微藻净化生活污水工艺

　　目前的污水处理方法主要有物理化学法和生物法。物理化学法处理费用较高，且易产生二次污染，所以，越来越多的学者开始关注生物处理法。传统的生化二级处理除磷工艺将大量的磷从污水中转移到剩余污泥中，从根本上看，仍然不能消除磷对生态环境的影响。微藻具有较高的光合作用效率，其光合作用效率可以达到20%甚至更高，远超出一般陆地植物的0.5%。借助它利用氮、磷等营养物质合成复杂的有机质，因此，藻类可降低水体中的氮、磷含量。另外，藻类细胞具有富集金属的能力，对Zn、Hg、Cd、Cu、U、Pb等金属离子的富集可达几千倍，并且由于其生长速度快，代谢迅速，吸附作用快而净化效率高。因此，利用藻类净化污水正成为污水处理中的重要研究方向。

　　本研究利用分离到的一株微藻，探讨其对不同类型污水的深度净化的能力和生物量生长水平，从而获得污水培养微藻的较佳生长和净化污水条件。

　　1、材料与方法

　　1.1 微藻的分离与鉴定

　　1.1.1 微藻的分离培养

　　本实验采用的藻株分离自青岛市石老人海水浴场附近海域，采用微吸管法分离微藻。分离出的藻株采用f/2培养基培养。配制培养基的海水取自青岛胶州湾，经0.45μm膜过滤并高温高压灭菌后使用。将分离出的藻种接种到盛有600mL培养液的锥形瓶中，然后置于培养箱中培养。培养温度控制在22℃±1℃，光照强度3500lux，光暗比12h)∶(12h)，每天定时摇晃3次。

　　1.1.2 微藻的电镜扫描分析

　　实验对微藻培养液进行处理，采用薄铜片作载体。首先，在载物盘上粘上双面胶带，然后粘上干净的薄铜片，再把培养液小心滴在铜片上，用台灯近距离照射10min，液体蒸发干燥后涂电银浆和蒸金。

　　1.2 污水的特征

　　本研究用于培养微藻的水源分别来自中国海洋大学崂山校区污水处理站的中水和青岛李村河的生活污水。学校污水处理站主要收集游泳池、浴池和洗漱用水，经过格栅滤除颗粒物、头发，经过沉淀氯消毒后供生活区冲厕、园林使用。青岛李村河的部分区段在枯水期无径流，为周边村镇污水排放的主要渠道，污水在顺势流淌的过程中，大的颗粒物逐渐沉淀下来，部分有机质被降解。污水经过孔径为45μm混合膜过滤，去除固形物，经高压蒸汽灭菌后备用。水质具体参数见表1。

　　将对数生长的微藻按10%接种到600mL灭菌的上述污水中，置于光照培养箱中培养。培养温度22℃±1℃，光照强度3500lux，光暗比(12h)∶(12h)，每天定时摇晃3次。

　　1.3 微藻的培养

　　将对数生长的微藻按10%接种到600mL灭菌的上述污水中，置于光照培养箱中培养。培养温度22℃±1℃，光照强度3500lux，光暗比(12h)∶(12h)，每天定时摇晃3次。

　　1.4 分析方法

　　1.4.1 水质监测方法

　　微藻培养液于8000r/min离心5min后，收集上清液用于总氮、总磷含量测定。氨氮浓度检测采用纳氏试剂分光光度法(HJ535-2009)，COD采用快速消解分光光度法(HJ/T399-2007)，总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(GB11894-89，水质总氮的测定)，总磷采用过钼酸铵分光光度法测定(GB11893-89，水质总磷的测定)。

　　1.4.2 微藻生物量测定

　　每隔48h取一定量的藻液，722N型可见光分光光度计测定其在680nm处的吸光值(OD680)，并用血球计数板统计微藻数量。建立微藻的细胞数与吸光度OD680的标准曲线，曲线方程如下：

　　在对数生长末期，量取一定体积的藻液，离心(8000r/min，10min)收集藻细胞，蒸馏水洗涤2次后，8000r/min离心5min，经冷冻干燥，称重，以单位体积干质量表示其生物量。

　　1.4.3 数据分析

　　应用统计软件SPSS13.0对数据进行统计分析，包括求均值、标准偏差、相对标准偏差、单因素方差分析(one-way ANOVA)。

　　2、结果与讨论

　　2.1 藻株的鉴定

　　图1为电镜扫描观察到的较完整的细胞，可见细胞呈球形，表面略粗糙，但无沟痕，无明显突起，直径约3μm，单独或集合生长。

　　文献表明，微拟球藻(Nannochloropsis)细胞为球形，直径为2～4μm，单独或集合，色素体一个，淡绿色，侧生，仅占周围的一部分。在活泼生长的情况下，色素体颜色很深，在氮缺乏的培养中，色素体变淡。没有蛋白核，有淀粉粒1～3个，明显，侧生。细胞壁极薄，幼年细胞看不到，在分裂之前才变得明显。分裂进行时，细胞壁扩大，与细胞之间形成空隙。从图1中微藻电镜扫描图的形态可以看出，该藻株与文献中描述的微拟球藻形态特征基本一致。因此，将分离到的藻株归于微拟球藻属。其具有生长迅速、细胞颗粒小的特点。

