全 文 ：海洋科学/2004年/第 28卷/第 7期26
研究报告REPORTS
利用啤酒废水养殖螺旋藻研究
郑爱榕 1 , 赵立清 2 , 詹力扬 1 , 陈清花 1
(1.厦门大学海洋学系 ,亚热带海洋研究所 ,福建厦门 361005;2.中国水产科学研究院 东海水产研究所 ,上海
200090)
摘要:利用啤酒废水养殖极大螺旋藻(Spirulina maxima),研究了废水成分 、氮源 、藻密度和光照
等培养条件对藻生长和蛋白质含量的影响 。结果表明 ,曝气处理的啤酒废水养殖的螺旋藻 ,相
对生长率与 CFTRI培养基的几乎一致 , 蛋白质含量第 6天最高 , 为 0.2886 g/g干质量 , 小于
CFTRI培养基养殖的 。实验确定曝气处理废水养藻的最佳条件是用 NaOH调废水 pH 、藻初始密
度取 53.8 mg/L 、光照在 1 000～ 10 000 lx范围 ,添加尿素或碳酸氢钠或曝气 8 h/d。经 PSB处理
的啤酒废水养殖的螺旋藻 ,蛋白质为 0.482 5 g/g干质量 ,与 CFTRI培养基养殖的相近 。用光合
细菌(PSB)处理的废水养藻应控制废水 pH为 7.0且废水与 PSB的体积比为 3:1。
关键词:啤酒废水;极大螺旋藻(Spirulina maxima);培养
中图分类号:X797 文献标识码:A 文章编号:1000-3096(2004)07-0026-05
啤酒废水富含有机物和氮 、磷等成分 , 化学需氧
量 (COD)、生化需氧量 (BOD)高达 10 000 mg/L以
上 。螺旋藻蛋白质含量高 ,富含人类和动物所必需的
氨基酸 、脂肪酸等营养 ,具有培养条件简便 、繁殖速度
快等特点 , 若能利用啤酒废水养殖螺旋藻 , 将是一种
低费用 、高效益的净化与利用废水的好方法 , 可实现
环境与经济效益的统一 。
有关螺旋藻的培养技术 、应用价值及商品化生产
等问题国内外已进行大量研究 ,但直接利用废水培养
螺旋藻的报道并不多见 , 目前已有生活 、煮茧 、糖蜜 、
乳品等废水经过预处理后养殖螺旋藻的报道 [1 ～ 4 ] , 啤
酒废水养殖培养螺旋藻的研究尚不多见 [5 ,6] 。作者旨
在利用啤酒废水养殖螺旋藻 ,研究有关培养条件对螺
旋藻的生长及蛋白质含量的影响 , 为啤酒废水养殖螺
旋藻提供基础数据 。
1 材料与方法
1.1 藻种
实验所用藻种为极大螺旋藻 (Spirulina maxi-
ma), 由厦门大学生物学系微藻培养室提供 , 采用
CFTRI培养基纯种培养 , 温度 30 ℃±0.1 ℃, 光照
1 000 lx ,光照周期 L∶D=12 h∶12 h 。
1.2 啤酒废水
曝气啤酒废水:取自厦门市鹭江啤酒分厂的污
水处理系统 。该处理系统为活性污泥处理 , 排放量
30 ～ 40 t/h ,由 3个池串联 。每个池废水的滞留时间和
曝气时间不同 , 1号池未曝气 , 2号池曝气 12 h , 3号池
曝气 20 h 。
光合细菌(PSB)处理啤酒废水:取 1号池未经曝
气的废水与 PSB菌液按一定比例加到 PSB处理槽中
处理 ,澄清后备用 [7 ] 。
1.3 分析方法
藻生物量用 721分光光度计于 580 nm处测其吸
光值 , 并制作螺旋藻吸光值与藻细胞干质量的标准
曲线图 。藻体蛋白质的测定采用福林 -酚试剂分光
法 , 以牛血清蛋白为标准 [8 ] 。废水中化学耗氧量
(COD C r)、总磷(TP)、活性磷(PO43 --P)、总氮(TN)、氨
氮(NH 4 +-N)、硝氮(NO 3--N)和亚硝氮(NO 2 --N)
收稿日期:2002-09-02;修回日期:2003-06-30
基金项目:国家教育部高等学校骨干教师计划基金资助项目
作者简介:郑爱榕(1957-),女 , 福建福安人, 教授 ,硕士 , 研
究方向:海洋有机化学和海洋环境化学 , E-mail:arzheng@
jingxian.xmu.edu.cn
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海洋科学/2004年/第 28卷/第 7期28
图 4 调节废水pH所用试剂对螺旋藻生长的效应
Fig.4 Effect of the agents used for adjusting on growth
of Spirulina maxima
图 5 光照强度对螺旋藻生长的效应
Fig.5 Effect of illuminance on growth of Spirulina maxima
图 3 初始密度对螺旋藻生长的影响
Fig.3 Effect of the initial densi ty of algae on growth
of Spirulina maxima
