隨著沼氣工程的大規(guī)模發(fā)展, 大量富營(yíng)養(yǎng)的豬糞沼液廢水對(duì)水體環(huán)境以及人類(lèi)健康造成嚴(yán)重危害.豬糞沼液廢水是一種較難處理的有機(jī)廢水, 具有高濃度氮磷、成分復(fù)雜等特點(diǎn).在未得到妥善處理的情況下, 其中的氮、磷以及有機(jī)物等會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化、地下水污染, 造成人類(lèi)飲用水的污染等水環(huán)境問(wèn)題, 嚴(yán)重破壞水體生態(tài)平衡.另一方面, 廢水中氨的釋放也會(huì)對(duì)大氣帶來(lái)嚴(yán)重的污染.因此尋求一種有效、簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)的豬糞沼液廢水處理技術(shù)極為重要.

　　國(guó)內(nèi)外對(duì)豬糞沼液廢水的處理已進(jìn)行大量的研究, 研究人員也相繼開(kāi)發(fā)了不同的豬糞沼液廢水處理工藝, 主要包括還田模式、自然處理模式和厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣模式等.傳統(tǒng)的處理方式雖能在一定程度上達(dá)到除污的目的, 但也會(huì)帶來(lái)二次污染.目前, 利用微藻處理豬糞沼液廢水的技術(shù)已得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的印證.豬糞沼液廢水中含有大量藻類(lèi)生長(zhǎng)所需的氮、磷以及其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì), 將豬糞沼液廢水凈化與微藻的培養(yǎng)相結(jié)合, 既可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn), 降低豬糞沼液廢水處理成本, 又可以節(jié)約微藻的培養(yǎng)成本, 同時(shí)還可利用微藻生物質(zhì)中的高附加值產(chǎn)物.但是, 傳統(tǒng)的液體懸浮培養(yǎng)(如跑道池等)處理沼液因占地面積大、處理效率不高、條件不易控制、采收成本較高等問(wèn)題一直未得到工藝化推廣利用.

　　本研究采用貼壁技術(shù)培養(yǎng)微藻處理豬糞沼液廢水.貼壁培養(yǎng)是將藻細(xì)胞與培養(yǎng)基相分離, 并將藻細(xì)胞固定在特定的生物膜材料上, 極少量的培養(yǎng)基液體通過(guò)附著多孔材料的背面或內(nèi)部滴入以使藻細(xì)胞處于半干濕潤(rùn)狀態(tài), 并在一定光照強(qiáng)度與營(yíng)養(yǎng)鹽濃度下進(jìn)行生長(zhǎng)的培養(yǎng)方式.利用貼壁方式培養(yǎng)微藻處理豬糞沼液廢水, 培養(yǎng)結(jié)束后省去了藻細(xì)胞離心等高能耗過(guò)程, 大大降低培養(yǎng)成本.盡管如此, 通過(guò)微藻貼壁培養(yǎng)處理豬糞沼液廢水的效果還需要進(jìn)一步考察研究.當(dāng)前, 對(duì)于藻類(lèi)細(xì)胞的生長(zhǎng)以及生物技術(shù)方面的應(yīng)用大多集中于傳統(tǒng)的液體懸浮培養(yǎng), 包括開(kāi)放的培養(yǎng)池或是PBR反應(yīng)器, 但這方面的知識(shí)信息并不適用于新型的生物膜貼壁培養(yǎng)方式.

　　小球藻在培養(yǎng)中油脂含量高、生長(zhǎng)周期短、適應(yīng)能力強(qiáng)、光合效率高, 是一種典型的較為理想的藻種資源.本試驗(yàn)將豬糞沼液廢水(原水)稀釋成不同比例用于小球藻的貼壁培養(yǎng), 進(jìn)而考察小球藻在不同稀釋倍數(shù)豬糞沼液廢水下的生物量增長(zhǎng)、油脂積累、pH變化及COD、氨氮、總氮、總磷、重金屬銅、鋅、鐵去除效率, 以確定小球藻在豬糞沼液廢水中貼壁培養(yǎng)的最適宜生長(zhǎng)濃度, 探究小球藻貼壁培養(yǎng)處理豬糞沼液廢水的效果, 以期為畜禽污染控制和豬糞沼液廢水深度處理提供一定的理論基礎(chǔ).

