鹽藻在海水養(yǎng)殖廢水中的生長及對廢水的凈化作用

葉志娟　劉兆普

摘要：以f/2培養(yǎng)基為對照，采用不同濃度海水養(yǎng)殖廢水培養(yǎng)鹽藻，研究其對廢水的凈化作用。結(jié)果表明，鹽藻在海水養(yǎng)殖廢水中能正常生長，利用海水養(yǎng)殖廢水培養(yǎng)鹽藻是可行的，采用不同體積分數(shù)的海水養(yǎng)殖廢水處理鹽藻，鹽藻生長差異顯著，生長情況好壞順序為f/2、100%、10%、25%、50%、75%、90%、0%（純海水），培養(yǎng)后廢水水體中氨態(tài)氮基本上檢測不到，10%海水養(yǎng)殖廢水處理的硝酸鹽和磷酸鹽去除率均最低，相對較低體積分數(shù)的海水養(yǎng)殖廢水處理對硝酸鹽的去除率較高，而相對較高體積分數(shù)的海水養(yǎng)殖廢水處理對磷酸鹽的去除率較高。

關(guān)鍵詞：鹽藻；養(yǎng)殖廢水；生長；凈化

中圖分類號：Q949.21+2；X55 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）01-0039-04

近年來，我國的海水養(yǎng)殖業(yè)飛速發(fā)展，迅速成為養(yǎng)殖產(chǎn)量世界第一的水產(chǎn)大國，養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展必然帶來海水養(yǎng)殖廢水的排放問題，但其排放標(biāo)準(zhǔn)尚未頒布，為減少養(yǎng)殖成本，養(yǎng)殖場大多未經(jīng)處理或處理不到位而直接將廢水排入海中。目前，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對海水養(yǎng)殖廢水的處理方法進行了很多研究[1，2]，如采用常規(guī)的物理、化學(xué)和生化的廢水處理方法[3]，也研究了綜合養(yǎng)殖廢水處理方法，即建立人工濕地生態(tài)系統(tǒng)法[4]，但尚沒有成熟的處理技術(shù)能高效地去除海水養(yǎng)殖廢水中的氮磷營養(yǎng)鹽。在此基礎(chǔ)上，研究利用海洋微藻凈化海水養(yǎng)殖廢水的可行性及其吸收營養(yǎng)鹽的效果，可為凈化海洋環(huán)境、促進水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)健康良性循環(huán)提供理論依據(jù)及技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 藻種

鹽藻（Dunaliella salina）藻種由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋生物學(xué)實驗室提供。

1.2 海水養(yǎng)殖廢水水樣

海水養(yǎng)殖廢水取自某魚類養(yǎng)殖場，海水取自近海海域。海水養(yǎng)殖廢水和海水均經(jīng)沉淀、膜過濾后使用，設(shè)計了海水養(yǎng)殖廢水不同體積分數(shù)，分別為0%（純海水）、10%、25%、50%、75%、90%和100%，以基本培養(yǎng)基f/2為對照。培養(yǎng)前海水養(yǎng)殖廢水及海水的水樣養(yǎng)分特性見表1。

1.3 培養(yǎng)條件

將對數(shù)生長期的鹽藻藻液接種于300 mL的三角瓶中，以1∶10的比例接種，初始接種量為6.78×106 個/mL，在智能光照培養(yǎng)箱（ZPG-280型）中進行培養(yǎng)，設(shè)置培養(yǎng)溫度為23 ℃，光照度為3 000 lx，每天定時搖動3次，每次搖動1 min。

1.4 鹽藻細胞計數(shù)

在光學(xué)顯微鏡下以0.1 mL血球計數(shù)板直接計數(shù)鹽藻細胞的數(shù)量，培養(yǎng)后采用722可見分光光度計每天定時測定樣品的OD700 nm。

1.5 葉綠素含量的測定

取15 mL鹽藻藻液，真空抽濾到硝酸纖維濾膜上，添加5 mL 90%的丙酮在黑暗低溫中抽提，20 h后，4 000 r/min離心5 min，上清液在663 nm、645 nm波長下測定出OD663 nm、OD645 nm，采用公式法計算藻液中葉綠素的含量：葉綠素含量=8.02×OD663 nm+20.2×OD645 nm[5]。

1.6 培養(yǎng)中生理指標(biāo)的測定

總氮采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定，氨態(tài)氮采用靛酚藍分光光度法測定，硝態(tài)氮采用鎘柱還原-鹽酸萘乙二胺法測定，亞硝態(tài)氮采用鹽酸萘乙二胺分光光度法測定，磷酸鹽采用磷鉬藍分光光度法測定，溶解氧采用碘量法測定，化學(xué)需氧量采用堿性高錳酸鉀氧化法測定，pH采用pH計測定，水樣中的鹽度采用鹽度計直接測定[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽藻細胞數(shù)量與OD700 nm的關(guān)系及利用海水養(yǎng)殖廢水培養(yǎng)鹽藻的可行性分析

