全 文 ：　
第 25卷第 4期　　　　　　　　　　　　　　　　　中南民族大学学报 (自然科学版 )　　　　　　　　　　　　　　　　　 Vol. 25 No. 4
2006年 12月　　　　　　　　　　 Journal of Sou th-Cen tral University for Nationali ties( Nat. Sci. Edi tion )　　　　　　　　　　 Dec. 2006
⒇
固定化栅藻对市政污水中氮、磷营养盐的深度净化
安晓雯
(大连民族学院 生命科学学院 , 大连 116600)　
张恩栋　王起华
(辽宁师范大学 生命科学学院 ,大连 116029)
摘　要　利用固定化藻类的生物富积作用净化污水中的氮和磷 ,将栅藻包埋固定在褐藻酸钙凝胶胶球中 ,对人工
污水进行深度净化 .研究藻细胞年龄和饥饿处理时间对污水中 NH+4 -N和 PO3-4 -P的净化效率以及净化过程中藻
类叶绿素 a含量变化 .结果表明 : 静止初期藻细胞对 N H+4 -N和 PO3-4 -P去除率比指数末期高 ,处理 5d后 ,静止初
期细胞对 N H+4 -N和 PO3-4 -P的去除率分别为 76. 7%及 91. 7% ,指数末期细胞氮、磷的去除率分别为 75. 4%和 88.
7% ;饥饿处理可明显提高藻细胞对 NH+4 -N和 PO3-4 -P的去除效率 ,藻细胞饥饿时间对 N H+4 -N和 PO3-4 -P去除率
的影响大小依次为 48h, 72h , 24h, 0h.
关键词　固定化栅藻 ;污水深度净化 ;氨氮 ;正磷酸磷
中图分类号　 X173　文献标识码　 A　文章编号　 1672-4321( 2006) 04-0014-04
Tertiary Treatment of N , P Nutrients from
Municipal Wastewater by ImmobilizedScenedesmus sp
An X iaowen　 Zhang Endong　Wang Qihua
Abstract　 Scenedesmus sp. iso la ted fr om sewage was entrapped in calcium a lginate gel for te rtia ry treatment of the
ar tificia l wa stewa ter. Th e r emoval efficiencies of ammonia-nit rog en and o r tho-phospha te by immobili zed algae with
different ag e and sta rva tion time and its changes o f the content of chlo rophy ll a we re studied in this paper. Th e r e-
sult shows that the purification efficiencies of ammonia-nit rog en and o r tho-phospha te by immobilized alg ae in a sta-
tiona ry phase ar e higher than that in an exponentia l phase; the sta rv ation tr eatment increases the remov ing rates of
ammonia-nitrog en and o rtho-pho sphate , cells o f Scenedesmus starv ed for 48 hours can obtain higher N H+4 -N and
PO3-4 -P removal efficiencies than sta rved fo r 48, 72, 24 and 0 hours r espectiv ely .
Keywords　 immobilized Scenedesmus sp. ; ter tiar y t reatment o f wa stew ate r; NH+4 -N; PO3-4 -P
An Xiaowen　 Enginee r, Co lleg e o f Life Science, Dalian Nationalities Univ ersity, Dalian 116600, China
　　近 20年来 ,采用藻类细胞固定化技术处理污水
的研究 ,日益受到国内外广泛关注 [1-3 ] .已有研究初
步表明 ,利用固定化藻类对市政污水处理厂的二沉
水进行深度 (三级 )净化 ,可有效地去除污水中的氮、
磷营养盐 [4-6] ,不仅有利于减小富营养化 [ 7, 8] ,而且有
可能实现废水资源的再生利用 ,藻类生物量亦可用
作潜在的动物饲料等 ,是一项污水资源化生物工程
技术 ,有良好的应用前景 [ 3, 7] .目前 ,虽然对影响固定
化藻类去污效率的某些因素做了初步探讨 ,但很多
方面尚缺乏深入性研究 .
本文采用大连星海污水排放口分离出的栅藻
( Scenedesmus sp. ) ,对影响其去除氮、磷营养盐效率
的一些主要因素做了较为深入的探讨 ,研究了藻细
胞年龄和饥饿处理对栅藻去除氨氮、正磷酸盐效率
的影响 .
1　材料与实验方法
1. 1　材料
实验用藻种由辽宁师范大学藻类生物技术研究
室从大连黑石礁排污口所取污水中分离而得 ,并纯
化为单种藻 ,经初步鉴定为一株栅藻 .藻细胞经无菌
操作接种于含 130mLDauta培养基 [7 ]的 250mL锥
形瓶中 ,在温度 ( 24± 2)℃ ,光强 2 200～ 2 400 lux
(冷白光 ) ,光周期 13: 11(光: 暗 )的条件下培养 ,得
⒇ 收稿日期　 2006-03-27
作者简介　安哓雯 ( 1968-) ,女 ,工程师 ,研究方向: 电化学应用 , E-mail: anxiaowen@ dlnu. edu. cn
到生长曲线见图 1.取静止初期的藻细胞用作饥饿
时间影响实验 .