　　1 材料與方法1.1 藻種來(lái)源與培養(yǎng)

　　本試驗(yàn)所用小球藻(Chlorella pyrenoidosa)由湖北工業(yè)大學(xué)淡水藻種庫(kù)提供.小球藻藻種培養(yǎng)過(guò)程所用培養(yǎng)基為BG11.

　　1.2 豬糞沼液廢水

　　豬糞沼液廢水取自湖北省武漢市某畜禽養(yǎng)殖企業(yè)經(jīng)厭氧發(fā)酵后的沼液污水, 取水時(shí)間為2016年9月27日10:00.豬糞沼液廢水儲(chǔ)存于18℃的溫度下, 經(jīng)自然沉降2 d后, 取其上清液進(jìn)行試驗(yàn).將豬糞沼液廢水(原水)稱(chēng)為1倍豬糞沼液廢水, 即取沉降后的上清液3 L制成培養(yǎng)基. 2倍豬糞沼液廢水, 即取沉降后的上清液1 500 mL, 再向其中加入1 500 mL的蒸餾水, 共計(jì)3 L制成培養(yǎng)基.以此類(lèi)推, 5倍、10倍豬糞沼液廢水按上述方法稀釋制成培養(yǎng)基.

　　1.3 反應(yīng)器與培養(yǎng)方法

　　本試驗(yàn)小球藻藻種培養(yǎng)所用反應(yīng)器為玻璃柱式反應(yīng)器, 內(nèi)直徑0.05 m, 柱高0.55 m, 工作體積0.90 L.反應(yīng)器內(nèi)部布置直徑5 mm的玻璃通氣管, 混合有1.5%CO2體積比的壓縮空氣(0.10 MPa)以1 mL·s-1的通氣速率通過(guò)通氣管從反應(yīng)器底部鼓泡, 從而將藻液攪動(dòng)并補(bǔ)充碳源.培養(yǎng)過(guò)程中連續(xù)光照, 培養(yǎng)柱表面光強(qiáng)60 μmol·(m2·s)-1, 培養(yǎng)溫度20℃±1℃.

　　貼壁培養(yǎng)反應(yīng)裝置(圖 1), 一塊長(zhǎng)0.40 m, 寬0.20 m, 厚3 mm的玻璃板置于0.50 m×0.30 m×0.05 m(長(zhǎng)×寬×高)的玻璃腔中, 將玻璃板的一面附濾紙, 并接受正上方的光照.將小球藻藻種經(jīng)過(guò)培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期后, 接種相同濃度藻液于醋酸纖維素膜上, 再將其附著于玻璃板的濾紙上, 將附有藻種的玻璃板放入玻璃腔內(nèi), 通過(guò)循環(huán)泵滴加保持小球藻附著材料的濕潤(rùn)狀態(tài), 同時(shí)為保障玻璃腔內(nèi)的穩(wěn)定環(huán)境, 用保鮮膜封住玻璃腔的一面.為了培養(yǎng)液更均勻地滲入藻細(xì)胞內(nèi), 將玻璃培養(yǎng)缸放置一定角度, 熒光燈置于培養(yǎng)腔正上方提供光源.豬糞沼液廢水貼壁培養(yǎng)小球藻時(shí)未通CO2, 以空氣鼓泡代替, 每2 d取樣一次, 共培養(yǎng)8 d.其他外界培養(yǎng)條件與藻種液體培養(yǎng)條件相同.

圖 1 微藻貼壁培養(yǎng)裝置示意

　　1.4 試驗(yàn)指標(biāo)分析方法1.4.1 小球藻細(xì)胞生物量測(cè)定

　　將0.45 μm, 直徑50 mm, 面積為0.001 m2的醋酸纖維濾膜煮沸3次后, 在105℃烘箱中烘至恒重(W1), 將待測(cè)藻樣(DW)用去離子水沖洗至燒杯中, 并倒入抽濾裝置內(nèi)抽濾至已稱(chēng)重的濾膜上, 將附著藻的濾膜放入105℃烘箱中烘至恒重(W2), 用分析天平稱(chēng)量即為藻樣重量(g·m-2).

