全 文 ：植物生理学通讯 第42卷 第6期，2006年12月 1037
固定化的栅藻深度脱氮和除磷能力
张恩栋1,* 王冰2 王起华1 周春影3 李贺2
1辽宁师范大学生命科学学院，辽宁大连116029; 2大连民族学院生命科学学院，辽宁大连116600; 3大连轻工业学院教
务处，辽宁大连 116034
提要 将栅藻包埋固定在筛网上，经饥饿处理，在平行板式生物反应器中对人工污水进行深度净化后，测定藻细胞生长
期和饥饿时间对 NH4+-N 和 PO43--P 去除效率影响以及净化前后藻细胞生理变化的结果表明，生长静止初期藻细胞的氮和
磷去除率高于对数期的，细胞饥饿 48 h 的氮和磷去除率大于饥饿 24 和 12 h，第 2 个循环中处理 4 h 的氨氮和磷的去除率
可分别达到 90% 和 70% 以上。
关键词 固定化栅藻；筛网；污水处理；氨氮；正磷酸磷
Capacity of Ammonia-nitrogen and Orthophosphate Removal by Immobilized
Scenedesmus sp.
ZHANG En-Dong1,*, WANG Bing2, WANG Qi-Hua1, ZHOU Chun-Ying3, LI He2
1College of Life Sciences, Liaoning Normal University, Dalian, Liaoning 116029, China; 2School of Life Science, Dalian Nationalities
University, Dalian, Liaoning 116600, China; 3Dean’s Office, Dalian Institute of Light Industry, Liaoning, Dalian 116034, China
Abstract Scenedesmus sp. cells were immobilized on alginate screens for wastewater treatment. Under the
conditions of starvation and wastewater treatment cycles, the effects of algal ages and starvation on the NH4
+-
N and PO4
3--P removal efficiencies were studied. The results showed that cells in quiescent stage had higher
removal efficiency than that in logarithmic phase. After 48 h starvation, the NH4
+-N and PO4
3--P removal
efficiencies were higher than which after 24 and 12 h starvation. And in the second starvation and wastewater
cycle, NH4
+-N removal efficiency exceeded 90%, while PO4
3--P removal efficiency was more than 70%.
Key words immobilized Scenedesmus sp.; screen; wastewater treatment; NH4
+-N; PO4
3--P
收稿 2006-05-10 修定 　2006-11-13
资助 国家自然科学基金 (30170099)和大连市科委项目(1999-95)。
*E-mail: zhangendongemail@163.com, Tel: 0411-82157102
自1985年Chevalier 和De la Noüe采用卡拉胶
固定化栅藻进行污水处理以来，固定化技术应用
于藻类细胞处理污水的研究日益受到广泛关注，
寻求一种高效、低耗和可再生利用的污水生物处
理技术是当前的研究热点(De la Noüe 等 1992;
Mallick 2002; 王起华等2005)。已有研究初步表
明，采用固定化藻类对二沉水进行深度(三级)净
化，不仅可有效地去除污水中的氮、磷营养盐，
有利于解决受纳水体的富营养化问题，还可以去
除重金属和许多有毒有机化合物，并有可能实现
废水的再生利用，而且藻类生物量亦可用作潜在
的动物饲料，从而可能有望成为一项有良好应用
前景的污水资源化生物工程技术(胡鸿钧1997; 黄
峙等2001; 王起华等2005; Vichez等1997; Mallick
2002)。目前，虽然人们已对影响固定化藻类去
污效率的某些因素做了初步探讨(严国安等1995; 李
婷婷等2002; Megharaj等1992; Kaya和Pichard
1995; Kaya等1995; Tam和Wang 2000; Abe等2002;
De-Bashan等2004; Jiménez-Pérez等2004)，但要做
到工业化应用还有一段距离，仍需深入研究。
本 文 采 用 从 市 政 排 污 口 分 离 的 栅 藻
(Scenedesmus sp.)用于高效污水三级处理程序中，
即将藻细胞固定成胶板，以 100% 相对湿度空气
饥饿 →黑暗去污 → 饥饿 →黑暗去污的循环处理
模式(cells immobilized on alginate screens but condi-
tioned in air at 100% relative humidity，CSA) (Kaya
等 1995)，检验其污水处理能力，并对影响氮和
磷营养盐去除效率的一些因素作了探讨，同时还
比较了藻细胞生长期和饥饿时间对氨氮和正磷酸盐
去除效率的影响。
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材料与方法
栅藻(Scenedesmus sp.)是我们实验室从大连黑
石礁市政排污口分离纯化而来。培养基参照Dauta
配方(Kaya和Pichard 1995)。在温度为(20±2)℃，
光照强度为 (130±6) mmol·m-2·s-1 (由30 W环形冷荧
光灯管提供)，每天光照13 h条件下以过滤空气鼓
