全 文 ：第 33卷　第 4期
2009年 7月
南京林业大学学报 (自然科学版)
JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalScienceEdition)
Vol.33, No.4
July, 2009
　收稿日期:2008-11-10　　　　修回日期:2009-03-31
　基金项目:国家 “十一五 ”科技支撑计划(2006BAD03A19);江苏省林业生态工程重点实验室开放研究课题资助项目;南京林业大学
大学生科技创新基金资助项目
　作者简介:李　川(1972—),讲师 ,博士生 ,研究方向为环境生态。 E-mail:lichuan 2001@hotmail.com。
　引文格式:李　川 ,薛建辉 ,苏莹莹 ,等.不同pH条件下铜对固定化小球藻除氮效果的影响 [ J].南京林业大学学报:自然科学版 ,
2009, 33(4):105-108.
不同 pH条件下铜对固定化小球藻除氮效果的影响
李　川 ,薛建辉 ,苏莹莹 ,许鹏成 ,刘　栋 ,沈家禾
(南京林业大学 ,江苏省林业生态工程重点实验室 ,江苏　南京　 210037)
摘要:采用海藻酸钙凝胶包埋固定小球藻 ,对人工污水进行静态模拟净化试验 ,研究了不同 pH条件下铜对固定化
小球藻去除污水中氨氮和硝酸氮能力的影响。结果表明:有铜存在时第 5天 , pH为 4、 5、6、7、8时固定化小球藻的
NH+3 -N的去除率相对无铜条件分别下降了 4.0%、0.6%、5.9%、6.0%和 4.4%,悬浮态小球藻的 NH+3 -N的去除率
分别下降了 10.9%、22.4%、15.5%、14.5%和 20.2%;pH为 6、7、8时固定化小球藻的 NO-3 -N的去除率相对无铜条
件分别下降了 4.1%、2.8%和 4.2%,但 pH为 4、5时固定化小球藻的 NO-3 -N的去除率却上升了 0.8%和 0.2%, 在
pH为 4、5、6、7、8时悬浮态小球藻的 NO-
3
-N的去除率相对无铜条件则分别下降了 4.4%、9.2%、5.3%、10.6%和
10.2%。总体而言 , 铜抑制了小球藻的除氮能力 ,尤其对悬浮态小球藻的除氮能力产生了较大的抑制性 , 而固定化
处理在一定程度上减弱了铜对小球藻除氮能力的影响。
关键词:铜;固定化;小球藻;除氮效果
中图分类号:X703　　　　文献标志码:A　　　　文章编号:1000-2006(2009)04-0105-04
EfectsofcopperatdifferentpHonthenitrogen-removalefficienciesof
immobilizedChlorelapyrenoidosa
LIChuan, XUEJian-hui, SUYing-ying, XUPeng-cheng, LIUDong, SHENJia-he
(JiangsukeyLaboratoryofForestryandEcologicalEngineering, NanjingForestryUniversity, Nanjing210037, China)
Abstract:ThestaticsimulationtestforsyntheticwastewaterpurificationwascarriedoutbyusingChlorellapyrenoidosa
entrappedincalciumalginate, andinfluenceofcopperatdiferentpHonthenitrogen-removaleficienciesofimmobilized
Chlorelapyrenoidosaforammoniaandnitricacid-containingwastewaterwerealsoinvestigated.Testresultsshowedthat
comparingwithoutcopperinwastewater, whencopperwasadded, theNH+3 -NremovalofimmobilizedChlorelapyrenoid-
osain5daysatpH=4, 5, 6, 7, 8wasreduced4.0%, 0.6%, 5.9%, 6.0% and4.4% respectively, theNH+3 -N
removalofsuspendedChlorelapyrenoidosawasreduced10.9%, 22.4%, 15.5%, 14.5%, 20.2% respectively;The
NO-3 -NremovalofimmobilizedChlorelapyrenoidosaatpH=6, 7, 8 wasreduced4.1%, 2.8% and4.2% respective-
ly, buttheNO-3 -NremovalatpH=4, 5wasincreased0.8%, 0.2%, theNO-3 -NremovalofsuspendedChlorelapyre-
noidosawasreduced4.4%, 9.2%, 5.3%, 10.6%, 10.2% respectively.Socopperhasinhibitedthenitriteuptake
eficiencyofChlorellapyrenoidosainfreecellsthantheimmobilizedones, andthetreatmentofimmobilizationtoalgae
smoothedthedisruptionofcopper.