　　1.4.2 小球藻藻細(xì)胞油脂含量測(cè)定

　　小球藻總脂含量的測(cè)定采用改進(jìn)的氯仿-甲醇法.收集藻細(xì)胞, 用一定量蒸餾水沖洗離心后冷凍干燥.稱(chēng)取50 mg左右(重量W1)藻粉于研缽中, 加入200 mg已烘干的石英砂, 研碎后加入5 mL甲醇, 2.5 mL氯仿, 高速振蕩5 min.搖床12 h, 離心取出上清7.5 mL置于新管1.向固相中再加入5 mL甲醇, 2.5 mL氯仿, 高速振蕩5 min, 搖床2 h, 離心取出上清7.5 mL置于新管1, 后加入5 mL氯仿和9 mL體積分?jǐn)?shù)為1%的NaCl溶液, 保證最終體系為甲醇:氯仿:1%NaCl=2:2:1.8, 振蕩混勻.將新管1于8 000 r·min-1下離心10 min, 去上清, 下層液轉(zhuǎn)移入20 mL干凈玻璃管(已稱(chēng)重W2).吹氮?dú)?61℃水浴, 約10 min待氯仿?lián)]發(fā)殆盡后, 于105℃烘3 h, 冷卻后, 稱(chēng)重W3.

　　1.4.3 貼壁培養(yǎng)基中pH、NH4+-N、TN、TP、COD濃度的測(cè)定

　　取貼壁培養(yǎng)循環(huán)裝置中豬糞沼液廢水, 每2 d分別對(duì)pH、NH4+-N、TN、TP及COD進(jìn)行測(cè)定. pH的測(cè)定應(yīng)用pH計(jì); NH4+-N測(cè)量采用納氏試劑分光光度法(GB 7479-1987); TN測(cè)定采用過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法(GB 11894-1989); TP測(cè)量采用鉬酸銨分光光度法(GB 11893-1989); COD的測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化處理法(GB 11914-1989).

　　1.4.4 貼壁培養(yǎng)基中重金屬Cu2+、Zn2+、Fe2+濃度的測(cè)定

　　重金屬Cu2+、Zn2+、Fe2+的含量測(cè)定采用AAnalyst 400原子吸收分光光度計(jì). Fe2+采用火焰原子吸收分光光度法(GB 11911-89), 檢出限為0.03 mg·L-1; Cu2+、Zn2+都采用原子吸收分光光度法(GB 7475-87), 檢出限均為0.05 mg·L-1.

　　1.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法

　　數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 10.0進(jìn)行單因素方差分析, 采用LSD和Tukey HSD法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)(P<0.05).試驗(yàn)中, 曲線(xiàn)作圖及擬合采用Origin完成.

　　2 結(jié)果與討論2.1 貼壁培養(yǎng)小球藻在不同稀釋倍數(shù)豬糞沼液廢水中生長(zhǎng)狀況

　　本試驗(yàn)中, 試驗(yàn)各處理組的小球藻的生長(zhǎng)情況存在較大的差異(圖 2).試驗(yàn)初期(2 d內(nèi)), 各組的初始小球藻生物量均為8.50 g·m-2. BG11培養(yǎng)基下的小球藻的生長(zhǎng)情況作為空白對(duì)照, 經(jīng)過(guò)8 d培養(yǎng)后, 其生物量?jī)H為21.30 g·m-2, 相應(yīng)的生物產(chǎn)率是1.60 g·(m2·d)-1.各梯度下, 其中除了小球藻在稀釋濃度為1倍豬糞沼液廢水中沒(méi)有明顯生長(zhǎng), 其他梯度組小球藻生物量都明顯增加, 各組生物量變化趨勢(shì)相近, 隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加.各梯度下小球藻生物量變化趨勢(shì)為：初期上升速度較快, 此后生物量增長(zhǎng)幅度較小.經(jīng)過(guò)8 d培養(yǎng), 在各梯度豬糞沼液廢水生長(zhǎng)下小球藻生物量按大小順序排列依次是5倍>2倍>10倍>BG11>1倍.

