全 文 ：书第 25 卷 第 3 期
2015 年 5 月
黑 龙 江 科 技 大 学 学 报
Journal of Heilongjiang University of Science ＆ Technology
Vol． 25 No． 3
May 2015
斜生栅藻培养基优化及菌藻共生体系处理污水
宋志伟， 王秋旭， 李立欣， 高云鹏， 赵红利
(黑龙江科技大学 环境与化工学院，哈尔滨 150022)
摘 要:为建立适用于模拟污水处理的菌藻共生体系，通过模拟污水的适应性分析，选定斜生
栅藻为共生藻种，以 BBM为基础培养基对其生长条件进行优化，并建立好氧颗粒污泥和藻类的共
生体系进行模拟污水处理。结果表明:斜生栅藻的最适生长条件，接种量为 10%，培养基的初始
pH为 7. 5，C6H12O6 和 NH4Cl的质量浓度分别为 1 500 和 300 mg /L。好氧颗粒污泥和斜生栅藻的
共生体系对污水 COD、NH3 － N、TP的去除率分别为 93. 89%、87. 64%、91. 35%，优于单独的斜生栅
藻和单独的好氧颗粒污泥，可以提高模拟污水中有机物和氮、磷的同步去除效果。
关键词:斜生栅藻;培养基优化;菌藻共生;模拟污水
doi:10. 3969 / j． issn． 2095－ 7262. 2015. 03. 010
中图分类号:X703
文章编号:2095－ 7262(2015)03－ 0274－ 06 文献标志码:A
Optimization of scenedesmus obliquus culture medium and
application of algal-bacterial symbiotic system for sewage treatment
SONG Zhiwei， WANG Qiuxu， LI Lixin， GAO Yunpeng， ZHAO Hongli
(School of Environmental ＆ Chemical Engineering，Heilongjiang University of Science ＆ Technology，Harbin 150022，China)
Abstract:This paper arises from the need to develop algal-bacterial symbiotic system tailored for
wastewater treatment． The development is possible with the selection of scenedesmus obliquus for symbi-
otic algae through sewage adaptive analysis;the optimization of its growth conditions based on BBM medi-
um(Bold’s Basal Medium);and the consequent production of aerobic granular sludge and scenedesmus
obliquus symbiotic system for sewage treatment． The results show that the optimum growth conditions for
scenedesmus obliquus is inoculum of 10%，initial pH value of 7． 5，C6H12O6 concentration of 1 500 mg /L，
NH4Cl concentration of 300 mg /L． When applied to treat sewage，symbiotic system of scenedesmus
obliquus and aerobic granular sludge ensures the COD，NH3-N and TP removal rate of 93． 89%，
87． 64%，91． 35%，respectively，providing a significant advantage over single oblique scenedesmus and
separate aerobic granular sludge and thus enabling the improvement in the synchronization removal effect
