生物多樣性對(duì)污水中營(yíng)養(yǎng)元素去除的影響

趙冉冉

摘要 生物處理方法是水處理中的重要部分。藻類由于其對(duì)氮、磷的高利用率以及較快的增殖速度使其在生物處理方面發(fā)揮了重要作用。本研究選用了自然界中4種常見的藻種小球衣藻、斜生柵藻和魚腥藻、綠球藻，通過控制藻類物種數(shù)量的不同來探討生物多樣性對(duì)于污水中氮、磷元素去除的影響。結(jié)果表明，藻類生物多樣性可以明顯抑制藻類的生長(zhǎng)，通過對(duì)氮、磷元素的分析顯示，其可以明顯促進(jìn)水體中氮、磷元素的去除。

關(guān)鍵詞 藻類；生物多樣性；生長(zhǎng)量；廢水處理；營(yíng)養(yǎng)元素

中圖分類號(hào) X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）12-0183-03

Abstract Biological treatment is an important part of wastewater treatment. Due to high availability of nitrogen and phosphorous and fast growth rate，microalgae plays a significant role in biological treatment. In this paper，Chlamydomonas microsphaera，Scenedesmus obliquus，Anabaena sp. and Chroococcus sp. which distributed widely in natural environment were selected，the effects of biodiversity on removal of nitrogen and phosphorous in wastewater were studied by control the amount of different microalgae species. The results showed that microalgae biodiversity could restrain microalgae growth distinctly. The analysis on the content of nitrogen and phosphorous revealed that biodiversity could promote the removal of nutrients in wastewater.

Key words microalgae；biodiversity；growth；wastewater treatment；nutrient

近年來，超過水體承載力2倍的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素排入水體中，使自然水體富營(yíng)養(yǎng)化，并且導(dǎo)致各大湖泊流域出現(xiàn)藻類暴發(fā)現(xiàn)象，對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞極大[1-3]。藻類暴發(fā)的原因是由于其對(duì)于氮、磷的高利用率和自身較快的增殖速度，也正因?yàn)檫@個(gè)特性，藻類可以有效去除水體中的營(yíng)養(yǎng)元素并應(yīng)用于生物廢水處理方法中[4]。

生態(tài)系統(tǒng)中的物種多樣性可以增強(qiáng)其系統(tǒng)功能[5]。在物種分區(qū)限制資源發(fā)生時(shí)，多樣性可以提高物種的資源獲取率[6]。多物種交流時(shí)會(huì)提高物種間有益交互的可能性[7]。有研究表明，多樣性的降低會(huì)改變生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)程并且影響土壤中的氮循環(huán)[8]。研究藻類生物多樣性對(duì)于自然水體中藻類暴發(fā)的控制以及藻類生物廢水處理方法提供了一些新思路。本文通過控制污水中藻類物種的數(shù)量探究藻類生物多樣性對(duì)于污水中營(yíng)養(yǎng)元素去除的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用藻種分別為小球衣藻FACHB-52、斜生柵藻FACHB-13、魚腥藻FACHB-235、綠球藻FACHB-193，均購自中國(guó)科學(xué)院野生生物種質(zhì)庫——淡水藻種庫（武漢，中國(guó)）。小球衣藻與斜生柵藻的培養(yǎng)基為SE培養(yǎng)基（Bristol′s Solution），其組分包括NaNO3 250 mg/L、K2HPO4 75 mg/L、MgSO4·7H2O 75 mg/L、CaCl2·2H2O 25 mg/L、KH2PO4 175 mg/L、NaCl 25 mg/L、FeCl3·6H2O 5 mg/L、H3BO3 2.86 mg/L、MnCl2·4H2O 1.86 mg/L、ZnSO4·7H2O 0.22 mg/L、Na2MoO4·2H2O 0.39 mg/L、CuSO4·5H2O 0.08 mg/L；Co（NO3）2·6H2O 0.05 mg/L。魚腥藻與綠球藻的培養(yǎng)基為BG11培養(yǎng)基（Blue-Green Medium），其組分包括NaNO3 1 500 mg/L、K2HPO4 40 mg/L、MgSO4·7H2O 75 mg/L、CaCl2·2H2O 36 mg/L、檸檬酸6 mg/L、檸檬酸鐵銨6 mg/L、Na2CO3 20 mg/L、H3BO3 2.86 mg/L、MnCl2·4H2O 1.86 mg/L、ZnSO4·7H2O 0.22 mg/L、Na2MoO4·2H2O 0.39 mg/L、CuSO4·5H2O 0.08 mg/L、Co（NO3）2·6H2O 0.05 mg/L。

小藻在光照培養(yǎng)箱（BDP-250CO2，上海百典儀器設(shè)備有限公司）中進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)置培養(yǎng)箱溫度為（24±1）℃、光照強(qiáng)度為2 000 lx、光暗比為12∶12。試驗(yàn)所用處理污水取自合肥工業(yè)大學(xué)給排水實(shí)驗(yàn)室里SBR反應(yīng)器的出水。

1.2 樣品的預(yù)處理

試驗(yàn)前1周，對(duì)處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的藻種分別用數(shù)碼光學(xué)顯微鏡（BA410，麥克奧迪）檢查其生長(zhǎng)情況和有無雜藻，如生長(zhǎng)良好，達(dá)到同步生長(zhǎng)，即可作為進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的藻種液。試驗(yàn)前，取上述4種藻液經(jīng)鏡檢計(jì)數(shù)超過106個(gè)/mL時(shí)，便可作為試驗(yàn)藻種分別離心分離（7 000 r/min，4 min），棄掉上清液，取沉淀藻細(xì)胞，用15 mg/L碳酸氫鈉溶液重新懸浮，繼續(xù)離心，如此離心洗滌重復(fù)3次，盡量去除藻細(xì)胞表面的有機(jī)物質(zhì)，然后用無菌水稀釋后作為試驗(yàn)接種儲(chǔ)備液。根據(jù)各組試驗(yàn)需要接種后擴(kuò)大培養(yǎng)1周并饑餓培養(yǎng)3 d，使藻種內(nèi)蓄積的相應(yīng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗完，從而獲得饑餓培養(yǎng)后的藻液，該藻液即可作為試驗(yàn)藻液。