不同營養(yǎng)模式下固定化斜生柵藻和普通小球藻氨氮去除能力對比分析

劉 祥, 楊美娟, 散而復(fù), 王凱軍

清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，環(huán)境模擬與污染控制國家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京 100084

隨著我國工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展及城鎮(zhèn)化水平的提高，用水量和污水產(chǎn)生量均呈逐年增長態(tài)勢，水資源短缺和水污染問題也隨之日益突出. 其中，氮和磷過度排放引起的水體富營養(yǎng)化是當(dāng)前最典型的水環(huán)境問題[1-2]，它不僅破壞了水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，而且嚴(yán)重威脅了人類飲水安全. NH4+-N作為藻類優(yōu)先利用的無機(jī)氮源，是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的主要誘因[3]. 污水廠二級出水作為水體NH4+-N的重要輸入，削減其排放量是水環(huán)境生態(tài)治理的關(guān)鍵.

活性污泥法和生物膜法作為生物脫氮的主流方法，具有技術(shù)成熟和出水穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但其脫氮效率對碳源和能源的依賴性強(qiáng)[4-5]. 目前國內(nèi)諸多污水處理廠通過外加碳源來滿足總氮達(dá)標(biāo)排放，但衍生出運(yùn)行費(fèi)用和污泥產(chǎn)量高等問題. 針對傳統(tǒng)生物脫氮工藝的局限性，相關(guān)學(xué)者一直致力于新型脫氮技術(shù)的研發(fā). 20世紀(jì)50年代末，Oswald等[6]提出了“微藻處理污水”的新概念，此后，該技術(shù)一直是新型污水處理技術(shù)的典型代表. 微藻是一類個(gè)體微小、形態(tài)多樣且種類繁多的原核或真核生物，具有光合作用效率高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、生長周期短和生物質(zhì)產(chǎn)量高等特點(diǎn)[7-8]. 它以CO2為碳源，通過光合作用把污水中不同形態(tài)的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)締結(jié)到碳骨架上合成有機(jī)物，如多不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)和多糖等，這不僅可緩解溫室效應(yīng)，還可實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)元素的資源化利用[9]. 近年來諸多研究[10-11]證實(shí)，微藻除了可自養(yǎng)生長外，還可利用有機(jī)物進(jìn)行異養(yǎng)或混養(yǎng)生長. 迄今已篩選出許多可高效凈化水質(zhì)的藻種，其中尤以綠藻居多. 因此，微藻培養(yǎng)耦合污水處理是真正實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)元素“減排”和“資源化”雙重效應(yīng)的綠色生物技術(shù).

然而，藻水分離問題一直限制著微藻生物技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展. 20世紀(jì)80年代中期，伴隨著生物固定化技術(shù)的廣泛研究，Chevalier等[12]首次提出藻類固定化技術(shù)并嘗試將其用于污水處理領(lǐng)域，該技術(shù)既可以保持藻類長時(shí)間正常生長，又能阻止活性藻隨水流失. 目前，藻類固定化的方法主要有吸附法和包埋法[13]，但由于吸附法固定的藻細(xì)胞容易脫落，包埋法的應(yīng)用更加廣泛. 固定化載體材料多為PVA (聚乙烯醇)和SA (海藻酸鈉)，它們具有機(jī)械強(qiáng)度大、傳質(zhì)性能好和耐生物分解等特性[14]. 毛書端等[15]通過PVA和SA的對比研究，發(fā)現(xiàn)以PVA為包埋材料制成的固定化小球穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度要優(yōu)于SA，但小球形狀不規(guī)則且傳質(zhì)性能低于SA. 傅海燕等[16]研究了SA、PVA和SA+PVA復(fù)合載體，結(jié)果表明，以SA為載體制備的小球傳質(zhì)性能優(yōu)于PVA，但PVA載體制備的小球脫氮效果優(yōu)于SA但不及SA+PVA復(fù)合載體.

該研究分別以斜生柵藻和普通小球藻為研究對象，以SA為載體制備固定化藻球，以自由生長為參比，分析不同營養(yǎng)模式(自養(yǎng)、異養(yǎng)和混養(yǎng))對固定化微藻NH4+-N去除潛力的影響，闡明不同碳源類型及濃度所引起的生長差異，以期為微藻污水深度處理模式及生物質(zhì)生產(chǎn)提供基礎(chǔ)資料.

