全 文 ：第 30 卷第 12 期
Vol. 30 NO． 12
重庆工商大学学报(自然科学版)
J Chongqing Technol Business Univ.(Nat Sci Ed)
2013 年 12 月
Dec． 2013
文章编号:1672 － 058X(2013)12 － 0063 － 05
光强对栅藻净化市政污水水质的影响研究*
周晓琴，苏 翔，毛雪梅，左轻扬，安雅敏
(重庆工商大学 环境与生物工程学院，重庆 400067)
收稿日期:2013 － 05 － 21;修回日期:2013 － 06 － 23．
* 基金项目:重庆市城乡建设委员会，城科字(20112-116)．
作者简介:周晓琴(1988-) ，女，湖南永州人，硕士研究生，从事水处理方面的研究．
摘 要:微藻是一种广泛存在的自养型微生物，同时能够降解水体中的营养物质和积累油脂，光照强度
是影响藻类生长的重要条件之一;利用原始市政污水来培养栅藻，通过调节光强的不同，分别研究了栅藻在
1 000 lux和 3 000 lux 光照强度下对污水水质的影响，结果表明:栅藻的藻密度在 3 000 lux 条件下要高于
1 000 lux，其中栅藻在 3 000 lux 下培养时最大藻密度为 268 × 105个 /mL，明显高于其他 3 组;不同光强下，栅
藻在光照为 1 000 lux和 3 000 lux条件下 TN去除率分别为 90%和 94%;TP去除率分别为 98%和 99%，高
于相应污水组的 67%和 94%，在一定范围内，光照强度的提高能够促进藻类的生长，提高藻细胞的活性，从
而提高栅藻对水体中污染物质的去除率。
关键词:光强;栅藻;市政污水;水质净化
中图分类号:X703 文献标志码:A
微藻是大自然中广泛存在的自养型微生物，种类繁多且繁殖迅速，在生长过程中能够利用 N、P，并且对
重金属也有一定的去除效果，对 Zn、Hg、Cd等富集可达几千倍，吸附作用强而净化速率高［1］。藻类在生长过
程中，以 CO2和碳酸盐作为碳源，以水体中的氮素作为氮源，同时能够以多种无机磷酸盐作为磷源，通过藻类
细胞中叶绿素进行光能自养，完成细胞增殖并释放出氧［2］。20 世纪 50 年代，美国的 Oswald 和 Gotaas 最早
提出利用藻类来净化污水［3］。20 世纪 80 年代，生物技术迅速发展，国内外对于利用藻类来净化污水的研究
也越来越多，取得了较大进展［4-9］。在污水深度处理与生物柴油生产耦合系统中，藻种的筛选与驯化是实现
该工艺的前提和重点。针对耦合目的，藻种筛选原则应为:在生活污水条件下生长速率快、氮磷去除效率
高、生物质产量高及单位藻细胞生物量的油脂产量高［10］。
光照是影响微藻生长的最重要的环境因子之一。光照对微藻的生长、繁殖、藻体颜色、细胞形态及胞
外多糖积聚都有重要影响。不同的微藻都有最适于其生长的最佳光照环境。在微藻培养中，研究光照的
作用，应用适当的光照技术加快培养对象的生长繁殖，调节其营养成分，是提高油脂产量和生物量的重要
途径。
综观国内外这方面的报道，目前研究尚处于个体情况的资料积累阶段。其中，光强和光周期的调节容
易实现，相关研究较多。实验以油脂含量较高的栅藻为实验藻种，用当地城市生活污水作为培养基，考察了
栅藻在不同光照强度和不同污水浓度下的生长情况、藻细胞油脂的积累情况以及对 TN、TP 的去除率，研究
了光强对栅藻的影响，以期为栅藻净化水质以及提取油脂的研究提供基础数据和支撑。
1 材料和方法
1． 1 实验用水和水质
实验用水采自重庆市茶园新区污水处理厂，每次采样均采用格栅出水，具体实验水质可能略有浮动。
表 1 实验用水(污水)水质
水质参数 COD BOD5 SS TN TP 色度 pH
最高 357 167 293 43． 1 6． 66 67 7． 29
最高
357 167 293 43． 1 6． 66 67 7． 29
最低 143 102 105 24． 2 2． 98 58 6． 86
平均 219 140 179 31． 3 4． 94 64 7． 14
1． 2 实验藻种
通过对污水净化和产油藻种的相关文献分析，选取栅藻(Scenedesmus sp．)为实验藻种，编号为 FACHB-
1229。实验所用藻种购自中国科学院野生生物种质库———淡水藻种库。
1． 3 实验方法
1． 3． 1 培养方法
因购买的藻种体积不足以完成实验，需要在无菌条件对其进行转接并扩大培养。采用人工气候箱进行
培养，培养温度为 25 ± 1 ℃，光照条件 2 000 Lux，12 Hr昼 /12 Hr夜，培养期间每天定时摇动 3 次，使得藻分
布均匀。藻类在污水中生长时条件相同。
1． 3． 2 藻类生物量的测定
藻细胞干重的测定:取 50 mL烧杯在 105 ℃烘箱干燥 24 h后，称重记为 m1，取一定体积藻液加入到离心