泡培养，绘制生长曲线。
固定化时，于室温下将浓缩藻液与6% (W/V)
褐藻酸钠溶液等体积混合。用自制模具将藻胶混
合液涂于不锈钢筛网上，0.2 mol·L-1 CaCl2 浸泡，
1 h 后胶变硬，形成 3 mm 厚胶板。蒸馏水冲洗
后进行氮、磷饥饿，用于污水处理。采用 1 . 5 %
柠檬酸钠溶液脱固定化。
污水处理前将筛网上的藻放在100%相对湿度
空气中进行饥饿处理48 h (饥饿时间试验除外)。
光照强度为100 mmol·m-2·s-1，每天光照13 h，温
度为(20±2)℃。
污水处理采用平行板式污水处理反应器，反
应器用梯形硬塑制成，规格为6.8 cm×5.7 cm×4.5 cm。
配有气泡产生系统(共3组平行通气孔，每组6个，
均匀分布在底部)和 10 组平行筛网插槽(槽间距
1.15 cm，筛网孔 1 mm×1 mm)。
人工污水按 Daut a 培养基组成配制，其中
KNO3 和 K2HPO4 置换为 15.5 mg·L-1 NH4+-N 和 1.5
mg·L-1 PO43--P。N、P 含量与大连市开发区污水
处理厂的二沉水中 N、P 含量相近。
污水处理时，NH4+-N 和 PO43--P 的营养吸收于
黑暗的平行板式反应器中进行，温度(20±2)℃。
去污循环过程为：饥饿→污水处理8 h (1循
环)→再饥饿→再污水处理8 h (2循环)。取样时
间为0.25、0.75、1.25、1.75、2.25、4和 8 h。
样品放于塑料取样管中，当日测定则存放于
4℃，次日测定则置于 -20℃冰柜中。
做栅藻细胞生长期影响氮和磷去除率试验
时，分别取对数生长期和静止初期的栅藻细胞，
制成藻胶混合物，做成细胞密度为3×108 个 ·mL-1、
厚度为 3 mm 的胶板，饥饿 48 h，循环去污。
做饥饿处理影响氮和磷去除率试验时，取静
止初期的栅藻细胞，藻胶混合物的细胞密度、胶
板厚度同上，分别经12、24和 48 h饥饿处理后，
用于循环去污。
NH4+-N 及 PO43--P 测定、细胞计数参见李婷
婷等(2002)方法。测定叶绿素 a时，含藻胶板脱
固定化后，离心弃去上清液，加入一定量提取液
(氯仿:甲醇＝2:1，V/V)，于黑暗中过夜。次日，
1369.6×g 离心 10 min 后，取上清液定容，在波
长 665 nm 处比色，测定叶绿素 a 含量。摩尔消
光系数为6.74×104。
结果与讨论
1 栅藻细胞生长期对氮和磷去除率的影响
从图1 可以看出，用无藻细胞的胶板处理人
工污水，在 8 h 内 NH4+-N 含量无显著变化，说
明褐藻酸钙胶板对NH4+-N 的吸收极少。而用含藻
胶板处理污水后8 h内，NH4+-N 浓度极显著下降。
第1个循环的静止初期细胞在处理4 h即达到80%
去除率，对数生长期的为 65.5%；处理 4 h 后，
第 2 个循环的静止初期细胞达到 96% 去除率，对
数生长期的为 72%。这些表明，静止初期的细胞
对 NH4+-N 的去除效率显著好于对数生长期的。
图1 栅藻细胞生长期对NH4+-N去除率的影响
Fig.1 Effects of algal ages on NH4+-N removal efficiency
PO43--P 的去除结果与 NH4+-N 的相似，即空
白胶板对PO43--P也无明显吸收作用，静止初期细
胞的去除率比对数生长期的好(图2)。第1个循环
中，静止初期细胞处理 8 h 的去除率为82%，对
数生长期的为 69%；第 2 个循环中，静止初期细
胞处理 4 h 的去除率为 96%，对数生长期的为
7 3 % 。
以上结果与前人报道的非饥饿固定化的静止
期栅藻和小球藻的磷去除率大于对数生长期
(Megharaj等1992)以及非饥饿情况下固定化小球藻
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的磷去除结果是相似的(李婷婷等2002)。其间机
制尚待进一步研究。
2 饥饿处理对氮和磷去除率的影响
图 3、4 显示，第 2 个饥饿循环中的氮和磷
的去除率优于第 1 个饥饿循环，NH4+-N 和 PO43--
P 的去除率是饥饿48 h>24 h>12 h。与前人的结
果(Kaya等1995; Mallick 2002)相似，说明饥饿时
间对营养盐去除率有影响。
3 不同藻细胞生长期和饥饿处理的栅藻中叶绿素
a的变化
一般来说，细胞生存和生长的指标包括与蛋
白质、脂类、氨基酸含量或酶活力水平相关的指
数(Kaya和Pichard 1995)，叶绿素一类色素是自养
浮游生物特定的标记，且受细胞死亡率的影响
大。微藻细胞的光合色素多寡依赖于氮的可获得
性。因此，人们常以叶绿素 a 作为衡量微藻生物
量的指标，并用于评价细胞生存力的大小(Kaya和
Pichard 1995; 严国安等1995)。为此，我们测定
了叶绿素 a 的含量变化。图 5 表明，在经历 2 个
图2 栅藻细胞生长期对PO43--P去除率的影响
Fig.2 Effects of algal ages on PO43--P removal efficiency
图4 饥饿处理对PO43--P去除率的影响
Fig.4 Effects of starvation on PO43--P removal efficiency
图5 不同藻细胞生长期的栅藻中叶绿素a含量变化
Fig.5 Change in chlorophyll a content of
Scenedesmus sp. in different ages
图3 饥饿处理对NH4+-N去除率的影响
Fig.3 Effects of starvation on NH4+-N removal efficiency
图6 饥饿处理对栅藻中叶绿素a含量的影响
Fig.6 Effect of starvation on chlorophyll a
content of Scenedesmus sp.
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48 h饥饿循环处理污水后，静止初期和对数生长
期藻细胞的叶绿素a含量均有增加，分别是21.4%
和 19.7%。饥饿 48 h 的藻体中叶绿素a含量增加
明显(图 6)。
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