圖 2 貼壁小球藻在不同稀釋倍數(shù)豬糞沼液廢水下生物量的變化

　　由此可知, 豬糞沼液廢水稀釋5倍的培養(yǎng)條件下, 相較于其他處理組, 其生長(zhǎng)最好, 從圖 2中可明顯看出, 第4 d起該條件下的小球藻生物量便明顯高于其它濃度梯度, 培養(yǎng)8 d后小球藻生物量高達(dá)42.20 g·m-2, 生物產(chǎn)率為4.21 g·(m2·d)-1.在未經(jīng)稀釋的豬糞沼液廢水(1倍)中培養(yǎng)小球藻, 培養(yǎng)相同時(shí)間后生物產(chǎn)率僅為0.33 g·(m2·d)-1.稀釋2倍的豬糞沼液廢水, 其中的小球藻生物產(chǎn)率只有3.15 g·(m2·d)-1.在一定范圍內(nèi), 氮磷濃度越高, 小球藻生長(zhǎng)越快, 超過(guò)一定范圍, 小球藻生長(zhǎng)反之越慢, 進(jìn)而影響生物量的積累. 1倍處理組的豬糞沼液廢水的氮磷濃度較之于小球藻生長(zhǎng)適宜所需要的氮磷濃度要高很多, 一定程度上抑制了藻細(xì)胞的生長(zhǎng), 該條件下小球藻的生物量要明顯低于稀釋5倍條件下的值. BG11培養(yǎng)基是小球藻正常生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)鹽條件, 但從圖 2可知BG11培養(yǎng)條件下的小球藻的生物量低于稀釋2倍培養(yǎng)條件下的小球藻的生物量.由于豬糞沼液廢水的營(yíng)養(yǎng)成分較充裕, 而稀釋2倍的豬糞沼液廢水中, 營(yíng)養(yǎng)成分濃度高于BG11, 但又未達(dá)到抑制小球藻生長(zhǎng)的高濃度水平, 因此生物量積累情況優(yōu)于BG11培養(yǎng)的值.另外, 10倍稀釋倍數(shù)下小球藻的生物量也低于稀釋5倍時(shí)的值, 生物產(chǎn)率只有2.76 g·(m2·d)-1.豬糞沼液廢水稀釋10倍的培養(yǎng)條件下, 可能因?yàn)樨i糞沼液廢水被過(guò)分稀釋后, 其中的營(yíng)養(yǎng)鹽含量較低, 小球藻在其中的生長(zhǎng)因營(yíng)養(yǎng)鹽濃度過(guò)低而受到抑制.

　　2.2 貼壁培養(yǎng)小球藻在不同稀釋倍數(shù)豬糞沼液廢水中油脂積累狀況

　　根據(jù)1.4.2節(jié)中油脂的測(cè)定方法, 各處理組的油脂的測(cè)定值見(jiàn)表 1.豬糞沼液廢水稀釋1倍的培養(yǎng)條件下, 油脂含量為20.5%;豬糞沼液廢水稀釋2倍的培養(yǎng)條件下, 油脂含量為28.5%;豬糞沼液廢水稀釋5倍的培養(yǎng)條件下, 油脂含量為32.7%;豬糞沼液廢水稀釋10倍的培養(yǎng)條件下, 油脂含量為29.7%.比較而言, 沼液稀釋5倍的條件下油脂含量高.