1 材料與方法

1.1 藻種與培養(yǎng)

該研究以綠藻門中的斜生柵藻(Scenedesmusobliquus, FACHB-12)和普通小球藻(Chlorellavulgaris, FACHB-8)為試驗(yàn)藻種，購自中國科學(xué)院水生生物研究所淡水藻種庫. 試驗(yàn)前先分別將2種藻種在無菌條件下接種到含100 mL BG11培養(yǎng)基的錐形瓶中，并置于光照培養(yǎng)箱(ZDX-350, 685 mm×595 mm×1 875 mm，寧波賽福試驗(yàn)儀器有限公司)，在溫度為(25±1)℃、光照強(qiáng)度為86.4 μmol/(m2·s)、光暗比為12 h∶12 h的條件下進(jìn)行初步培養(yǎng)；然后根據(jù)微藻生長情況逐級擴(kuò)大培養(yǎng)，獲取生長速率較高的藻細(xì)胞. 培養(yǎng)期間每天分早、中、晚3次輕輕搖晃錐形瓶以混勻藻液，并隨機(jī)移動錐形瓶位置以保證光照均勻.

1.2 試驗(yàn)污水配置

該試驗(yàn)所用污水為人工配置，其具體配方如下(1 L)：NaAc 385 mg (300 mg CODCr)；NH4Cl 115 mg (30 mg NH4+-N)；KH2PO413 mg；FeSO4·7H2O 0.55 mg；CaCl26 mg；MgSO4·7H2O 66 mg；A5 (CuSO4·5H2O 0.08 g/L, MnCl2·4H2O 1.86 g/L, ZnSO4·7H2O 0.22 g/L, Na2MoO4·2H2O 0.39 g/L, Co(NO3)2·6H2O 0.05 g/L, H3BO32.86 g/L) 1 mL[17]. 其中，根據(jù)所稱取NaAc的質(zhì)量配置成不同ρ(CODCr)的污水，且用濃度為1 mol/L的NaOH或HCl溶液調(diào)節(jié)污水初始pH為7.0左右(便攜式多參數(shù)分析儀，HQ40d，美國哈希公司)，隨后立即將其置于高壓滅菌鍋(AutoClave SN310C, 460 mm×590 mm×848 mm，日本YAMATO公司)中121 ℃下滅菌20 min，冷卻后備用.

1.3 微藻固定化方法

首先將處于對數(shù)生長期的藻液置于高速冷凍離心機(jī)(himac CR22N, 最大離心力為 55 200×g，最高轉(zhuǎn)速為 22 000 r/min，日本HITACHI公司)上，4 ℃、3 500 r/min下離心10 min，棄去上清液后用濃度為15 mg/L的NaHCO3溶液沖洗藻體并再次離心，重復(fù)操作2次，以去除吸附在細(xì)胞表面的營養(yǎng)物質(zhì). 然后用無菌水沖洗藻細(xì)胞后混勻離心，仍重復(fù)操作2次，再將其轉(zhuǎn)移至無N培養(yǎng)基中饑餓培養(yǎng)3 d，以消耗細(xì)胞內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì). 最后同樣條件下離心分離藻細(xì)胞，并用無菌水反復(fù)沖洗3次后形成懸浮液. 通過測定懸浮藻液的OD(Optical Density, 光密度)，結(jié)合定量曲線計(jì)算藻密度，根據(jù)藻球的初始包埋密度，計(jì)算藻液需求量.

取一定體積且密度已知的藻液與滅菌后的5% SA溶液以體積比為1∶1混合，并用玻璃棒攪拌形成均勻混合液(注意攪拌時(shí)不能產(chǎn)生氣泡)，再將其注入60 mL的注射器中，緩慢滴入已滅菌處理的2% CaCl2溶液中(保持注射器出口與液面之間的距離為20 cm左右)，約5 min后即可形成直徑為4 mm的藻球，結(jié)束后將其置于4 ℃冰箱中固定16 h，然后用無菌水反復(fù)沖洗藻球多次后置于冰箱保存?zhèn)溆肹18-19]. 在該試驗(yàn)條件下，35 mL混合液即可形成 1 000 顆藻球.

