固定化柵藻對廢水中氮磷的去除作用

鄒世娟

摘 要：通過對固定化藻類生物富積作用的利用，去除廢水中的氮磷，將柵藻包埋固定在海藻酸鈉膠球中，對人工廢水進行深度凈化。實驗研究了氮磷含量和氮磷比例等因素對污水中NH4+-N和PO43--P的去除效率的影響及處理過程中藻類的生長變化。結(jié)果表明：藻細胞對NH4+-N和PO43--P的去除率在靜止初期比末期高。在處理5天后，凈值初期的藻細胞對NH4+-N和PO43--P的去除率分別為75.01和90.17%。

關(guān)鍵詞：固定化柵藻；廢水深度凈化；氮磷去除

近年來，在廢水處理中運用固定化藻細胞技術(shù)的研究，受到國際廣泛關(guān)注。據(jù)現(xiàn)有研究表明，固定化藻類對人工廢水的深度凈化，能有效的去除廢水中的氮磷，實現(xiàn)廢水的再利用。具體的操作是運用化學(xué)或物理的方法把藻類的細胞固定在載體上，保證其在有更好的生物活性的前提下還能不溶解于水，從而對廢水進行處理，具有藻細胞反應(yīng)快、濃度高、運行可靠等優(yōu)勢，且相比于懸浮性藻細胞在反應(yīng)器內(nèi)停留更久，不易被水沖刷。

一、材料與實驗方法

（一）材料

本實驗藻種來自天津科技大學(xué)七公寓生活污水收集池分離出來的柵藻。

取生長7天左右20ml的非固定化柵藻接種于含有150ml培養(yǎng)基的250ml的錐形瓶中，然后在溫度為26℃-30℃，由25W日照燈管提供的光強5800ux-6200ux條件下培養(yǎng)。藻類生長由細胞計數(shù)進行監(jiān)測。

電子分析天平：梅特勒——托利多儀器有限公司；

高壓滅菌鍋 ：YM50，上海博訊有限公司；

高速臺式冷凍離心機：TGL-16M型，湖南湘儀有限公司；

光照培養(yǎng)箱：2PG-280 ，黑龍江東拓儀器制造有限公司；

紫外可見分光光度計：UV-1800，日本島津公司；

顯微鏡：Nikon ECLIPSE E100，日本尼康；

燒杯等玻璃儀器（實驗所用玻璃器皿先用洗滌劑清洗，再在高濃度洗滌劑中浸泡一天后，用自來水反復(fù)沖洗，最后用蒸餾水淋洗3次清洗好的玻璃器皿再晾干，所有器皿使用前經(jīng)20分鐘高壓滅菌。）

（二）實驗設(shè)計和方法

（1）藻細胞固定化及脫固定化

①固定化：用無NP的Dauta培養(yǎng)基再懸浮離心收獲后的藻細胞，與已經(jīng)滅菌的5%褐藻酸鈉溶液均勻混合，用注射器吸取一定量的藻膠液滴入預(yù)冷的0.2mol/L CaCl2中，一小時后得到直接約為4mm的固定化膠球。

②脫固定化：取一定量的廢水和含藻膠球，廢水用于測試氮磷濃度，膠球放入1.5%的檸檬酸鈉化解液的具塞離心管中，搖動直至膠球完全溶解，使藻細胞呈懸浮狀，用于測定藻細胞生物量的測定。

（2）廢水處理

①人工廢水配置

用無NP的Dauta培養(yǎng)基再加入NH4CL和NaH2PO4配置成15mg/L的NH4+-N，1.5mg/L的PO43--P

②凈化反應(yīng)的設(shè)計

在光照培養(yǎng)箱中，放置250ml錐形瓶并加入100ml人工廢水，再在瓶中放入100個含藻膠球，進行凈化反應(yīng)。將反應(yīng)溫度調(diào)至22℃-24℃之間，光強為2500-2900lux。之后，每天取10個膠球和10ml人工廢水進行NP測定分析。

（3）不同NP比對去除率的影響

在培養(yǎng)基條件下，在含150ml人工廢水的250ml錐形瓶中加入200個含藻膠球，同時加入相同數(shù)量的懸浮柵藻于含150ml人工廢水的250ml錐形瓶中加入200個含藻膠球，饑餓處理后進行實驗，初始磷濃度為10mg/L。

二、結(jié)果和討論

（一）藻類生長規(guī)律分析

通過一定的實驗我們可以得出并繪制出柵藻的生長曲線圖，如下圖1?？梢钥闯銎渥畲蟮募毎麛?shù)是出現(xiàn)在第10天，為1.75×106個/ml。微生物的生長趨勢大致可以分成以下四個時期：延遲期：此時期就是當(dāng)藻類在接受新鮮的培養(yǎng)基后，生長繁殖的速度很慢，要經(jīng)歷一定時間的適應(yīng)及調(diào)整，才可以合成多種酶，并在自身體內(nèi)完成細胞及酶系統(tǒng)的成分；對數(shù)期，這時候的細胞在以對數(shù)的形式無限增加，總藻數(shù)與活躍的藻數(shù)已經(jīng)接近，其生長速度也達到了最高峰，細胞代謝的能力達到最大，酶活力也變得最高，這時期的細胞是研究工作中最理想的材料之一；靜止期是在生長過程中，不斷的消耗營養(yǎng)物質(zhì)及代謝毒物，造成PH值與氧氣都失去平衡，導(dǎo)致細胞的分裂速度降低，延長了其世代的時間，使得細胞的活力下降；衰亡期即是死亡期，這時候的藻類群體集體的衰亡，死亡率大于其繁殖率，活藻細胞的數(shù)量在明顯的減少。

（二）不同N：P對于磷酸鹽去除率的影響

由圖2可知，在初始P濃度一樣的條件下，非固定化柵藻吸收磷酸鹽的速率明顯高于固定化柵藻，其原因是固定化對細胞吸收營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生干擾。由于細胞對氮、磷的吸收要先克服載體材料對其的吸附，即載體會對傳質(zhì)過程產(chǎn)生影響，所以在磷被細胞吸收之前，需先通過載體本身，延長了物質(zhì)進入細胞體的時間。正是由于這種作用導(dǎo)致了固定化細胞對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收滯后于非固定化態(tài)藻的現(xiàn)象。不過而后第二天開始，磷酸鹽的吸收速率明顯上升，可能是由于膠球的材料對于磷酸鹽的吸收也已穩(wěn)定，使得磷酸鹽交換進入膠球的速率增大。由圖可以看出，N：P對于磷酸鹽的吸收有一定影響，N：P越大，越能刺激磷酸鹽的吸收。其原因可能是N：P越大，培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)越豐富，使得膠球內(nèi)的細胞生長迅速，這會需要N元素合成核酸、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)，同理也需要大量的磷元素。

三、總結(jié)

綜上所述，本文通過對廢水中的柵藻進行培養(yǎng)后再對廢水中NP進行去除，以此探究NP含量對固定化柵藻和非固定柵藻細胞的生長和氮磷去除率都有影響。固定化藻類在氮磷的去除中有著較高的效率，這種方法在廢水氮磷去除中有著極為深遠的應(yīng)用前景，且具有重要的生態(tài)意義。這種方式將在城市污水、工業(yè)廢水等處理中有著極高的價值。目前要讓該技術(shù)變?yōu)閷嵱梅椒?，仍需我們科研人員進一步努力。

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