以f/2培養(yǎng)基培養(yǎng)鹽藻，培養(yǎng)到一定時間分別取1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 mL鹽藻藻液于50 mL容量瓶中定容，以0.1 mL血球計數(shù)板分別計數(shù)，每個樣品計數(shù)3次，取平均值，得出鹽藻細胞數(shù)量，測定OD700 nm，圖1表示的是鹽藻細胞數(shù)與OD700 nm的關(guān)系。從圖1可以看出， 鹽藻細胞數(shù)與OD700 nm呈明顯的正相關(guān)，r2為0.993 9，由此得出結(jié)論，在試驗中可直接測定OD700 nm來表示鹽藻細胞生長情況。

以f/2培養(yǎng)基、海水、海水養(yǎng)殖廢水培養(yǎng)鹽藻，圖2表示的是鹽藻在不同培養(yǎng)液中的生長情況，結(jié)果表明，鹽藻在海水養(yǎng)殖廢水中生長正常，與f/2相比，鹽藻在海水養(yǎng)殖廢水中的生長與之相當(dāng)，表明利用海水養(yǎng)殖廢水培養(yǎng)鹽藻是可行的，接下來探討不同體積分數(shù)海水養(yǎng)殖廢水培養(yǎng)對鹽藻生長的影響及對廢水的凈化作用。

2.2 不同體積分數(shù)海水養(yǎng)殖廢水培養(yǎng)處理下鹽藻的生長及對海水養(yǎng)殖廢水的凈化作用

2.2.1 不同體積分數(shù)海水養(yǎng)殖廢水培養(yǎng)處理對鹽藻生長的影響 不同體積分數(shù)海水養(yǎng)殖廢水培養(yǎng)下鹽藻的生長情況如圖3。由圖3可知， 鹽藻在不同體積分數(shù)的海水養(yǎng)殖廢水中均能生長，具體生長情況為f/2>100%>10%>25%>50%>75%>90%，均高于純海水處理的生長速率，其中100%、10%、25%海水養(yǎng)殖廢水處理之間生長速度無顯著差異，但顯著高于其他體積分數(shù)海水養(yǎng)殖廢水處理，而75%、50%、90%海水養(yǎng)殖廢水以及純海水處理之間第3天開始一直呈顯著差異。表明不同體積分數(shù)海水養(yǎng)殖廢水促進了鹽藻的生長，因此如果將其直接排放入海中將會導(dǎo)致鹽藻的大量繁殖，造成水體嚴重污染。

2.2.2 不同體積分數(shù)養(yǎng)殖廢水培養(yǎng)對鹽藻葉綠素含量的影響 不同體積分數(shù)海水養(yǎng)殖廢水處理對鹽藻葉綠素含量的影響如圖4。由圖4可知，與對照f/2相比，100%海水養(yǎng)殖廢水處理下鹽藻葉綠素的累積量達到最高，50%、75%海水養(yǎng)殖廢水處理下葉綠素積累較高。鹽藻的葉綠素積累與細胞生長呈一定的相關(guān)性，說明葉綠素可以作為衡量鹽藻生長的一個指標(biāo)。海水培養(yǎng)的鹽藻葉綠素含量最低，僅為0.290 mg/L，100%海水養(yǎng)殖廢水處理葉綠素含量顯著高于其他體積分數(shù)海水養(yǎng)殖廢水處理，也顯著高于f/2處理，除50%海水養(yǎng)殖廢水處理外，90%、75%、25%、10%4個海水養(yǎng)殖廢水處理之間鹽藻葉綠素積累無明顯差異，100%海水養(yǎng)殖廢水處理的葉綠素含量是海水處理的18倍左右，表明了海水養(yǎng)殖廢水的直接排放對海洋水質(zhì)污染的巨大影響。endprint