求 , 而且添加尿素的效果好于硝酸钠 , 这与曹世民
[10 ]的两种氮源比较研究的结果是一致的。
2.1.3 藻初始密度对藻生长的影响
取曝气 20 h的废水调 pH 后 ,分别与藻液按体积
比 5:1 , 3:1 , 2:1 , 1:1 , 1:2和 1:3的比例配制成初始
藻密度分别为 36.4 , 53.8 , 67.6 , 96.8 , 130.0和
143.9 m g/L 的体系进行培养 。求出各初始密度下的
最大生长速率μ。从图 3可明显看出 , 藻接种的初始
密度为
53.8 mg/L 时 , 其最大生长速率μ> 密度为 36.4
mg/L 的μ值;藻初始密度为 67.6 mg/L 时的μ值与
密度为 96.8 mg/L 时的接近;初始密度为 143.9mg/
L的 μ值最小 。造成上述结果的主要原因 ,一方面由
于穿透培养液的过程中 , 光强迅速衰减 , 使大部分细
胞处于“黑暗”状态[ 11] ;另一方面稀释比增大 , 营养
相对贫乏 , 藻生长缓慢;使藻间存在营养和光强竞
争 。所以 ,藻的初始密度以 53.8 mg/L 为宜 ,即废水
与接种藻液的体积比为 3:1时藻生长最佳 。
2.1.4 调节废水 pH 所用试剂对螺旋藻生长的影响
螺旋藻养殖除要求培养介质高氮 、高碳外 , 还需
维持一定的 pH 。啤酒废水的 pH 通常只有 6.2 ～ 7.5 ,
因此通常需用碳酸氢钠调高 pH 。图 4是藻在用 NaOH
和NaHCO 3调节 pH的废水中的生长情况 , 由图 4可
知 ,藻在用 NaOH 调 pH 的废水中的相对生长率始终
大于用 NaHCO 3调 pH的废水;前者的最大生长速率
为 0.133 d -1也高于后者的 0.104 d -1 。因此 , 可用
NaOH代替 NaHCO 3调节废水的 pH , 从而降低生产
成本 。
2.1.5 光强对螺旋藻生长的影响
取曝气 20 h的废水调 pH后 , 分别置于 1 000 lx
(自制培养箱)、 2 000 ～ 3 000 lx(室内自然散射光)
和>10 000 lx(室外直射光)的光强下 , 保持温度为
28 ℃±1 ℃,接入藻种进行培养 ,结果如图 5所示 ,显
然强烈的直射光对藻体伤害极大 , 造成藻体死亡 , 在
1 000 ～ 3 000 lx 光强下 , 藻正常生长 , 其相对生长率
在指数生长期(第 8天 ～第 19天)内快速提高 ,比在 1
000 lx 光强下生长的藻平均提高 69.7%, 生长周期
也缩短 8 d 。表明在适宜的光强范围内 ,较高的光强有
利藻的生长 。研究表明 [11 ] , 在超高光强照射下 , 细胞
生长因过量的光照而受到损伤 , 导致生长受阻 , 本文
的结果亦是如此 。
2.2 PSB 处理的啤酒废水培养螺旋藻
2.2.1 废水 pH对螺旋藻生长的影响
用 PSB处理废水 , 须调节废水的 pH 。本实验取
未曝气废水用 NaOH 分别调废水的 pH 为 7.0 , 8.0
和 9.0 ,加入光合细菌(密度为 1010个/mL)培养3d后
离心 , 取上清液再调 pH=9.0 ～ 9.5后加入藻种 , 进
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图 6 废水 pH对螺旋藻生长的效应
Fig.6 Effect of pH in wastewater on growth
of Spirulina maxima
行培养 。结果(图 6)表明 ,废水的 pH =7.0经 PSB处
理后 , 藻生长最佳 , 相对生长率平均是 pH =8.0的废
水的 0.9倍 ,而废水的 pH =9.0经 PSB处理后 ,藻仍
然无法生长 。这可能因为 pH =7.0是 PSB生长的最
佳 pH 值 , PSB能充分降解转化有机物 , 使废水无机
氮提高 , 从而利于藻的生长 , pH 增大 , PSB降解作用
减弱 , 废水无机营养降低 , 不利藻的生长 [7 ] 。此外 ,
从表 2可以看出 ,藻在 PSB处理的废水中前 6 d的生
长均好于在 CFT RI 培养基中和在曝气处理的废水
中 , 说明 PSB处理的废水营养十分丰富 , 完全满足
藻生长的营养需求 。
2.2.2 废水与 PSB的体积比对螺旋藻生长的影响
取未曝气啤酒废水分别配制废水与 PSB的体积
比为 1:1 , 2:1 ,3:1的溶液 ,调 pH=7.0 ,置于 PSB处
理槽培养 , 3 d后离心 , 余下步骤与 2.2.1同 。由图 7
可知 , 废水与 PSB体积比为 2:1和 3:1时 ,藻的相对
生长率完全一致 ,高于体积比为 1:1的废水 。因此 ,从
降低废水处理成本考虑 , 应选废水与 PSB的体积比
=3:1为宜 。
2.3 啤酒废水养殖的螺旋藻之蛋白质含量