　　表 1 貼壁小球藻在不同稀釋倍數(shù)豬糞沼液廢水下油脂的含量

　　張桂艷等通過(guò)重要理化因子對(duì)小球藻生長(zhǎng)和油脂產(chǎn)量的影響進(jìn)行試驗(yàn), 研究發(fā)現(xiàn)氮濃度變化對(duì)小球藻的生長(zhǎng)和油脂積累都有明顯影響.王翠等研究了pH值對(duì)豬糞沼液廢水培養(yǎng)小球藻生長(zhǎng)及油含量積累情況的影響.研究證實(shí)弱堿性條件下小球藻細(xì)胞油脂積累更有優(yōu)勢(shì).前面研究證明, 豬糞沼液廢水稀釋5倍條件下小球藻生長(zhǎng)最好, 生物量積累最佳.相應(yīng)地在藻細(xì)胞生長(zhǎng)的穩(wěn)定期后, 由細(xì)胞內(nèi)部其他組分轉(zhuǎn)換為油脂的含量也越多.各豬糞沼液廢水稀釋培養(yǎng)條件下, 除了原水(1倍)中藻細(xì)胞油脂含量較低, 其它兩個(gè)處理組的藻細(xì)胞油脂含量相差不大.低濃度豬糞沼液廢水中的營(yíng)養(yǎng)鹽包括氮源含量均較少, 小球藻在其中生長(zhǎng)過(guò)程較慢, 生物量積累不多.但是, 一般情況下, 當(dāng)微藻生長(zhǎng)受到脅迫或限制時(shí), 油脂含量反而會(huì)提高.因此稀釋10倍的油脂含量高于稀釋2倍的處理組的油脂含量.

　　2.3 不同稀釋倍數(shù)下豬糞沼液廢水的pH的變化

　　pH值是衡量藻類(lèi)生長(zhǎng)環(huán)境的重要指標(biāo), 它主要是通過(guò)改變培養(yǎng)基的酸堿度, 進(jìn)而影響培養(yǎng)基溶液的滲透壓, 同時(shí)在呼吸作用中影響微藻對(duì)有機(jī)碳源的利用效果, 因此pH是影響藻類(lèi)生長(zhǎng)代謝的重要因子之一.小球藻生長(zhǎng)的pH值范圍為3.5~9.5.試驗(yàn)期間, 不同稀釋倍數(shù)豬糞沼液廢水培養(yǎng)條件下的pH變化特性如圖 3所示.從中可知, 各處理組培養(yǎng)基的pH在8.1~9.5之間變化.各處理組的變化趨勢(shì)：試驗(yàn)第2 d, 培養(yǎng)基的pH均上升, 之后6 d變化幅度都相對(duì)平穩(wěn).試驗(yàn)初期測(cè)定此豬糞沼液廢水pH為8.1.試驗(yàn)結(jié)果表明, 經(jīng)過(guò)8 d培養(yǎng), 稀釋1倍的培養(yǎng)基pH為8.2, 稀釋2倍的培養(yǎng)基pH為9.1, 稀釋5倍的培養(yǎng)基pH為9.5, 稀釋10倍的培養(yǎng)基pH為8.7, 各處理組間培養(yǎng)基pH差異較為明顯, pH按大小順序依次為5倍>2倍>10倍>1倍.由于培養(yǎng)基中的pH主要是由二氧化碳的電離平衡決定, 小球藻的光合作用是以水體中二氧化碳、碳酸根、碳酸氫根為原料, 光合作用越強(qiáng), 電離平衡就往氫氧根方向移動(dòng), 造成pH升高.結(jié)合2.1節(jié)已經(jīng)得出稀釋5倍條件下, 小球藻的生物量最高, 那么, 在光照強(qiáng)度、溫度、培養(yǎng)基總量、初始接種量等相同的培養(yǎng)條件下, 再結(jié)合圖 2分析, 不難得出, pH隨小球藻生物量的增加而升高, 從而使得培養(yǎng)基呈弱堿性.因此, 比較而言弱堿性條件有利于油脂的積累, 這也與Guckert等的研究相吻合.

圖 3 不同稀釋倍數(shù)豬糞沼液廢水中pH的變化

　　2.4 不同稀釋倍數(shù)下小球藻凈化豬糞沼液廢水中營(yíng)養(yǎng)鹽的效果

　　小球藻培養(yǎng)一個(gè)周期后(8 d), 不同稀釋倍數(shù)豬糞沼液廢水中COD、NH4+-N、TN、TP濃度的變化情況如圖 4所示.

