影响日益严重[1-4]。国内外学者普遍认为混养大
型海藻是吸收、利用营养物质、延缓水质富营养化的
有效措施之一[5-6]。大型海藻组织中具有丰富的氮库,
可以高效地吸收储存大量的营养盐。对大型海藻营养
盐吸收和同化的研究表明,同样浓度的营养盐,大型
藻类对N的吸收速率大于对P的吸收速率,对NH4+-N
的吸收速率大于对 NO3--N的吸收速率,而 NH4+-N
往往是鱼类养殖水体无机营养盐的主要存在形式,因
而大型藻类对水体无机营养盐具有很好的清洁作用。
本文研究了孔石莼对养殖废水中的三氮一磷即氨氮、
硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总磷的吸收情况,目的是为
降低养殖废水对近海区的污染与破坏,延缓水质的富
营养化。
1 材料与方法
1.1 实验材料与处理方法
孔石莼取自辽宁大连黑石礁海域,经 19℃～25℃
室内驯化培养一段时间后,从藻池中选取优质孔石
莼进行实验。海水取自大连黑石礁海域,经砂滤后
抽取使用。实验中的养殖废水来自实验室中养殖牙
鲆鱼的废水。其中废水中各营养盐的浓度为:NH4+-N
0.929mg/L,NO2--N0.0331mg/L,NO3--N3.814mg/L,
PO43--N2.853mg/L。
为测出孔石莼对定量氨盐的吸收情况,取两只规
格相同的玻璃缸进行对比实验。加入经过砂滤的海
水,放入恒温箱中。投加氯化铵,令海水中 N浓度为
2mg/L,搅匀,放入经甩干的孔石莼,使海水中的生物
量为 2g/L,根据设定的时间抽取水样(水样加入显色
剂后,避光显色12h),分析孔石莼对氨氮的吸收情况。
实验室条件为:温度18±2℃(在无光照时,温度略有下
降);以日光灯为光源,光照强度为4750Lux,初始12h
光照,之后12h无光照,最后12h恢复初始的光照,之
后12h无光照。
为测出孔石莼对定量硝酸盐,磷酸盐的吸收情
况,分别各取两只规格相同的玻璃缸,加入经过砂滤
的海水。投加磷酸二氢钾和硝酸钠,分别使海水中
PO43-的浓度为 2mg/L,NO3-的浓度为 15mg/L,搅匀,
放入经甩干的孔石莼,使海水中的生物量为2g/L,根
据设定的时间抽取水样,分析孔石莼对磷酸盐和硝酸
盐的吸收情况。实验室条件为:温度18±2℃(在无光照
时,温度略有下降);以日光灯为光源,光照强度为
3110Lux,8:30～20:30光照,20:30～8:30闭光。连续取
11d,一天一次。
为测出孔石莼对养殖废水中的同时存在的四种
营养盐的吸收情况,取两只规格相同的玻璃缸,加入
养殖废水。放入经甩干的孔石莼,使海水中的生物量
为 1g/L,根据设定的时间抽取水样,分析孔石莼对四
种营养盐的吸收情况。条件为:温度18±2℃(在无光照
时,温度略有下降);以日光灯为光源,光照强度为
3110Lux,7:00～19:00各取一个样,此期间进行光照。
19:00～7:00闭光。
1.2 水质指标测定方法与数据计算
氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总磷在水体中的含
量测定采用《国家标准测定规范》氨氮的测定采用靛
酚蓝法,硝酸盐氮的测定采用镉柱还原法,亚硝酸氮
的测定采用磺胺萘乙二胺分光光度法,磷酸盐的测定
采用磷钼蓝分光光度法。氮磷的去除率按式(1)计算:
作者简介:顾宏(1970-),女,副教授,研究方向为环境污染修复技术,(电
话)023-62765200(电子信箱)gh0322@126.com。