图 1　栅藻生长曲线
Fig 1　 Grow th curve of S cenedesmus sp. cell s
1. 2　实验设计和方法
1. 2. 1　藻细胞固定化及脱固定化
( 1)固定化 .藻细胞离心收获后 ,用无氮、磷的
Dauta培养基再悬浮 ,与灭菌的 6%褐藻酸钠溶液等
体积混合 ,用注射器吸取藻胶液滴入 0. 2mol /L预
冷 CaCl2溶液中 , 1h后即得到固定化胶球 ,直径约
为 4mm.用无 N、 P培养基反复洗涤后 ,用于净化污
水实验 .
( 2)脱固定化 .将含藻胶球放入 1. 5%柠檬酸钠
的具塞离心管中 ,置于振荡器上振荡直至胶球完全
溶解 ,使藻细胞恢复为悬浮态 ,用于藻细胞数量的
测定 .
1. 2. 2　污水处理
( 1)人工污水配制 . 以不含氮和磷的 Dauta培养
基为本底 ,另加 NH4 Cl和 NaH2 PO4 ,配制成 N H+4 -N
含量为 15mg /L, PO3-4 -P含量为 1. 5mg /L的人工污
水 , pH值为 7. 2± 0. 1.人工污水的氮、磷含量在大多
数市政污水处理厂二沉水的氮、磷含量范围内 .与开发
区污水处理厂二沉水氮、磷含量相同 .
( 2) 净化反应的设计及反应条件. 将 100个含藻
胶球放入盛有 100m L人工污水的 250m L锥形瓶中 ,
置于光照培养箱内进行去污反应.反应温度条件为 ( 24
± 2)℃ ,冷白光 ,光强 2 400～ 3 000lux ,光周期 12:
12. 将 100个不含藻的胶球 ,按上述同样条件处理 ,作
为空白对照.每天从锥形瓶中取出 10个胶球及 10 mL
人工污水用于叶绿素 a及氮、磷分析测定 .
1. 2. 3　污水水质分析
N H+3 -N和 PO3-4 -P的分析分别采用纳氏试剂
光度法和氯化亚锡还原光度法 [ 9] .
1. 2. 4　叶绿素 a含量测定
将藻胶球放入 1. 5%柠檬酸钠溶液中脱固定化
离心 ( 3 500 r /min, 25min)后 ,弃上清液 ,加入一定
量的 C-M ( V氯仿 : V甲醇 = 2: 1)提取液于黑暗处过夜 .
离心后 ,将上清液定容 ,在波长 665nm下比色 ,计算
叶绿素 a含量 (摩尔消光系数为 6. 74× 104 ) .
1. 2. 5　藻细胞年龄对去除率的影响实验
根据悬浮藻的生长曲线 (见图 1) ,分别取指数
末期 ( 7～ 8d)和静止初期 ( 10～ 11d)的藻细胞进行
固定化 ,藻细胞设计密度为 100万细胞 /胶球 ,用于
去污反应 .
1. 2. 6　饥饿处理藻细胞对氮、磷去除率的影响实验
采用静止初期的藻类材料进行固定化 ,分别经
0、 24、 48、 72h.饥饿处理后 ,用于人工污水处理 ,比
较饥饿时间对氮、磷去除率的影响 .实验各项内容均
至少经过 2次重复 ,如无特殊说明 ,所列数据为 4个
样品的平均值 .
2　结果与讨论
2. 1　藻细胞年龄对氮、磷去除率的影响
有关固定化栅藻藻龄对污水中营养盐去除效率
的影响 ,目前尚未检索到报道 .由于指数中期的藻细
胞密度小 ,在实际应用中较难达到数量要求 ,本文比
较了指数末期和静止初期细胞对氮、磷去除率的影
响以及处理前后叶绿素 a含量的变化 ,结果见图 2
～ 4.由图 2和图 3可知 ,处理 5d后 ,静止初期的固
定化小球藻对 NH+4 -N和 PO3-4 -P的去除率分别为
76. 7%及 91. 7% ,指数末期的固定化小球藻 ,对
NH
+
4 -N 和 PO3-4 -P的去除率分别为 75. 4%和
88. 7% ,同时 ,空白胶球本身对氮、磷也有一定的吸
附 , 5d去除率均为 10%左右 .
实验结果表明 ,静止初期藻龄的细胞对氮、磷的
吸收量相对较大 ,而且能获得较多的藻细胞生物量 .
色素是自养浮游生物特定标记 ,且受细胞的死
亡率影响大 .叶绿素 a是一个稳定的微藻生物量指
标 ,可提供较好的细胞生存百分比评价 [ 7] .由图 4可
知 ,污水净化后 ,指数末期和静止初期藻细胞叶绿素
a含量均有所增加 .指数末期藻胶球处理污水后叶
绿素 a含量是原来的 2. 44倍 ,而静止初期的叶绿素
增长为原来的 2. 88倍 .原因是多方面的 ,首先叶绿
素的增加可能是细胞增长和繁殖的结果 [7 ] .其次可
能是由于固定化作用 ,入射到胶中的光减少以及自
我遮蔽作用和胶屏蔽作用而促进光合色素合成 .