圖 4 不同稀釋倍數(shù)豬糞沼液廢水中營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度

　　由于藻細(xì)胞在生長(zhǎng)過(guò)程中需要利用廢水中有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行自身物質(zhì)的合成, COD是沼液中的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì), 也是養(yǎng)殖業(yè)需要考慮能否達(dá)標(biāo)排放的重要指標(biāo).通過(guò)對(duì)豬糞沼液廢水稀釋一定的倍數(shù)培養(yǎng)小球藻, 同時(shí)觀(guān)察其對(duì)豬糞沼液廢水凈化的效果.從圖 4(a)中可以看出, 豬糞沼液廢水稀釋倍數(shù)為1、2、5、10倍的培養(yǎng)液COD初始值分別為385.77、267.87、116.10、82.00 mg·L-1.培養(yǎng)8 d, 相應(yīng)的各處理組豬糞沼液廢水中的COD值分別下降為97.19、55.99、16.12、21.53 mg·L-1, 去除效率分別為74.8%、79.1%、86.8%、73.7%.本試驗(yàn)表明, 小球藻在豬糞沼液廢水稀釋倍數(shù)為1、2、5倍的培養(yǎng)基中能夠生長(zhǎng)良好, 在培養(yǎng)周期內(nèi)COD下降速度非�？�, 去除COD的效率隨著培養(yǎng)基稀釋倍數(shù)的增加而增加.但是豬糞沼液廢水稀釋10倍時(shí)小球藻去除COD速率緩慢, 這或許是因?yàn)橄♂尡稊?shù)較大, 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)質(zhì)量濃度過(guò)低, 培養(yǎng)基中低濃度的有機(jī)質(zhì)無(wú)法較好地滿(mǎn)足小球藻所需物質(zhì)合成的需要.因此小球藻在豬糞沼液廢水稀釋倍數(shù)為5倍時(shí)去除COD效率最好, 其對(duì)于COD的去除效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的液體培養(yǎng)處理法.

　　圖 4(b)為不同處理組NH4+-N的去除效果.初始豬糞沼液廢水的NH4+-N值為578.27 mg·L-1, 試驗(yàn)第1 d, 豬糞沼液廢水稀釋倍數(shù)為2、5、10倍的混合液中的NH4+-N值分別為293.72、134.17、38.20 mg·L-1.試驗(yàn)開(kāi)始后各處理組NH4+-N質(zhì)量濃度迅速下降, 前4 d的變化相當(dāng)明顯.試驗(yàn)結(jié)束第8 d, 各處理組中沼液的NH4+-N值分別降低為103.19、13.61、2.67、3.10 mg·L-1, 去除效率分別為82.2%、87.8%、94.1%、91.9%.微藻對(duì)培養(yǎng)液中氨氮的去除方式有兩種, 一是藻類(lèi)的生長(zhǎng)吸收消耗的易吸收氮源主要是氨氮, 用于合成自身細(xì)胞所需的有機(jī)物; 二是微藻光合作用時(shí), 溶液中pH值升高, 從而導(dǎo)致氨氮的揮發(fā).本試驗(yàn)中, 稀釋10倍的培養(yǎng)基中, 混合液的氨氮濃度相對(duì)較低, 但仍然可以提供滿(mǎn)足小球藻生長(zhǎng)的條件.而稀釋1倍和2倍的培養(yǎng)基由于營(yíng)養(yǎng)成分略高于小球藻適宜的生長(zhǎng)條件, 有抑制小球藻生長(zhǎng)的可能性.綜上所述稀釋5倍的處理組NH4+-N值的去除效果是最好的.