孔石莼对养殖废水中营养盐的吸收研究 顾宏,等
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第30卷 第7期 2007年7月环境科学与技术
v=(C1-C2)·V/[(T2-T1)·M] (1)
式中:v为去除率(单位生物量在单位时间内吸收
水体中氮磷量),mg/g·h;V为海水体积,L;C1、C2分
别为 T1、T2时刻的氮磷的浓度,mg/L;M为生物量
(鲜重),g。
2 试验结果和讨论
2.1 孔石莼对定量NH4+的吸收
如图1所示,孔石莼对海水中的NH4+-N的吸收
很快并很彻底。将孔石莼对 NH4+的吸收分为 3个阶
段;快速吸收阶段(Vs),此阶段吸收NH4+的速率最快,
υ=0.101119mg/g·h;内部控制的吸收阶段(Vi),此阶段
吸收趋于平稳,υ=0.017336mg/g·h;外部控制的吸收
阶段(Ve),此阶段吸收速率→0[7-8]。
许多近期研究表明,吸收率随时间而变化的原因
可能是当海藻处于氮限制时,细胞内的氮库较小,开
始的快速吸收(10～60min)是用于充盈细胞内营养库
的阶段[9],吸收率下降至稳定阶段则可能是充盈的细
胞内N库的反馈抑制作用[10],接着是由介质营养盐浓
度控制的吸收,随着介质营养盐的消耗吸收率迅速下
降[6],可见在选择测定营养盐吸收率方法时考虑时间
过程是非常重要和必要的。
2.2 孔石莼对定量NO3-,PO43-的吸收
孔石莼对 NO3-,PO43-的去除效果不如 NH4+,不
过对它们都有一定量的吸收。如图 2所示:对于
NO3-来说,在 1～3d并无吸收,还有上升的趋势,在
第三天后才开始吸收。如图 3所示:对于 PO43-前 6
天吸收效果尚佳,从第 7天以后孔石莼向系统中放
出 PO43-。
NO3-在 1～3d有所上升,这与 Brinkhuis[11]在某些
海藻体内观察到持续1min左右的NO3-快吸收,随后
组织向介质释放NO3-的结论一致。
将图 1与图 2相比较可知,NO3-盐的吸收效果
不如 NH4+。之所以会这样,一方面,NH4+能够被孔石
莼组织中的还原物还原成谷氨酸盐,而 NO3-则需要
通过组织氮化物的合成作用转化成氨,然后转化成谷
氨酸盐[9],最后被孔石莼所利用。具体用方程式可表
示为:
NO3- NO3-
NO4+ Glutamat
另一方面,NO3-这一系列转化反应是吸热反应,
而热源主要来自光源,因此在无光照的情况下NH4+也
有一定的吸收,而NO3-则不行。
PO43-在前6天吸收较好,第 7天 PO43-上升,因为
孔石莼缺少其它微量元素导致长势变差,因此向水体
放出一定量的PO43-。
经过孔石莼对水体中定量的氨盐、硝酸盐、磷酸
盐的吸收情况的测定,其基本吸收情况如下表所示。
表1实验前后孔石莼对定量营养盐的吸收
2.3 孔石莼对养殖废水中四种营养盐的吸收
2.3.1 NO3-、NH4+的吸收及其相互作用
孔石莼在几种营养盐同时存在时,对NH4+有一定
量的吸收,而对NO3-的吸收不明显。并且NO2-还有一
定的上升,如表2。
表2实验前后孔石莼对养殖废水中营养盐的吸收
近年来研究大型海藻的吸收和同化表明,海藻对
NH4+的吸收率大于对NO3-的吸收率,这从表2中也有
明显的反映。NO3-和NH4+同时出现在介质中时,孔石
2e-+Nitratereductase! 6e
-+4H++Nitratereductase!
a-+ketoghutarate+reductiveamination!