2.3.1 废水组成对螺旋藻体蛋白质含量的影响
为了解啤酒废水养殖的螺旋藻之营养价值 , 分别
测定了曝气废水和 PSB处理废水养殖的藻体的蛋白
质含量 ,并与用CFTRI培养基养殖的藻体对照(见表
2)。由表 2可知 , 啤酒废水养殖的藻体 100 g 干质量
中蛋白质含量为 19.67 ～ 48.25 g 。PSB处理的废水养
殖的藻第 3 天每 100 g 干质量中的蛋白质含量
(48.25 g)与 CFT RI 培养基培养的蛋白质含量
(49.57 g)几乎一样 ,但第 6天则比 CFT RI 培养基的
图 7 废水与PSB的体积比对螺旋藻生长的效应
Fig.7 Effect of the volume rate wastewater to
PSB on growth of Spirulina maxima
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海洋科学/2004年/第 28卷/第 7期30
低 41%;曝气废水养殖的藻第 3天和第 6天 , 体内蛋
白质不仅分别比 CFTRI 培养基的低 60%和 51%,也
分别比 PSB处理的废水低 59%和 17%。这可能是两
种废水营养成分差异显著所致 。由表 3可知 , PSB处
理的废水其氨氮浓度是曝气处理的 2倍 , 其硝氮是曝
气处理的 18倍 , 而磷和 COD 则比曝气废水略小 , 显
然前者氮营养高 ,满足藻生长的高氮需求 。
2.3.2 氮、碳源及培养时间对藻体蛋白质含量的影响
取曝气 12 h的废水 ,分别加入氮源(尿素和硝酸
钠)、碳源(碳酸氢钠和培养中每天曝气 8 h),调 pH=
9.0 ,接入藻种进行培养 。每隔 3天过滤藻体 ,测其蛋
白含量(表 2)。显然 , 添加氮或碳源的废水养殖的藻
体每 100 g 干质量中蛋白含量(32.48 ～ 61.80 g)比未
加氮和碳的废水养殖的藻的蛋白质含量 (19.67 ～
48.25 g)高 ,与 CFT RI 培养基养殖的(44.68 ～ 59.56
g)相近 。由表 2可知 ,添加硝酸钠或尿素的废水养殖
的藻在第 3和第 6天每 100 g 干质量中所含的蛋白
含量几乎一致 ,但第 9天加尿素的藻蛋白含量(56.67
g)明显高于加硝酸钠的(41.78 g);加碳酸氢钠的废
水养殖的藻第 3天的蛋白含量(34.27 g)<每天曝气
8 h废水的(51.03 g),第 6天两者的蛋白含量几乎一
致;第 9天前者(61.80 g)>后者(51.03 g)。由此表
明 ,欲提高藻营养价值 ,应提高废水中的氮源 。此外 ,
添加碳源也可以起到提高蛋白的作用 。
由上述结果可知 , 废水组成 、外加氮或碳源及培
养时间均对啤酒废水养殖的藻体蛋白质含量有显著
影响 。但曝气 12 h的废水或外加氮源或碳源后 ,蛋白
含量可达 48.25%～ 61.80%, 与 CFTRI 培养基相
当 。与其他废水培养的藻体蛋白质含量也相当 ,如煮
茧废水养的藻体蛋白为 58.6%[ 3 ] ,沼气池废液养的藻
体粗蛋白为 62.27%[4 ] 。说明啤酒废水培养的螺旋藻
蛋白含量高 ,完全可作家禽饲料和鱼虾饵料之用 。
3 小结
曝气啤酒废水养殖的螺旋藻 , 相对生长率与
CFT RI 培养基养殖的基本一样 , 但蛋白质含量低于
后者 。添加尿素和硝酸钠可促进藻的生长和提高藻体
蛋白 ,尿素的效果好于硝酸钠 。添加碳酸氢钠或培养
期间每天曝气 8 h ,亦可提高藻体蛋白 。曝气啤酒废水
养殖螺旋藻的最佳培养条件是用 NaOH调废水 pH ,
取藻的初始密度为 53.8 mg/L , 光照在 1 000 ～ 10
000 lx 范围 ,添加尿素或碳酸氢钠或每天曝气 8 h 。
PSB处理的啤酒废水养殖的螺旋藻 ,相对生长率
和藻体蛋白含量与 CFTRI 培养基养殖的颇为一致 ,
但大于曝气废水养殖的 。用 PSB处理的啤酒废水养
殖螺旋藻应控制废水 pH为 7.0及废水与 PSB体积
比为 3:1。
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Marine Sciences/Vol.28, No.7/2004 31
Study on culture of Spirulina maxima utilizing beer wastewater
ZHENG Ai-rong 1 , ZHAO Li -qing 2 , ZHAN Li-yang 1 , CHEN Qing -hua1
(1.Depar tment of Oceanography and Institute of Subtropical Oceanography , Xiam en U niversity , Xiamen