of organics，nitrogen and phosphorus in sewage．
Key words:scenedesmus obliquus;culture medium optimization;algal-bacterial symbiotic;simu-
late sewage
收稿日期:2015 － 01 － 16
基金项目:黑龙江省自然科学基金项目(E201461);黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12541701)
第一作者简介:宋志伟(1968 －)，女，黑龙江省哈尔滨人，教授，博士，研究方向:污水治理技术及工艺，E-mail:szwcyp@ 163． com。
0 引 言
随着我国工业化进程的加速和经济的持续发
展，水体有机污染问题日趋严重。大量的氮、磷营养
物质进入水体环境，导致水体富营养化污染现象日
益突出，污水的脱氮除磷技术成为污水处理领域的
热点和难点问题。生物处理技术作为有效、最具环
境效益的污水处理方法，得到广泛应用。能满足特
定的污水处理要求的新工艺也不断被提出，其中，污
泥颗粒化技术因其自身的优势而备受关注。
污泥颗粒化是微生物细胞自身固定化的一种形
式，最终形成边界清晰、外观为球形或椭圆形的密实
颗粒［1］。好氧颗粒污泥能处理含有有机物、氮、磷
和有毒、有抑制性物质的污水。但有研究表明，好氧
颗粒污泥对氮、磷的去除效果不太理想［2］。
藻类可以利用太阳能和氮、磷等营养物质通过
光合作用合成细胞物质，藻类对氮、磷的去除能力较
好。藻类去除污水中的氮、磷等营养元素的机理分
为两种:一种为直接作用，利用生物学原理，藻类为
了自身的生长和繁殖而主动去吸收污水中氮、磷转
化为自身生长的营养物质［3］。另外一种是间接方
式，利用物理化学作用，当藻类在污水中生长繁殖速
度较快时，会使污水中的 pH 增高，改变周围环境的
物化特性，促进 NH3 的挥发及磷酸盐沉淀，从而达
到脱氮除磷的效果［4］。
藻类对污水中氮、磷有一定的去除效果，但藻类
处理污水面临的问题是污水中部分有机物难以被藻
类高效吸收、转化［5］。因此，将藻类与细菌对有机
物降解能力有效结合，形成菌藻共生系统。藻类通
过光合作用释放氧气，供给好氧异养型微生物进行
代谢活动，好氧异养型微生物对有机物氧化分解，代
谢产生的二氧化碳和无机氮、磷化合物，供给藻类光
合作用所需的碳源和营养，如此循环，形成菌藻之间
互生的关系，称之为“菌藻共生”［6］。从而提高污水
中氮、磷和有机物的去除率。
郑耀通等［7］利用建立的小球藻(Chlorella)与螺
旋藻(Spirulina)、光合细菌(Photosynthetic bacteria)、
硝化细菌(Nitrobacteria)建立菌 －藻共生体系处理
含氨氮的污水。王高学等［8］以正交法建立了由栅
藻(Scencdesmus obliquus)、小球藻(Chlorella vul-
gans)、亚硝化细菌(Nitrite bacteria)、硝化细菌(Ni-
trate bacteria)组成的藻 －菌共生系统，利用最佳配
比去除氨氮和亚硝酸氮，去除率高于单藻和单菌。
但现有的研究多采用的是单一菌种和普通活性污
泥，好氧颗粒污泥和藻类形成的菌藻共生体系报道
鲜见。
为建立好氧颗粒污泥和藻类的共生体系，笔
者通过污水的适应性实验，选用斜生栅藻为共生
藻种，探讨最适合斜生栅藻生长的条件，以 BBM
培养基为基础培养基对其生长条件进行优化，建
立菌藻共生体系，并进行污水处理的实验研究，以
期为在污水中建立好氧颗粒污泥和藻类的共生系
统奠定基础。
1 实验与测定
实验所用的斜生栅藻为栅藻科、栅藻属，由暨南
大学水生生物研究中心提供。
实验采用模拟污水，其组成见表 1，其中微量元
素组成见表 2。模拟污水水质指标见表 3。
表 1 模拟污水成分
Table 1 Constitutes of simulate wastewater mg /L
药品名称 用量
葡萄糖 1 500． 0
牛肉膏 75． 0
蛋白胨 112. 5
氯化铵 300． 0
硫酸亚铁 30． 0
无水氯化钙 150． 0
药品名称 用量
磷酸氢二钾 52. 5
无水磷酸二氢钾 22. 5
硫酸镁 22. 5
微量元素 1
碳酸氢钠 若干
表 2 微量元素组成
Table 2 Compose of trace element mg /L
药品名称 用量
H3BO4 150
ZnSO4·7H2O 120
MnCl2·7H2O 120
CuSO4·5H2O 30