Keywords:copper;immobilization;Chlorellapyrenoidosa;nitrogen-removal
早在 1957年 , Oswald等就提出利用藻类去除污水中的氮 、磷等营养物质[ 1] ,而将固定化藻类用于污
水处理是 Chevalier和 delaNoǜe于 1985年首先提出的 [ 2] 。近年来 , 采用藻类细胞固定化技术处理污水
的研究则日益受到国内外广泛关注 [ 3-9] 。但固定化藻类的生长与污水处理的效果会受到外界因素的影
响 ,其中污水中所含有的重金属离子就是一个重要因子 [ 10-11] 。严国安等研究了汞对固定化栅藻的生理效
应[ 12] ,李定坚等研究了镉对固定化小球藻除磷效果的影响[ 13] ,但污水中另一常见的重金属如铜对固定化
藻除氮效果的影响尚缺乏资料。为此 ,笔者初步研究了不同 pH条件下在污水中含有 Cu2+时固定化小球
藻对氨氮和硝酸氮净化效率的变化 ,并与悬浮态小球藻进行了比较。
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 33卷
1　材料与方法
1.1　供试藻种及培养
蛋白核小球藻(Chlorelapyrenoidosa)由中国科学院水生生物研究所提供 。采用 SE培养基 ,无菌条件下
接种适量的藻种到 200mL藻液的 250mL锥形瓶内 ,在温度 25℃、光照比 L∶D=12h∶12h、光照度 2 000lx条
件下培养 。实验中的铜试剂为分析纯 CuSO4·5H2O。污水在无氮的 Dauta培养基中加入 NH4Cl、KNO3配制 ,
调至 NH+3 和 NO-3 质量浓度分别为 30mg/L和 20mg/L[ 14] 。
1.2　实验设计
将培养好的小球藻采用离心浓缩(3 000r/min离心 10 min)后 ,均分为 2份 。 1份弃去上清液与质量
分数为 5%的海藻酸钠溶液混合均匀 ,形成 2.5%的海藻酸钠和藻类的混合液。再用 4号针头注射器将其
吸取并在距离预先冷却的 0.15mol/LCaCl2溶液液面 20cm处滴入 ,形成直径为 3mm左右的小球 。藻球
在 CaCl2溶液中振荡 1h后取出 ,洗涤多次备用 [ 4, 15] 。悬浮态与固定态的藻各均分 2份 ,每份 5组 ,对应的
5组分别放入盛有 pH为 4、5、6、7、8(pH用 NaOH和 HCL调制 ,在 pH为 2、3、4、5、6、7、8、9、10的藻液中观
察小球藻的生长状况 ,确定实验用 pH)的 200 mL污水的锥形瓶中 ,其中一份 5组内 Cu2 +的质量浓度为
1mg/L,所有样品做 3个重复。污水放入温度培养箱 ,在温度 25℃、光照比 L∶D=12 h∶12 h、光照度
2 000lx条件下培养。连续 5d每天对各个瓶内污水中氨氮的浓度采用水杨酸 -次氯酸盐分光光度法测
定 ,硝酸氮的浓度采用酚二酸光度法测定并记录 [ 16] 。
试验数据采用 SPSS13.0软件包进行 ANOVA统计分析。以 α=0.05为显著性差异 , α=0.01为极显
著性差异 。
2　结果与分析
2.1　铜对固定化小球藻除 NH+3 -N效果的影响
在不同 pH条件下铜对固定化小球藻去除 NH+3 -N效果的影响及与悬浮态小球藻对比情况见图 1。
由图 1a及图 1c可看出 ,在无铜条件下 ,不论是固定化小球藻 ,还是悬浮态小球藻对 NH+3 -N的去除率受
pH影响都集中在前 2天 。第 1天固定化小球藻在 pH=5与 pH为 7、8时对 NH+3 -N的去除率有显著差异
(p=0.012, p=0.008)。第 2天 ,在 pH=5与 pH=7时对 NH+3 -N的去除率有显著差异(p=0.036);而当悬浮
态小球藻在第 1天 , pH=6与 pH为 4、5、7、8时对 NH+3 -N的去除率有显著差异(p=0.042, p=0.010, p=0.