　　2.2 微藻对水质的深度净化及产油情况

　　2.2.1 微藻对水质的深度净化

　　氮(N)和磷(P)是城市污水中两种重要成分，也是导致水体富营养化的主要元素，同时也是支持藻类生长的营养物质。氮是藻类细胞中构成蛋白质的主要成分，占藻类蛋白质含量的16%～18%，它对藻类的生长、发育、成熟以及功能完成至关重要，磷是藻类细胞的细胞质、细胞膜和细胞核组成成分，并参与光合作用和呼吸作用，也是糖类、脂肪及氮代谢过程中不可缺少的元素。本研究使用的中水和污水的N/P比分别为10.37和38.46，可见本研究使用的中水和污水中的氮磷比例适中，不会对微藻的生长造成太大影响，较适宜微拟球藻的生长。

　　微拟球藻Win接种到两种污水后，污水中总氮变化曲线见图2A。由图2A可见，微拟球藻对污水中总氮的去除主要集中在前3天，培养至第3天，中水中总氮的残留量为12.3mg/L，生活污水中总氮的残留量为44.56mg/L。可见，微拟球藻对中水的总氮去除率较高，这可能是由于生活污水中有机氮的含量较高，不利于微藻对其吸收与利用，再者，微藻生长后期水中的磷被耗尽(见图3B)，N/P比失调，不利于藻细胞的分裂，从而不能很好地利用和吸收污水中的氮。对两种污水中各种形式氮的去除率如表2所示。中水和生活污水中总氮的初始浓度为55.7mg/L和77.69mg/L，处理后的浓度分别为13.02mg/L和41.98mg/L，微拟球藻对中水和生活污水的去除率分别达到76.62%和45.97%。

　　两种水质中总磷的变化曲线见图3B。在培养前期微拟球藻对污水中总磷的去除速率很快，第3天开始，中水和生活污水中总磷的含量分别降低到2.70、0.56mg/L，去除率分别可以达到49.72%、72.28%。与总氮的变化曲线不同的是，微拟球藻对生活污水中总磷的去除效率较高，对正磷酸盐的去除率也是如此(见表2)。可见，微拟球藻对生活污水中磷的去除效果非常明显，脱磷能力强，对正磷酸盐的去除率可达到93.92%。在生物体内只有还原态的氨氮才能被整合到碳骨架上形成生物生命活动所必需的含氮化合物。因此污水中的氨氮较容易被微藻吸收利用，藻类和其它光合微生物首先选择氨氮作为氮源。由表2可知，微拟球藻对不同污水中各种形式的氮均具有较好的去除能力，尤其是氨氮，在生活污水中可达95.69%。同时，微拟球藻对水中COD也有较好的去除效果，在中水及污水中的去除率分别为72.9%、61.35%，该藻具有较强的去污能力和广泛的应用前景。

　　2.2.2 微藻的生物量变化

　　以细胞密度表征微拟球藻的生长情况见图3A。微拟球藻对生活污水的适应能力很强，生长良好，最高细胞密度可达4.55×10⁶个/mL。而中水中微拟球藻的生长状况较差，细胞密度一直处于较低水平，最高达到0.35×10⁶个/mL，这可能是由于中水中的养分状况相对贫乏，对于微藻生长所需的条件而言，中水中N/P过大，不利于微藻生长。

　　3、结论

　　经形态特征分析鉴定，本研究分离到的微藻为微拟球藻。该藻能够很好地适应生活污水环境，在生活污水中培养时，其细胞密度可达到4.55×10⁶个/mL。而在中水内生长情况较生活污水较差。该藻株对两种污水中氮和磷具有一定的去除能力，尤其是对氨氮和正磷酸盐，去除率分别可以达到95.69%和93.92%。

　　有研究发现，培养液中高浓度的Fe³⁺对小球藻(ChlorellaVulgaris)的油脂积累有明显的促进作用，可使其质量分数高达干质量的56.6%，具有潜在的应用价值。同时，根据本研究发现，利用仅预处理过未添加任何元素的纯污水培养微拟球藻，虽然具有较高的氮磷去除效果，但微藻的生长和油脂积累一直维持在较低水平，利用微拟球藻深度净化城市生活污水有待进一步的研究。(来源：河南省化工研究所有限责任公司)