药品名称 用量
NiCl2 50
CoCl2·6H2O 210
KI 30
Na2MoO4 65
表 3 模拟污水水质
Table 3 Quality of simulate wastewater mg /L
ρCOD ρNH +4 － N ρTP
1 450 ～ 1 550 78. 5 10
实验以 BBM为培养基，其组成见表 4。
培养方法是在带有封口膜的 250 mL锥形瓶中，
加入 100 mL培养基，高温高压灭菌后，加入实验藻
液，在 30 ± 1 ℃下培养，光源为日光灯，光照强度为
572第 3 期 宋志伟，等:斜生栅藻培养基优化及菌藻共生体系处理污水
4 000 lx，全天光照，培养周期为 7 d，每天摇动藻液
三次，并随机交换锥形瓶位置，使光照差异降至最
低。每天在同一时间取样测其吸光度。
表 4 BBM培养基组成
Table 4 Compose of BBM medium mg /L
药品名称 用量
Co(NO3)2·6H2O 0. 49
ZnSO4·7H2O 8. 82
MnCl2·7H2O 1. 44
CuSO4·5H2O 1. 57
CaCl2·2H2O 25． 00
FeSO4·7H2O 4. 98
MgSO4·7H2O 75． 00
EDTA-2Na 50． 00
NaCl 25． 00
药品名称 用量
NiCl2 50． 00
MoO3 0. 71
KI 30． 00
H3BO4 11. 42
K2HPO4 75． 00
KH2PO4 175． 00
Na2MoO4 65． 00
NaNO3 250． 00
藻生物量的测定采用浊度比色法，实验采用
752 紫外可见分光光度计，在波长 680 nm 处测定培
养液的吸光值(A680)
［9］。实验数据采用 Origin8. 0
进行统计分析。
2 结果与分析
2. 1 接种量对斜生栅藻生长的影响
接种量是影响藻类生长的重要因素，以 BBM为
培养基，实验中按体积比为 5%、10%、15%、20%、
25%的接种量进行接种培养。按照培养方法，每天
定时取样测其吸光值(A680)，对斜生栅藻的生长情
况进行测定，其生长曲线见图 1，其中，t 为培养
时间。
10%
25%
20%
5%
15%
0.20
0.16
0.12
0.08
0.04
A 6
80
20 60 100 140 180
t/h
图 1 接种量对斜生栅藻生长的影响
Fig． 1 Effect of inoculation on growth of
scenedesmus obliquus
如图 1 所示，当接种量为 5%、斜生栅藻生长缓
慢、吸光度较低、接种量为 25%时，斜生栅藻生长较
快，当接种量为 10%时，斜生栅藻的生长状况良好，
第五天的吸光度超过投加量 25%的吸光度。可见，
接种量过小，藻细胞密度太小，斜生栅藻生长缓慢，
但接种量大，藻细胞密度过大，初始生长速度快，后
期因营养供给不足其生长受限。因此，接种量为
10%，对斜生栅藻的生长最为有利。
2． 2 初始 pH对斜生栅藻生长的影响
培养基的 pH 是藻类生长环境的重要理化指
标，以 BBM为培养基，接种量为 10%，用 0. 1 mol /L
的 NaOH和 0. 1 mol /L的 HCl溶液将培养基的初始
pH调至 6． 0、6． 5、7． 0、7. 5、8． 0，按照培养方法，每
天定时取样测其吸光值(A680)，对斜生栅藻的生长
情况进行测定，结果如图 2 所示。
20 60 100 140 180
t/h
0.20
0.16
0.12
0.08
0.04
A 6
80
pH=7.5
pH=8.0
pH=7.0
pH=6.5
pH=6.0
图 2 初始 pH对斜生栅藻生长的影响
Fig． 2 Effect of initial pH on growth of
scenedesmus obliquus
由图 2 可知，当 pH在 6. 5 ～ 7. 5 时，斜生栅藻生
长状况较好，吸光度较高。当培养基的初始 pH 为
6. 0 或 8. 0 时，斜生栅藻的颜色由绿色变成黄色，斜
生栅藻生长缓慢，吸光度较低。最适合斜生栅藻生
长的培养基初始 pH为 7. 5。该 pH与模拟污水处理
所需的 pH相符。
2. 3 碳源对斜生栅藻生长的影响
碳元素是构成细胞的骨架元素，细胞内任何物
质的合成都离不开碳元素的参与。在不添加外加碳
源的情况下，微藻主要利用光照进行光合自养生长。
在外加碳源和一定光照条件下，微藻进行阶段性光
合自养和异养的兼养生长［10］。BBM 培养基中没有
碳源，因此，在 BBM 培养基中外加碳源，分别选用