管中，在 8 000 r下离心 15 min后弃去上清液，将浓缩藻液转移到已经称重的干燥烧杯中，在放入 105 ℃烘箱
干燥 24 h后，称重记为 m2，计算藻细胞干重 m2 －m1
［11］。
藻密度测定:将藻种接种于液体培养基中，每天定时取样，在放大倍数为 10 × 40 的显微镜下观察藻类形
态并计算藻细胞数量。血球计数板计算公式:细胞数 /mL = 80 小格内藻细胞个数 /80 × 400 × 104 ×稀释
倍数。
1． 3． 3 水质测定
实验采用不同于培养条件的光强(2 000 lux) ，考察了藻类在弱光照 1 000 lux和较强光照 3 000 lux下的
生长情况，并设了两组平行样，分析其藻密度以及对污水 TN、TP的降解效率。
实验测定 TN，TP各指标均采用《水和废水监测分析方法》(第四版)［12］的国标方法。TN 采用碱性过硫
酸钾消解紫外分光光度法，TP用过硫酸钾氧化-钼锑抗分光光度法。
2 结果和分析
2． 1 光照强度对栅藻生长的影响
将培养处在对数期的栅藻分别接种至污水中，在人工气候箱中培养，采用不同光强，考察了藻类在弱光
照 1 000 lux和较强光照 3 000 lux下的生长情况，并设了两组平行样，分析其藻密度以及对污水 TN、TP的降
解效率。
46 重庆工商大学学报(自然科学版) 第 30 卷
图 1 藻密度对比
由图 1 可知，栅藻在 3 000 lux 光照强度下藻
的活性最高，且生长最好，藻密度达到 268 × 105
个 /mL，栅藻在 1 000 lux的条件下，藻密度远远低
于 3 000 lux下培养的藻密度约为 49 × 105个 /mL，
污水中也存在相同的情况，即光照强度较大的时
候藻类长势较好，在培养后期由于藻密度不断增
大，光照强度低的条件下，相对每个藻细胞得到
的光照就小，在阳光水平低或高浓度的生物量细
胞相互的阴影作用下会导致负的光合作用率(呼
吸作用)的暗区内部的作用形成。这将导致整体
的光合效率降低和生物生产力下降［13］。但实验
选取的光照强度只有 2 组，因此没有考察极强光
强下栅藻的生长情况。
对于光强的作用规律，一般表现为各种藻类都存在某个最适合生长的光强范围，此范围之内的光强照
射能够推动较高的生长速率，此范围之外的光强照射将导致生长速率的下降。
2． 2 不同光强下栅藻对 TN、TP的降解
栅藻在光照强度为 3 000 lux的条件下，细胞活性明显大于 1 000 lux 强度下，由图 2、图 3 可看出，栅藻
在 13 d左右进入稳定期，之前降解 TN和 TP的速率非常高，进入稳定器之后，由于细胞生长较之前缓慢，因
此降解速率也随之降低，其中最终栅藻可以将污水中的 TP 降低到检测线一下。原污水组在 1 000 lux 和
3 000 lux的条件下，培养的前面几天内对 TN和 TP的降解均没有栅藻组好，在后期约第 8 d 时，由于污水中
生长了较多的混合藻类，因此降解效果也相应得到提升。
图 2 不同光强下栅藻对 TN的降解 图 3 不同光强下栅藻对 TP的降解
总之，较强的光照强度有利于藻细胞的生长以及对污染物质的降解。具体的去除效率见图 4、图 5。
不同光强下，栅藻对 TN的去除效率对比见图 4，栅藻 1 000 lux和栅藻 3 000 lux条件下 TN去除率分别
为 90%和 94%，污水 1 000 lux和污水 3 000 lux条件培养下，后期由于长出了较多的藻类，对 TN的去除效率
分别为 71%和 85%。综合对比可知，栅藻对净化水质有着巨大的作用，且对污染物的去除速率很快，污水中
长出的藻类也多为绿藻中的栅藻，栅藻在较强光照强度下各方面都比弱光照下有优势，因此可以认为较强
56第 12 期 周晓琴，等:光强对栅藻净化市政污水水质的影响研究
图 4 不同光强下 TN的去除效率 图 5 不同光强下 TP的去除效率
光强能够促进栅藻的生长，并提高降解 TN的速率和效果。
由图 5 可知不同光强下，栅藻对 TP的去除效率情况基本与 TN的趋势一致，栅藻 1 000 lux和栅藻 3 000
lux条件下 TN去除率分别为 98%和 99%，污水 1 000 lux和污水 3 000 lux条件培养下，后期由于长出了较多
的藻类，对 TN的去除效率分别为 67%和 94%。栅藻对 TP的净化能力较强，且对 TP的去除速率很快，除了
1 000 lux污水效果不好以外，其他 3 组都能够很快的降解 TP。同理一定范围内的强光照能够促进藻细胞生
长并提高对水质中 TP的净化效率。
3 结 论
(1)在不同光照强度下，栅藻的藻密度在 3 000 lux条件下要高于 1 000 lux，其中栅藻在 3 000 lux 下培
养时最大藻密度为 268 × 105个 /mL，明显高于其他三组，但在后期藻类的生长速率变慢，可能是因为随着藻