361005 , China;2.East China Sea Fisheries Research Institute , Chinese Academy of Fisheries Science ,
Shanghai 200090 , China)
Received:Sep., 2 , 28 , 2002
Key words:beer w astew ater;Spiru lina maxima;cul tu re
Abstract:Culture o f S piru lina m axima utilizing beer w astew a ter w as studied.Ef fects o f composition
o f beer w astew ate r , nitrogen , density o f algae , and lum inance et al on grow t h and content of pro tein in
Sp irulina maxima w as dete rmined.Results show ed tha t the re la tive g row th ra te of a lgae cultured in
aerated beer w astew ater is the sam e as that cultured in a CFT RI medium.Algae p rotein content reaches its
peak on the 6
t h day , a t 0.2886 g/g dry w eight smalle r than that cultured in a CFT RI medium.In order to
optimize algae culture in aerated beer w astew a te r , w astew a ter pH must be adjusted wit h NaOH , density of
algae should be 53.8 m g/L , luminance 1 000 ～ 10 000 lx and urea , sodium bicarbonate o r ae ra tion must be
added 8 hours per day.The research also suggested tha t pro tein con tent o f t he algae cultured in beer
w astew ate r treated by PSB , w as 0.4825 g/g dry w eight on the 3 rd day , the same as that cultured in
CFT RI medium .Optimim algae culture conditions using beer w astew ater t rea ted by PSB are w astew a ter
pH adjusted to 7.0 and vo lume rate o f w astew ate r to PSB maintained at 3:1.
(本文编辑:张培新)
随着海洋开发活动和海洋经济的快速发展 ,越来
越依赖海洋信息技术和信息服务的支撑 。在海洋信息
资源方面的突出问题主要表现在海洋信息数据资源
现状不清 ,数据资源分散 ,基础信息源不足 ,信息更新
缓慢 , 导致海洋信息服务缺乏完整性 、系统性和时效
收稿日期:2004-02-25;修回日期:2004-05-31
作者简介:高惠瑛(1967-),女 , 山东青岛人 , 副教授 ,博士 ,
主要从事GIS技术应用研究 ,电话:0532-5902218, E-mail:
fqmghy@ouc.edu.cn
海洋资源信息化工程中的数据库构建模式
高惠瑛 , 陈天恩 , 莫善军
(中国海洋大学 工程学院 ,山东 青岛 266071)
摘要:数据库系统承担所有的空间数据和非空间数据的存储和管理任务 , 是海洋管理信息化
系统的基础 , 它的数据质量直接影响整个系统管理 、分析的准确性 , 其数据结构是否合理影响
到整个运行系统维护和更新工作的成效和费用 。提出了构建海洋资源基础数据库的基本结构
和基本内容 ,并简要讨论了建库时所涉及的问题和建库后的管理维护机制等问题 。
关键词:海洋资源;数据库;构建模式
中图分类号:G203;P748;P76 文献标识码:A 文章编号:1000-3096(2004)07-0031-05
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