C6H12 O6、C12 H22 O11、CH3COONa、NaHCO3、Na2CO3，
质量浓度为 1 000 mg /L，接种量为 10%，pH为 7. 5，
按照培养方法进行对比培养。每天定时取样测其吸
光值(A680)，测定斜生栅藻的生长情况。其生长曲
线见图 3。
672 黑 龙 江 科 技 大 学 学 报 第 25 卷
A 6
80
1.00
0.75
0.50
0.25
0
C6H12O6
C12H22O11 CH3COONa
NaHCO3 Na2CO3
20 60 100 140 180
t/h
图 3 不同碳源对斜生栅藻生长的影响
Fig． 3 Effect of different carbon sources on
growth of scenedesmus obliquus
如图 3 所示，在相同质量浓度碳源情况下，
C6H12O6 的长势好于其他的碳源，C12 H22 O11 和
CH3COONa、NaHCO3 和 Na2CO3 长势差别不大，故
选择 C6H12O6 为斜生栅藻生长的最佳碳源。
以 BBM为培养基，C6H12O6 为外加碳源，分别选
取质量浓度 750、1 000、1 250、1 500、1 750 mg /L，进
一步探讨其最适生长浓度，接种量为 10%，pH 为
7. 5，按照培养方法，每天定时取样测其吸光值
(A680)，测定斜生栅藻的生长情况。其生长曲线见
图 4。
20 60 100 140 180
t/h
A 6
80
1.8
1.4
1.0
0.6
0.2
750 mg/L
1 750 mg/L
1 250 mg/L
1 500 mg/L
1 000 mg/L
图 4 不同质量浓度的 C6H1206 对斜生栅藻生长的影响
Fig． 4 Effect of different concentrations of C6H1206 on
growth of scenedesmus obliquus
如图 4 所示，以外加葡萄糖为碳源时，斜生栅藻
可以直接利用葡萄糖进行呼吸代谢，随着初始
C6H12O6 质量浓度的增加，有利于斜生栅藻的生长，
吸光度逐渐增大，但当 C6H12 O6质量浓度为 1 750
mg /L时，生长状况不好。在藻液中添加高浓度的葡
萄糖时，藻液的渗透压发生了相应的改变，过高的渗
透压导致藻细胞在营养代谢上要耗费更多的能量。
此外，更高的渗透压则导致细胞内外渗透压的差别
使藻类脱水死亡［11］。这说明添加 1 500 mg /L 的葡
萄糖大大促进了斜生栅藻的生长，此后，再增加葡萄
糖的投加量对斜生栅藻生长的促进作用无明显提
高，斜生栅藻的生长速率与碳源浓度不呈正比。因
此，当 C6H12O6 为碳源，初始质量浓度为 1 500 mg /
L，为斜生栅藻最适合生长浓度。
2. 4 氮源对斜生栅藻生长的影响
氮是藻类生长必需的大量元素之一，氮的浓度
对藻细胞的生长具有重要的作用。将 BBM 培养基
中的氮源换成 CO(NH2)2、NH4Cl 以及 NaNO3，质量
浓度为 250 mg /L，接种量为 10%，pH为 7. 5，进行对
比实验。按照培养方法，测定其生长情况，生长曲线
见图 5。
20 60 100 140 180
t/h
A 6
80
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0
NaNO3
CO（NH2）2
NH4Cl
图 5 不同氮源对斜生栅藻生长的影响
Fig． 5 Effect of different nitrogen sources on
growth of scenedesmus obliquus
如图 5 所示，NaNO3 长势最好，NH4Cl 次之，尿
素对斜生栅藻的生长影响不大。
建立菌藻共生体系，并将共生体系应用到模
拟污水处理中。由于污水中的氮源为 NH4Cl，Pr-
zutocka 等发现藻类优先利用污水中的 NH +4 － N
和其他还原态的氮，同时研究也指出，由于藻类
不产生活性的硝酸还原酶，它们对 NO －3 － N 的吸
收利用仅仅发生在污水中 NH +4 － N 质量浓度很
低或耗尽的时候［12］。因此，选取 NH4Cl 为 BBM
培养基的氮源。
以优化后的 BBM为培养基，接种量为 10%，pH
为 7. 5，研究不同质量浓度的 NH4Cl 对斜生栅藻生
长的影响。生长曲线见图 6。
如图 6 所示，斜生栅藻在初始 NH4Cl 质量浓度
为 300 mg /L时，生长明显好于其他初始浓度下的，