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該試驗(yàn)包括3種不同營養(yǎng)模式(自養(yǎng)、異養(yǎng)和混養(yǎng))，分自由生長和固定化生長2種形式，共設(shè)28組試驗(yàn). 每種藻包括14組，其中自養(yǎng)模式2組、異養(yǎng)模式6組和混養(yǎng)模式6組，且每組包括3個(gè)平行試驗(yàn). 首先在已滅菌的250 mL廣口玻璃錐形瓶中加入140 mL相應(yīng)的試驗(yàn)污水，初始ρ(NH4+-N)均為30 mg/L左右，其中自養(yǎng)模式下的污水不含CODCr，僅以300 mL/min的流量通入5% CO2和95% N2的混合氣作為碳源，而異養(yǎng)和混養(yǎng)模式下的污水成分一致，且分3個(gè)ρ(CODCr)梯度(100、200和300 mg/L)展開試驗(yàn). 然后在固定化生長組的每個(gè)錐形瓶中投加400顆藻球(通過計(jì)算以保證每個(gè)錐形瓶中初始藻密度為1×106cells/mL，同時(shí)根據(jù)稀釋法在自由生長組的每個(gè)錐形瓶中添加一定體積的藻液，使每個(gè)錐形瓶中的初始藻密度也為1×106cells/mL，以保證自由生長和固定化生長組之間的可比性. 自養(yǎng)模式僅以通入的CO2作為碳源，光照作為能源，混合模式可以同時(shí)以污水中的CODCr和空氣中少量的CO2作為碳源，以光照作為能源，而異養(yǎng)模式則需用錫箔紙包裹以遮蔽光的照射，僅以污水中的CODCr同時(shí)作為碳源和能源，培養(yǎng)條件同前，周期為5 d. 試驗(yàn)周期內(nèi)，每天用2 mL的注射器于各個(gè)錐形瓶中吸取1.5 mL的液體，并用濾頭(PES,Φ13 mm, 0.45 μm)過濾用于測定污水中ρ(NH4+-N)；其次于各自由生長組中每天取3 mL藻液用于測定藻液OD值，同時(shí)于各固定化生長組中取3顆藻球置于含有3 mL 1.5% 檸檬酸鈉溶液的5 mL離心管中進(jìn)行解固處理2 h后搖勻，同樣條件下測定藻液OD值，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)曲線確定各組藻密度. 試驗(yàn)中使用的所有玻璃器皿、槍頭及培養(yǎng)基等均經(jīng)過高壓滅菌(溫度為121 ℃、時(shí)間為20 min)處理.

1.5 分析方法

首先，分別取1 mL混合均勻的2種藻液置于15 mL離心管中，無菌水稀釋10倍后搖勻，分別用滴管取適量藻液沿血球計(jì)數(shù)板(25格×16格)平臺兩側(cè)的凹槽下邊緣注入一滴，待藻液充滿整個(gè)計(jì)數(shù)區(qū)后用吸水紙吸去多余懸液，靜置片刻，使細(xì)胞沉降到計(jì)數(shù)板上，并在顯微鏡(CX41RF，日本OLYMPUS公司)下計(jì)數(shù)3次，若3次計(jì)數(shù)誤差在10%以內(nèi)，則以3次平均值為藻密度，否則重復(fù)計(jì)數(shù)直至符合誤差要求[20]. 然后，分別取3 mL斜生柵藻和普通小球藻濃液置于玻璃比色皿中，利用紫外可見分光光度計(jì)(DR 6000，美國哈希公司)進(jìn)行全波長掃描，確定最佳吸收峰，并將最佳吸收峰對應(yīng)的波長(682 nm和681 nm)分別作為該2種藻的測定波長. 最后，分別取1 mL已知藻密度的藻濃液按照10倍梯度逐級稀釋7個(gè)樣品(每個(gè)樣品的藻密度可計(jì)算獲取)，分別在相應(yīng)的測定波長下測定OD值，并以O(shè)D值為橫坐標(biāo)，藻密度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)曲線[20]，得出斜生柵藻的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)曲線為y=196.33x(R2=0.999 9)，普通小球藻的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)曲線為y=317.79x(R2=0.992 9). 自由藻樣品測定OD值后直接根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)曲線計(jì)算藻密度，而固定藻樣品解固測定OD值后計(jì)算出藻密度，再根據(jù)每顆藻球的體積計(jì)算出每個(gè)藻球中的藻細(xì)胞個(gè)數(shù)，最終根據(jù)系統(tǒng)的總體積計(jì)算出藻密度. 微藻生長速率按照μ(d-1)=ln(Ct/C0)/(t-t0)計(jì)算；污水ρ(NH4+-N)采用HJ 535—2009《納氏試劑分光光度法》測定.