营养盐 实验前浓度(mg/L) 实验后浓度(mg/L) 吸收率(mg/g·h)
NH4+-N 2.0 0.0295 0.02346
NO3--N 15.0 7.662 0.01389
PO43--N 2.0 0.807 0.001312
营养盐 实验前浓度(mg/L) 实验后浓度(mg/L) 吸收率(mg/g·h)
NH4+-N 0.929 0.411 0.003602
PO43--N 2.853 3.367 -0.00357
NO2--N 0.0331 0.0557 -0.00017
NO3--N 3.814 3.296 0.002632
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莼优先吸收 NH4+,而当两者分别加入时,彼此的吸收
几乎相等。Flynn[13]从能量学角度的解释是:首先要考
虑两种离子各自传递和同化过程的特点,假设氮源是
以带正电荷的化合物形式与 Na+一起通过带负电荷
的海藻细胞膜电位而传递,同时伴随着 K+的外流以
维持膜的电位平衡,Na+/K+泵又重新建立起离子梯
度。如果氮源正是以这种正电荷形式进入细胞内,则
NO3-比NH4+的吸收需要较多的能量支出 (NH4+-Na+,
而NO3--2Na+)。营养盐以脉冲式加入和快速吸收均可
能导致部分膜电位的快速去极化,从而可能进一步影
响NO3-的传递。另外,“竞争吸收位点”的存在也是影
响NH4+和NO3-吸收相互作用的一个主要方面。
2.3.2 磷的吸收及与氮吸收的相互作用
从养殖废水中孔石莼对磷酸盐的吸收率和对氮
的吸收率对比(表 2)中可以看出,孔石莼对磷酸盐的
在高氮中吸收不明显。Lundberg等用 31P、14N核磁共
振法(NMR)研究石莼氮、磷吸收之间相互作用的结果
表明,介质中NH4+和NO3-浓度升高时,细胞内储存的
用于维持生长的多聚磷酸盐含量下降,因此磷的吸收
受抑制,NO3-可能是直接抑制磷吸收的,如通过与磷
传递体结合或阻止其作用,但也可能是当NO3-作为唯
一氮源时,光合作用产生的能量用于NO3-的吸收和还
原,从而影响多聚磷酸盐的合成,因为这一过程也需
要消耗能量。
经过孔石莼对养殖废水中的氨盐、硝酸盐、亚硝酸
盐、磷酸盐的吸收情况的测定,其基本吸收情况如表2。
由于孔石莼富含许多营养物质,实验后我们将孔
石莼捞出进行鲍鱼喂养。从而达到循环利用。
3 结论
(1)孔石莼对海水中的NH4+-N的吸收很快并很彻
底。尤其是在吸收的前10个小时,孔石莼对NH4+-N的
吸收最快,当孔石莼细胞内 N库充盈时,对 NH4+-N
的吸收趋于平缓。但它对NO3-,PO43-的去除效果不如
NH4+,主要是由于NO3-不能直接被孔石莼吸收,需要中
间转换过程。而PO43-的吸收直接受到NH4+和NO3-的
抑制。
(2)孔石莼对NO3-,PO43-的去除效果不如NH4+,不
过对它们都有一定量的吸收。主要是由于NO3-不能直
接被孔石莼吸收,需要中间转换过程。而NH4+-N往往
是鱼类养殖水体无机营养盐的主要存在形式,从而依
然能够达到水体无机营养盐的清洁作用。
(3)实验表明,孔石莼在循环养殖废水中,可去除
水体中的大部分营养盐。而且其本身也可食用,具有
很高的经济与实用价值。因此,在养殖水体环境中,
孔石莼可充当一种高效、绿色的生物修复器,如何在
养殖水体环境中进行孔石莼的混养,有待进一步研
究探讨。
[参考文献]
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(收稿2006-06-22;修回2006-10-20)
孔石莼对养殖废水中营养盐的吸收研究 顾宏,等
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Abstract
EnvironmentalScienceandTechnology
Vol.30,No.7,July2007
iluminationreactiontime60min,underwhichCODremovaleficiency
ofwastewatercanreach91.2%.TheadditionofUV haspositive
corelationsynergieswithindependentFentonsystem.Biochemical
conversionpropertyofxylosewastewaterwasgreatlyimprovedafter
UV-FentontreatmentandB/Cindexincreasedto0.49from0.21.
Keywords:UV-Fenton;iluminationcatalysisoxidization;xylose
productionwastewater;biochemicalconversion
ModificationofFluorgypsumResiduetoProduce
PlasteringGypsum
LIRu-yi1,WANGPei-jian2,CHENGXiao-guang3,
LIUChun-ying1
(1.SchoolofChemistryandChemicalEngineering,ChinaUniversityof
Petroleum;2.GuangraoCountyConstructionBureau,Dongying257061;
3.SanmuBuildingandDecorativeMaterialCo.Ltd,Dongying257061)
AbstractID:1003-6504(2007)05-0079-03-EA
Abstract:Fluorgypsum,mainlycomposedofanhydrateI (CaSO4),is
akindofwasteresidueexpeledfromchemicalindustry.Modifiedby
complexactivator,mixedandgrindedwithseemlycomplexwater-
retentionagent,flyashandairentrainingagent,fluorgypsummixture
waspreparedtoplasteringgypsumwhichwastestedtosatisfynational
tradestandard.Modificationofplasteringgypsum withfluorgypsum
whichwil bringbenefitsbothonenvironmentandoneconomy
substantialyisanewwayforreusingfluorgypsumresource.