培养至第六天吸光度达到最大值。由此可见，初始
NH4Cl质量浓度为 300 mg /L时，最适合斜生栅藻生
长。斜生栅藻最适生长的 NH4Cl 质量浓度，与模拟
污水中 NH4Cl 的质量浓度相近。因此，NH4Cl 质量
浓度300 mg /L为斜生栅藻的最适合氮源。
772第 3 期 宋志伟，等:斜生栅藻培养基优化及菌藻共生体系处理污水
20 60 100 140 180
t/h
A 6
80 250 mg/L 200 mg/L
350 mg/L
300 mg/L
400 mg/L
0.20
0.16
0.12
0.08
0.04
图 6 不同浓度的 NH4Cl对斜生栅藻生长的影响
Fig． 6 Effect of different concentrations of NH4Cl on
growth of scenedesmus obliquus
3 共生体系处理模拟污水
为建立好氧颗粒污泥和斜生栅藻的共生体系，
将在摇床中驯化后的粒径大于 1 mm、质量浓度为
5 000 mg /L的好氧颗粒污泥泥水混合物，与在模拟
污水中驯化后的 1 000 mg /L的斜生栅藻，按体积比
为 2∶ 1 直接混合，组成 150 mL 的共生体系，加入
250 mL的锥形瓶中，放入摇床中进行培养。摇床转
速 150 r /min，温度 30 ℃，循环周期 48 h。在 240 h
之后，通过 X 射线荧光光谱分析表明，共生体系各
元素相对于斜生栅藻和好氧颗粒污泥本身都发生了
相应的变化，共生体系已形成。
为探讨菌藻共生体系对模拟污水的处理效果，
进行单独斜生栅藻、单独好氧颗粒污泥与菌藻共生
体系对模拟污水处理的对比实验，培养时间 48 h。
第一组:斜生栅藻系，由 50 mL在污水中驯化的质量
浓度为 1 000 mg /L的斜生栅藻和 100 mL模拟污水
组成;第二组:好氧颗粒污泥系，由粒径大于 1 mm、
质量浓度为 5 000 mg /L 的好氧颗粒污泥泥水混合
物 100 mL，50 mL 模拟污水组成;第三组:按好氧颗
粒污泥与斜生栅藻的体积比为 2∶ 1 组成 150 mL 模
拟污水，进行模拟污水处理对比实验，定期取样测定
其 COD、NH3 － N、TP去除率，结果见图 7。
如图 7 所示，三个系统的同步实验显示，单独斜
生栅藻对模拟污水的 COD、NH3 － N以及 TP的去除
率为 7. 83%、14. 72%、18. 97%;单独好氧颗粒污泥
对模拟污水的 COD、NH3 － N 以及 TP 的去除率为
84. 74%、78. 31%、70. 63%;好氧颗粒污泥和斜生栅
藻的共生体系对模拟污水的 COD、NH3 － N 以及 TP
的去除率为 93. 89%、87. 64%、91. 35%。共生体系
对模拟污水 COD、NH3 － N以及 TP的去除率优于单
独的斜生栅藻和单独的好氧颗粒污泥。
100
80
60
40
20
0
去
除
率
/%
斜生
栅藻
好氧颗
粒污泥 共生
体系
水质指标
COD NH4+-N TP
图 7 三个体系对 COD、NH3 － N、TP的去除率
Fig． 7 Ｒemoval rate of COD、NH3-N、TP in three system
在好氧颗粒污泥和斜生栅藻共生体系中，斜生
栅藻在生长过程中，能够利用光能和 CO2 进行光合
作用，产生的 O2 被好氧颗粒污泥所利用，好氧颗粒
污泥新陈代谢产生的 CO2 提供给斜生栅藻，因此提
高了好氧颗粒污泥和斜生栅藻的活性。好氧颗粒污
泥与斜生栅藻同时吸收同化模拟污水中的氮、磷，起
到良好的脱氮除磷的效果。
4 结 论
(1)以 BBM 为基础培养基，通过对接种量、初
始 pH，以及培养基中碳、氮单因子的研究，优化了斜
生栅藻的培养基。
(2)最适合斜生栅藻的生长条件为:接种量
10%，培养基的初始 pH 7. 5，C6H12O6 和 NH4Cl的质
量浓度分别为 1 500 和 300 mg /L。斜生栅藻的最适
于 C6H12O6 和 NH4Cl的质量浓度与模拟污水的质量
浓度相近。
(3)好氧颗粒污泥和斜生栅藻的共生体系对模
拟污水的 COD、NH3 － N以及 TP的去除率分别稳定
在 93. 89%、87. 64%、91. 35%，优于单独的斜生栅
藻和单独的好氧颗粒污泥，可提高模拟污水中有机
物和氮、磷的同步去除效果。
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(编辑 徐 岩)
972第 3 期 宋志伟，等:斜生栅藻培养基优化及菌藻共生体系处理污水