　　從圖 4(c)可知, 豬糞沼液廢水稀釋倍數(shù)為1、2、5、10倍的混合液中的TN初始值分別為63.03、33.09、14.49、5.34 mg·L-1.試驗(yàn)第8 d, 各處理組中豬糞沼液廢水中的TN值分別降低為9.87、4.95、2.29、0.88 mg·L-1, 相應(yīng)地去除效率分別為84.3%、85.0%、85.2%、83.6%.微藻對(duì)于沼液中氮化合物的去除主要是通過(guò)其吸收作用, 將含氮化合物通過(guò)自養(yǎng)作用合成藻細(xì)胞中氨基酸以及蛋白質(zhì)等物質(zhì).由于豬糞沼液廢水稀釋10倍時(shí), 低濃度的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)雖對(duì)小球藻的生長(zhǎng)有一定影響, 但去除TN效率仍然可以達(dá)到83.6%.其他處理組的處理效率也均在80.0%以上.因此小球藻對(duì)于豬糞沼液廢水中TN去除效果很好.

　　圖 4(d), 初始豬糞沼液廢水的TP值為39.12 mg·L-1, 豬糞沼液廢水稀釋2、5、10倍的混合液中TP值分別為18.53、6.65、4.86 mg·L-1.培養(yǎng)至第8 d, 各處理組培養(yǎng)基中的TP值分別降低為11.63、2.86、1.05、1.84 mg·L-1, 去除效率分別為70.3%、84.5%、84.3%、62.1%.同樣, 微藻對(duì)磷的去除途徑主要有兩種：一是微藻生長(zhǎng)同化培養(yǎng)液中的磷元素, 合成自身的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì).二是藻的光合作用使溶液中pH值上升, 磷元素以難溶鹽的形式沉淀下來(lái). 圖 4(d)反映了各組豬糞沼液廢水中TP的去除趨勢(shì), 很明顯隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng), TP逐漸被小球藻利用代謝, 效率均達(dá)到83%以上, 高于Ruan等用傳統(tǒng)方式的凈化效果.當(dāng)豬糞沼液廢水稀釋5倍時(shí)TP的濃度下降速度較為均勻并且下降速率最高.

　　2.5 不同稀釋倍數(shù)下小球藻對(duì)重金屬Cu2+、Fe2+、Zn2+的去除效果

　　研究人員發(fā)現(xiàn)有些藻體對(duì)重金屬具有一定的富集能力, 這使藻類(lèi)作為生物吸附劑修復(fù)水體重金屬污染成為可能.對(duì)重金屬Cu2+、Fe2+、Zn2+共存情況下的豬糞沼液廢水進(jìn)行定期取樣檢測(cè), 測(cè)定小球藻對(duì)Cu2+、Fe2+、Zn2+的去除情況, 如表 2所示.

　　表 2 不同稀釋倍數(shù)豬糞沼液廢水中重金屬濃度/mg·L-1

　　從表 2中可以看出, 小球藻對(duì)Cu2+、Fe2+、Zn2+的去除是個(gè)較為快速的過(guò)程.試驗(yàn)開(kāi)始2 d后, 各處理組中Cu2+、Fe2+、Zn2+的濃度迅速下降, 培養(yǎng)6 d后逐漸趨于平緩.稀釋1、2、5、10倍的豬糞沼液廢水對(duì)于Cu2+的去除效率分別為：65.0%、64.9%、72.9%、35.0%.其中去除效率最高的是稀釋5倍的培養(yǎng)基, Cu2+濃度由初始0.70 mg·L-1下降到了0.19 mg·L-1.稀釋1、2、5、10倍的豬糞沼液廢水對(duì)于Fe2+的除去效率分別為43.8%、70.6%、73.0%、67.3%.此時(shí), 去除效率最高的也是稀釋5倍的豬糞沼液廢水, 該培養(yǎng)基中的Fe2+濃度由0.89 mg·L-1降低到0.24 mg·L-1.稀釋1、2、5倍的豬糞沼液廢水對(duì)于Zn2+的除去效率分別為62.5%、59.4%、70.0%.由于Zn2+使用1.4.4節(jié)中試驗(yàn)方法測(cè)試時(shí), 其檢出限為0.05 mg·L-1. 10倍的豬糞沼液廢水中Zn2+的初始含量為0.11 mg·L-1, 第2 d其含量已經(jīng)檢測(cè)不到.以上分析可知, 稀釋5倍的培養(yǎng)基對(duì)于重金屬Cu2+、Fe2+、Zn2+的吸收效果是最好的.