Keywords:fluorgypsum;modification;additive;plasteringgypsum;
reuseofresource
APilotScaleUASB-SBRProcessforTreatmentof
HighConcentrationOrganicPesticideWastewater
KANGQiong-xian1,KANGJian-xiong2,LULu2,
LIUZhi2,LIDao-sheng2,HUANGGuan-shan2
(1.SchoolofUrbanConstruction,ChangjiangUniversity,
Jingzhou434023;2.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,
HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074)
AbstractID:1003-6504(2007)07-0082-03-EA
Abstract:AnewcombinationprocessofUASB-SBRwasintroduced
fortreatmentoforganic pesticide wastewaterfrom a pesticide
manufacturerinJingzhou,Hubeiprovincewhichischaracterizedashigh
CODconcentration,poorbiodegradabilityandhighoperatingcost,with
average removaleficiency ofCOD of58.3%,biodegradability
coeficientincreasedfrom0.26to0.34andaverageremovaleficiency
ofchromaof70%aswelasaverageremovaleficiencyofCODupto
84.5% inthesecondSBRprocess.Costofwastewatertreatmentis
descendedfromnormal3-5yuanRMBperkgCODto1yuanRMBper
kgCOD.
Keywords:upflowanaerobicsludgebed;sequencingbatchreactor;
organicpesticidewastewater;sludgedomestication
AbsorptionofUlvaPertusatoNutrientSaltin
PiscatorialWastewater
GUHong,XUJun,ZHANGXian-ming,LIChuan,HANMin
(SchoolofEnvironmentalandBiologicalEngineering,Chongqing
TechnologyandBusinessUniversity,Chongqing400067)
AbstractID:1003-6504(2007)05-0085-03-EA
Abstract:TheefectofUlvaPertusaontheremovalofnutrientsaltin
piscatorialwastewaterwasstudied.Resultsindicatedthatammoniumwas
removedquicklybyU.pertusawiththehighestrateatthebeginning
growthphase.TheeficiencyofU.pertusaabsorptiontoammoniumwas
higherthantoothernutrientsalts.U.pertusawouldsuspendabsorption
ofnitrate.ResultsshowedthatUlvapertusacanremovenutrientsalt
efectivelyandplaysaroleinthepurificationofwastewater.
Keywords:Ulvapertusa;absorption;piscatorialwastewater;nutrientsalt
OptimizedMotionofNitroceluloseWastewater
TreatmentSystem
SHENShi-quan1,HUANGHai-zhen2,LVShao-ming2,
WANGNa3,QIWen-guang2
(1.GuangzhouMunicipalWaterSupplyCompany,Guangzhou510160;2.
SchoolofEnvironmentScienceandEngineering,SouthChinaUniversity
ofTechnology,Guangzhou510640;3.ZhengzhouWaterSupply
Corporation,Zhengzhou450007)
AbstractID:1003-6504(2007)05-0088-03-EA
Abstract:Theoperationefectatdiferenttemperatureandconditions
wasstudiedbyusingcombinedtreatmentprocessofcoagulationandtwo
phaseactivatedsludgeinnitrocelulosewastewatertreatmentworks.
Runningresultsshowedthatexpectforchroma,efluentCODcr,BOD5
andSScansatisfynationalstandardbyusingtwophasebiochemical
processwhenwatertemperaturewasabove18℃.EfluentCODcrwas
above300mg/Lwhenwastewatertemperaturewasbelow18℃,which
needphysicalandchemicalprocessingunitsbeoperatedbyadding
coagulationprocessbeforeorafterbiochemicalprocess.Asaresultthe
efluentcouldsatisfydischargestandard.
Keywords:nitrocelulosewastewater;flocculationreactor;highload
aerationtank;cyclicactivatedsludgesystem;optimizedmotion
PilotScaleStudyofDiatomiteinLandfilLeachate
Pretreatment
WUYang1,WANGZhong-qi1,HOUFeng2
(1.SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010;
2.SichuanProjectandTechnologyCentreofWaterTreatmentand
Resource,Mianyang621900)
AbstractID:1003-6504(2007)07-0091-02-EA
Abstract: Itisdificulttodisposeleachateduetothecomplex
ingredient.Diatomitewithstrongadsorptionperformanceandchemical
stabilityaswelasflocculationabilityiscommonlyusedinwastewater
treatment.Bytheexperimentofaddingdiferentamountofdiatomitein
landfil leachate,the more diatomite wasadded,the efectof
flocculationwasbeter.Theefectwasclearlybeterintandem to
removethesameamountofadded-kindSeries.Resultswilbebeter
whencompoundflocculantsincludingpolyaluminum chloridewas
addedintherightdosage.Ifmembranebio-reactorwasusedinthe
folowingtreatment,treatmenteficiencyofleachatewouldbegreatly
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