022, p=0.080)。第 2天 ,在 pH=4与 pH为 5、6、7、8时对 NH+3 -N的去除率有显著差异(p=0.005, p=0.001,
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　第 4期 李　川 , 等:不同 pH条件下铜对固定化小球藻除氮效果的影响
p=0.015, p=0.006)。由图 1b及图 1d可看出 ,在有铜条件下 ,固定化小球藻在前 3天对 NH+3 -N的去除率受
pH影响较大 ,尤其是第 1天 , pH=4与 pH为 5、6, pH=5与 pH=7, pH=6与 pH为 7、8时对NH+3 -N的去除率
有显著差异(p=0.026, p=0.001, p=0.036, p=0.001, p=0.002, p=0.000);悬浮态小球藻每天不同 pH间对
NH+3 -N的去除率都有显著差异。
由图 1可看出 ,铜对固定化小球藻及悬浮态小球藻去除 NH+3 -N的能力都有一定的抑制作用 。在有铜存
在时 ,第 5天 pH为 4、5、6、7、8时固定化小球藻对 NH+3 -N的去除率比无铜条件下分别下降了 4.0%、0.6%、
5.9%、6.0%和 4.4%;而悬浮态小球藻对 NH+3 -N的去除率分别下降了 10.9%、22.4%、15.5%、14.5%和
20.2%。
2.2　铜对固定化小球藻除 NO-3 -N效果的影响
在不同 pH条件下铜对固定化小球藻去除 NO-3 -N效果的影响及与悬浮态小球藻对比情况见图 2。由
图 2a及图 2c可看出 ,在无铜条件下 ,不论是固定化小球藻 ,还是悬浮态小球藻对 NO-3 -N的去除率受 pH
影响都集中在后 2天。在第 4天固定化小球藻 pH=4与 pH为 5、8, pH=5与 pH为 6、7时对 NO-3 -N的去
除率有显著差异(p=0.000, p=0.010, p=0.006, p=0.015),第 5天 ,在 pH=7与 pH为 5、8时对 NO-3 -N
的去除率有显著差异(p=0.011, p=0.024);而当悬浮态小球藻在第 5天 , pH=8与 pH为 5、7时对 NO-3 -
N的去除率有显著差异(p=0.030, p=0.005)。由图 2b及图 2d可看出 ,在有铜条件下 , 5d中固定化小球
藻与悬浮态小球藻对 NO-3 -N的去除率都受 pH影响 ,尤其是在后 2 d。固定化小球藻在第 4天 , pH=8与
pH为 6、7、5时对 NO-3 -N的去除率有显著差异(p=0.008, p=0.018 , p=0.003),在第 5天 , pH=4与 pH
为 5、6、7, pH=5与 pH为 6、7、8, pH=7与 pH=8时对 NO-3 -N的去除率有显著差异(p=0.032, p=0.036,
p=0.005, p=0.001 , p=0.000, p=0.006, p=0.026);而当悬浮态小球藻在第 4天 , pH=5与 pH为 4、6、7、
8时对 NO-3 -N的去除率有显著差异(p=0.008, p=0.001, p=0.001 , p=0.016),在第 5天 , pH=4与 pH
为 5、7、8, pH=6与 pH为 5、7, pH=7与 pH=8时对 NO-3 -N的去除率有显著差异(p=0.003, p=0.000, p
=0.037, p=0.011, p=0.001, p=0.010)。
由图 2可看出 ,铜对固定化小球藻及悬浮态小球藻去除 NO-3 -N的能力都有一定的抑制作用。在有铜
存在时 ,第 5天 pH为 6、7、8时固定化小球藻的 NO-3 -N的去除率比在无铜条件下分别下降了 4.1%、2.8%
和 4.2%,但 pH=4和 pH=5时固定化小球藻的 NO-3 -N的去除率却比在无铜条件下上升了 0.8%和
0.2%;悬浮态小球藻的 NO-3 -N的去除率在 pH为 4、5、6、7、8时分别下降了 4.4%, 9.2%, 5.3%, 10.6%和
10.2%。
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3　讨　论
固定化小球藻对 NH+3 -N的去除效果与悬浮态的差异不显著(p=0.115),而对 NO-3 -N的去除率明显
高于悬浮态的去除率(p=0.000)。固定化处理在很大程度上提高了小球藻对 NO-3 -N的去除能力 ,却没
有对 NH+3 -N的去除能力产生较大的促进作用 ,其原因有待于进一步的探究 。
小球藻对氮的去除能力受到 pH的影响 ,而铜的存在加强了此影响 。在无铜条件下 ,固定化小球藻在
pH=6时除氮效果最好 ,第 5天 NH+3 -N的去除率为 93.5%, NO-3 -N的去除率为 82.7%;而在有铜的条件
下 , pH=5时其除氮效果最好 ,第 5天 NH+3 -N的去除率为 89.7%, NO-3 -N的去除率为 86.3%。这可能是
因为铜的存在使小球藻耐酸性能得到提高 ,其机理还需要进一步研究 。
铜的存在 ,总体上抑制了小球藻的除氮能力 。但部分含铜组的固定化小球藻对氮的去除能力比不含
铜组高 ,从图 1a及图 1b看出 ,第 3天 ,在 pH为 4、5、8条件下含铜组固定化小球藻对 NH+3 -N的去除率比
不含铜组分别增加了 0.7%、2.3%、0.6%;从图 1c及图 1d看出 ,第 2天 , pH=7时含铜组悬浮态小球藻对
NH+3 -N的去除率比不含铜组增加了 2.3%。从图 2a及图 2b看出 , pH为 4、5时含铜组固定化小球藻对
NO-3 -N的去除率比不含铜组在第 2天时分别增加了 0.6%、3.4%,第 5天时分别增加了 0.8%、0.2%。从
图 2c及图 2d看出 , pH=8时含铜组悬浮态小球藻对 NO-3 -N的去除率比不含铜组在第 1天和第 3天分别
增加了 0.3%、0.8%, pH=5时含铜组悬浮态小球藻对 NO-3 -N的去除率比不含铜组在第 4天时增加了 5.
3%。这可能是因为在重金属铜存在的污水中 ,小球藻对其耐受力较强 ,而且铜的存在一定程度上刺激了
藻类的生长。经固定化处理后的小球藻比悬浮态小球藻受重金属铜影响波动小 ,说明固定化处理在一定
程度上减弱了铜对小球藻除氮能力的影响。
[ 　参　考　文　献　]
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(责任编辑　王国栋)
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