2.3 不同體積分數(shù)海水養(yǎng)殖廢水培養(yǎng)鹽藻過程中水質(zhì)的動態(tài)變化

2.3.1 pH動態(tài)變化 海水養(yǎng)殖廢水培養(yǎng)鹽藻過程中水體pH變化情況如圖5。由圖5可知，不同體積分數(shù)海水養(yǎng)殖廢水處理水樣的pH均隨著培養(yǎng)時間的延長先增加或穩(wěn)定而后降低，培養(yǎng)至第九天時各處理的pH趨于一致，維持在8.5左右。除對照f/2處理的pH一直處于最高的水平外，其他處理的pH均隨著海水養(yǎng)殖廢水水樣體積分數(shù)的增加而增加，即100%>90%>75%>50%>25%>10%，并且各處理海水養(yǎng)殖廢水處理的水樣pH均高于純海水處理。海水養(yǎng)殖廢水培養(yǎng)鹽藻過程中pH大致呈現(xiàn)先稍增加后降低最后趨于穩(wěn)定的趨勢，生長初期，低體積分數(shù)海水養(yǎng)殖廢水處理pH較低，高體積分數(shù)海水養(yǎng)殖廢水處理較高，而隨著鹽藻的生長，pH最終趨于穩(wěn)定，說明初始pH并不是影響鹽藻生長的主要因子，它可以通過自身的調(diào)節(jié)機制使最終pH趨于穩(wěn)定，說明了鹽藻可以通過自身的生理調(diào)節(jié)機制來調(diào)節(jié)其生長。

2.3.2 溶解氧（DO）的動態(tài)變化 鹽藻培養(yǎng)過程中水體中溶解氧變化同pH變化趨勢一致，同其生長也有一定的相關(guān)性（圖6），低體積分數(shù)海水養(yǎng)殖廢水處理下DO較高，培養(yǎng)到第九天時，各處理水樣的DO趨于一致，大致呈現(xiàn)出先增加后減小最終趨于一致的趨勢，在鹽藻生長后期，各處理組DO均趨于一致，可能原因是鹽藻的生長階段已經(jīng)到了消長平衡期，因此溶解氧呈現(xiàn)趨于穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.3.3 化學(xué)需氧量（COD）的動態(tài)變化 鹽藻培養(yǎng)過程中COD代謝緩慢（圖7），開始時f/2處理較低，體積分數(shù)90%的海水養(yǎng)殖廢水處理含量較高，培養(yǎng)到第九天，100%、90%和f/2的COD含量維持在一個較高的水平，而低體積分數(shù)的海水養(yǎng)殖廢水處理則相對較低，特別是海水處理的樣品，在整個過程中均處于較低水平，總體代謝緩慢。各體積分數(shù)海水養(yǎng)殖廢水處理水樣COD變化大致呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，在一定的程度上可以說明鹽藻不易吸收廢水中的有機成分。

2.3.4 鹽藻培養(yǎng)處理后水體中氮、磷的含量及形態(tài)

鹽藻培養(yǎng)后培養(yǎng)液經(jīng)0.45 μm濾膜抽濾后得培養(yǎng)后水樣。

培養(yǎng)后水體中的氨態(tài)氮基本上檢測不到，說明鹽藻已經(jīng)充分利用了廢水中氨態(tài)氮。這與在水體中同時存在硝態(tài)氮和氨態(tài)氮時氨態(tài)氮被優(yōu)先吸收有重要的關(guān)系，同時，氨態(tài)氮也抑制了鹽藻細胞對硝態(tài)氮的吸收利用。

鹽藻培養(yǎng)后硝酸鹽和磷酸鹽的利用情況見圖8。由圖8可知，海水處理時N、P養(yǎng)分的利用率均達到100%，10%海水養(yǎng)殖廢水處理時硝酸鹽和磷酸鹽的去除率均最低，低體積分數(shù)的海水養(yǎng)殖廢水處理時硝酸鹽的去除率較高，而高體積分數(shù)的海水養(yǎng)殖廢水處理時磷酸鹽的去除率較高。25%、50%、75%及f/2處理下硝態(tài)氮的去除率均達到100%，0%海水養(yǎng)殖廢水處理下硝態(tài)氮和磷酸鹽的去除率也達到100%，對于磷酸鹽來說，隨著海水養(yǎng)殖廢水體積分數(shù)的增加，各處理去除率呈現(xiàn)增加的趨勢。

3 結(jié)論

1）研究結(jié)果表明，鹽藻在不同體積分數(shù)的海水養(yǎng)殖廢水中均能生長，生長情況與對照f/2培養(yǎng)基處理相當(dāng)，說明利用海水養(yǎng)殖廢水培養(yǎng)鹽藻是可行的。f/2處理及海水養(yǎng)殖廢水處理鹽藻的生長情況、積累的葉綠素含量均高于純海水處理；培養(yǎng)過程中水體的pH和DO均為先增加后減小最終趨于穩(wěn)定，COD沒有太大的變化；氨態(tài)氮的去除率均達到了100%，硝酸鹽、磷酸鹽的去除率均為海水處理的達最大，為100%。

2）從培養(yǎng)前各培養(yǎng)液的養(yǎng)分情況看，f/2中的磷含量比較高，而硝態(tài)氮和氨態(tài)氮低于100%海水養(yǎng)殖廢水，而鹽藻以f/2處理生長速度較快，說明了鹽藻在生長過程中磷制約作用大于氮，這與國內(nèi)外報道的藻類生長受磷限制基本一致。

參考文獻：

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