2. 2　饥饿处理藻细胞对氮、磷去除率的影响
饥饿处理藻细胞对氮、磷去除率的影响结果见
图 5和图 6,饥饿处理过程中叶绿素 a含量变化见
图 7. 图 5和图 6表明 ,经过饥饿处理后 ,藻细胞对
氮和磷的去除率都高于不经过饥饿处理的对照组 ,
15第 4期　　　　　　　　　　安晓雯 ,等:固定化栅藻对市政污水中氮、磷营养盐的深度净化　　　　　　　　　　　　　　
1 ) 空白胶 ; 2) 静止初期 ; 3) 指数末期
图 2　藻年龄对氨氮去除率的影响
Fig 2　 Effect of algal age on N H+4 -N removal eff iciency
1 ) 空白胶 ; 2) 静止初期 ; 3) 指数末期
图 3　藻年龄对正磷酸磷去除率的影响
Fig 3　 Effect of algal age on PO3-4 -P remov al eff iciency
1) 指数末期 ; 2) 静止初期
图 4　不同藻龄栅藻去污过程中叶绿素 a含量变化
Fig 4　 Chlo roph yll a con tents f rom S cenedesmus sp . Cells
du ring was tewater t reatment
在污水处理过程的前 3d内表现得特别明显 .含藻胶
球经 0、 24、 48、 72h饥饿处理后 ,对 NH+4 -N去除率
在第 3d分别达到 54. 7%、 66. 7%、 75. 4%、 68. 3% ,
第 5d为 76% 、 83%、 86%、 84% ;对 PO3-4 -P的去除
率在第 3d分别达到 75%、 80. 6%、 91. 7%、 88. 9% ,
第 5d为 91. 7% 、 94. 4%、 97. 2%、 96. 2% .藻细胞经
氮、磷饥饿处理可提高对氮、磷去除率 ,比较饥饿 ,
N H
+
4 -N和 PO3-4 -P去除率从大至小依次为 48h,
72h, 24h.饥饿处理对空白胶球去除率的影响不大 .
上述结果与 Mallick( 1994)和 Kaya( 1995)等人
的报道相似 .文献 [2]报道 ,经过 24h磷饥饿鱼腥藻
和小球藻对 PO3-4 -P的去除率都有明显的增加 ;文献
[7 ]通过饥饿处理提高了固定化栅藻细胞对氮、磷的去
除率 ,当光和二氧化碳充足 ,其他营养盐也不缺少时 ,
固定化的藻细胞即使在短期内缺乏氮素和 (或 )磷素
时 ,仍能继续生长 .叶绿素 a变化 (图 7)可以看出细胞
光合活性增加 ,适当饥饿使得细胞内氮、磷减少 ,接触
污水时可完成奢侈消费 ,提高氮、磷去除率 .
1) 0 h ; 2) 0 h空白胶 ; 3) 24 h ; 4) 24 h空白胶 ;
5) 48 h ; 6) 48 h空白胶 ; 7) 72 h ; 8) 72 h空白胶 ;
图 5　饥饿时间对氨氮去除率的影响
Fig 5　 Ef fect of starvat ion t reatmen t on
　　　 NH+4 -N rem oval ef fi ciency
1) 0 h ; 2) 0 h空白胶 ; 3) 24 h ; 4) 24 h空白胶 ;
5) 48 h ; 6) 48 h空白胶 ; 7) 72 h ; 8) 72 h空白胶 ;
图 6　饥饿时间对磷去除率的影响
Fig 6　 Ef fect of starvat ion t reatmen t on
　　　 PO 3-4 -P removal ef f iciency
3　结语
固定化栅藻 ( Scenesdemus sp. )藻细胞年龄和不
同饥饿时间对污水中 NH+4 -N、 PO3-4 -P去除效率的
影响研究表明 ,静止初期藻细胞去除氮、磷能力高于
指数末期且可获得较多生物量 .饥饿处理可明显提
16　　　　　　　　　　　　　　　　　　中南民族大学学报 (自然科学版 ) 第 25卷
1) 0 h ; 2) 24 h ; 3) 48 h; 4) 72 h
图 7　饥饿藻细胞处理污水过程中叶绿素 a含量变化
Fig 7　 Ch lorophyl l a con tents f rom Scenedesmus sp .
cells d uring starvat ion t reatmen t
高藻细胞对氮、磷的净化效率 ,特别是用作水质深度
处理方法 ,可进一步提高水质 .要使该技术走向实用
化 ,仍需做大量的基础研究工作 .如研制开发高效生
物净化反应器 ,提高工作稳定性等 .
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