生物量的增大而产生了相互间的隐蔽作用，从而降低了有效光强。
(2)不同光强下，栅藻在光照为 1 000 lux和 3 000 lux条件下 TN去除率分别为 90%和 94%，污水 1 000
lux和污水 3 000 lux条件培养下，后期由于长出了较多的藻类，对 TN的去除效率分别为 71%和 85%。
(3)栅藻对 TP的去除效率情况基本与 TN的趋势一致，栅藻 1 000 lux和栅藻 3 000 lux条件下 TP去除
率分别为 98%和 99%，高于相应污水组的 67%和 94%。
(4)从对照组和实验组的对比结果可知，栅藻能够有效的净化污水中 TN、TP 等营养物质，且在当地市
政污水中生长良好，可进一步研究开发应用栅藻来处理城市生活污水。
(5)由于藻类的生长和营养物的吸收不仅受到可用性营养物和藻种的影响，而且还依靠诸多环境因素，
如 pH、光照、温度等，未来的工作重点仍然是藻种的筛选，寻求培养条件的优化，从而更好的利用藻类来造福
环境。
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Effects of Light Intensity on Purification of
Municipal Sewage Quality by Scenedesmus sp．
ZHOU Xiao-qin，SU Xiang，MAO Xue-mei，ZUO Qing-yang，AN Ya-min
(College of Environmental and Biological Engineering of Chongqing Technology and
Business University，Chongqing 400067，China)
Abstract:Micro algae is a kind of widespread autotrophic microbes，and can degrade nutrients and accumulate
oil in water and light intensity is one of the important conditions affecting the growth of algae． By using raw
municipal wastewater to cultivate Scenedesmus sp．，by adjusting the different light intensity， the effect of
Scenedesmus sp． on sewage quality is studied respectively under 1 000 lux and 3 000 lux light intensity，the results
show that the Scenedesmus sp． density under the condition of 3 000 lux is higher than 1 000 lux，the maximum alga
density of Scenedesmus sp． under 3 000 lux when cultivating is 268 × 105 individual /ml，significantly higher than
the other three groups;under different light intensity，under the condition of illumination for 1 000 lux and 3 000
lux TN removal rate was 90% and 94% respectively by Scenedesmus sp．，TP removal rate was 98% and 99%
respectively，higher than the corresponding sewage treatment group which was 67% and 94%，within a certain
range，the light intensity enhancement can promote the growth of algae，enhance the activity of alga cells，thus
improve the removal efficiency of pollutants in water by Scenedesmus sp．
Key words:light intensity;Scenedesmus sp．;municipal wastewater;water purification
责任编辑:田 静
76第 12 期 周晓琴，等:光强对栅藻净化市政污水水质的影响研究