　　5倍稀釋倍數(shù)的培養(yǎng)基對(duì)于重金屬Cu2+、Fe2+、Zn2+的吸收效果表明, 其吸附能力大小依次為：Fe2+>Cu2+>Zn2+.吳海鎖等研究了多種金屬離子共存時(shí), 小球藻對(duì)金屬的吸附具有一定的選擇性, 其對(duì)Cu2+的吸附能力強(qiáng)于Zn2+, 且不同離子間有一定的抑制作用, 這與本研究結(jié)果相似.各處理組由于重金屬濃度還未達(dá)到毒害藻體死亡的含量, 因此4個(gè)處理組的去除效率都是逐漸升高的.這與藻細(xì)胞對(duì)重金屬的吸附機(jī)制有關(guān), 吸附的最初時(shí)期金屬離子通過(guò)絡(luò)合、離子交換等作用吸附在細(xì)胞壁上, 這是一個(gè)快速吸附的過(guò)程, 此后在細(xì)胞代謝的作用下吸附在表面的金屬離子被轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞體內(nèi), 重金屬被藻細(xì)胞富集, 因此去除率隨時(shí)間慢慢上升.但是1倍、2倍處理組對(duì)重金屬離子的去除效果并未像5倍時(shí)那么好, 而10倍處理組由于稀釋倍數(shù)過(guò)高, 最終的去除效果也并非如5倍時(shí)明顯.這可能是由于金屬陽(yáng)離子進(jìn)入藻液時(shí)立即被細(xì)胞壁上的羥基(—OH)、羧基(—COOH)等基團(tuán)水解釋放的陰離子和質(zhì)子結(jié)合, 吸附在細(xì)胞表面, 而同時(shí)重金屬對(duì)藻細(xì)胞的脅迫作用致使藻細(xì)胞生長(zhǎng)受阻.或可能由于某一種金屬進(jìn)入藻液后和氨基、羧基等功能基團(tuán)相互作用并大量附著在藻細(xì)胞表面.重金屬對(duì)小球藻生長(zhǎng)有抑制作用, 低濃度下抑制效果不明顯, 高濃度下顯著影響藻細(xì)胞生長(zhǎng), 且重金屬大量存在會(huì)使藻細(xì)胞破碎.但由于本試驗(yàn)中培養(yǎng)基中重金屬濃度并非很高, 所以并未對(duì)小球藻正常的生長(zhǎng)產(chǎn)生較大影響, 反而一定程度上可以滿(mǎn)足小球藻生長(zhǎng)對(duì)于微量元素的需求, 所以最終的去除效率也較明顯.具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3 結(jié)論

　　(1) 小球藻貼壁培養(yǎng)處理豬糞沼液廢水是可行的.在不同稀釋倍數(shù)下(1、2、5、10倍)的豬糞沼液廢水中, 小球藻均能生長(zhǎng).在豬糞沼液廢水稀釋5倍時(shí), COD為121.72 mg·L-1, 氨氮為134.17 mg·L-1、總氮為14.49 mg·L-1、總磷為6.65 mg·L-1, 此時(shí)小球藻生長(zhǎng)最好, 培養(yǎng)一個(gè)周期8 d后生物產(chǎn)率為4.21 g·(m2·d-1).對(duì)COD、氨氮、總氮、總磷的去除效率最高, 分別為：86.8%、94.1%、85.2%、84.3%.

　　(2) 豬糞沼液廢水稀釋5倍時(shí), 小球藻貼壁培養(yǎng)藻細(xì)胞的油脂含量最高, 為32.7%, 其次是稀釋2倍下, 小球藻油脂含量為28.5%.同時(shí), 在豬糞沼液廢水稀釋5倍時(shí), 小球藻貼壁培養(yǎng)去除重金屬銅、鋅、鐵的效果最好, 去除率分別是72.9%、70.0%、73.0%.