2 結(jié)果與討論

2.1 自養(yǎng)模式下NH4+-N去除能力分析

圖1 自由生長/固定化生長的斜生柵藻和普通小球藻在自養(yǎng)模式下NH4+-N去除能力對比Fig.1 Comparison of NH4+-N removal capacity between free and immobilized S. obliquus and C. vulgaris under autotrophic mode

圖2 自由生長/固定化生長的斜生柵藻和普通小球藻在自養(yǎng)模式下的藻密度變化Fig.2 Changes in cell densities of free and immobilized S. obliquus and C. vulgaris under autotrophic mode

斜生柵藻和普通小球藻在自養(yǎng)模式下對NH4+-N的去除能力如圖1所示. 總體看來，當(dāng)初始ρ(NH4+-N)為30 mg/L時(shí)，斜生柵藻對NH4+-N的去除能力高于普通小球藻，且固定化生長優(yōu)于自由生長. 培養(yǎng)5 d后，固定化生長的斜生柵藻對NH4+-N的去除率達(dá)98%，自由生長的斜生柵藻對NH4+-N的去除率為73%；而固定化生長的普通小球藻對NH4+-N的去除率僅為37%，自由生長的普通小球藻不但沒有去除NH4+-N，ρ(NH4+-N)反而略有增加. 這些結(jié)果一方面證實(shí)了固定化可以有效提高微藻在自養(yǎng)模式下的NH4+-N去除能力；另一方面說明了微藻固定化生長的性能提升效果也因藻種不同而異. 這種固定化優(yōu)勢可能是由于藻細(xì)胞被包埋載體固定在較小的空間內(nèi)，不僅增加了單位體內(nèi)的細(xì)胞數(shù)，而且由于團(tuán)聚效應(yīng)增強(qiáng)了藻細(xì)胞之間的相互作用[21]. 其次，藻細(xì)胞被包埋載體覆蓋，從某種意義上來說，包埋體對藻細(xì)胞起到一定的保護(hù)作用，可抵抗代謝中產(chǎn)生的不利因子的負(fù)面影響[22]. 藻生物量的大小是決定其NH4+-N去除的根本原因，如圖2所示，培養(yǎng)5 d后，固定化生長的斜生柵藻的藻密度為1.6×107cells/mL，生長速率(μ)為0.48 d-1，顯著高于自由生長時(shí)的0.9×107cells/mL；固定化生長的普通小球藻的藻密度更是達(dá)2.2×107cells/mL，但生長速率(μ)不及斜生柵藻，為0.44 d-1. 這從生長特性的角度說明，在自養(yǎng)模式下，固定化不僅沒有束縛藻細(xì)胞的生長，反而發(fā)揮了積極作用，并且這種促進(jìn)作用對普通小球藻表現(xiàn)的更為突出. 固定化載體具有保護(hù)藻細(xì)胞的作用，對于自由生長的普通小球藻，不僅生長緩慢甚至在培養(yǎng)后期出現(xiàn)生長停滯，這可能是因通氣造成培養(yǎng)液“酸化”，生成過量的H+破壞了光合作用的PSⅡ(光系統(tǒng)Ⅱ)過程，抑制了藻細(xì)胞CO2濃縮(CCM)機(jī)制的活性[23-24]，進(jìn)而影響了藻細(xì)胞生長. 培養(yǎng)4 d后，系統(tǒng)內(nèi)的pH在4.4左右，并保持穩(wěn)定直到培養(yǎng)結(jié)束；而固定化生長末期的pH基本維持在中性水平，這可能跟藻密度生長緩慢甚至衰亡有關(guān). LI等[25]將銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)培養(yǎng)在濃度約為3.5 mg/L的NH4+-N中，7 d后系統(tǒng)內(nèi)也出現(xiàn)藻密度降低和ρ(NH4+-N)增加的現(xiàn)象. 因此，在同等條件下自養(yǎng)培養(yǎng)，斜生柵藻單個(gè)細(xì)胞的NH4+-N去除能力要顯著高于普通小球藻單個(gè)細(xì)胞，且斜生柵藻表現(xiàn)出的適應(yīng)性更強(qiáng).

2.2 異養(yǎng)模式下NH4+-N去除能力分析

如圖3所示，在異養(yǎng)模式下，無論哪種存在形式，斜生柵藻和普通小球藻對NH4+-N的去除率整體較低，相比于自養(yǎng)模式，斜生柵藻的NH4+-N去除能力顯著削弱. 從圖3可以看出，培養(yǎng)5 d后，自由生長的斜生柵藻和普通小球藻對NH4+-N的去除能力均在40%以下，整體效果劣于固定化生長，且對ρ(CODCr)無顯著依賴性. 固定化生長的斜生柵藻對NH4+-N的去除能力有顯著提升，最大去除率為53%，且仍未呈現(xiàn)ρ(CODCr)依賴性；而固定化生長的普通小球藻性能的提升則較為微弱，不同ρ(CODCr)條件下，NH4+-N去除率僅約為30%. 這說明營養(yǎng)模式變更會顯著降低固定化處理的優(yōu)勢，且該優(yōu)勢會因藻種的不同而不同. 其次，從NH4+-N去除和生物質(zhì)富集的角度來看，這兩種藻異養(yǎng)培養(yǎng)的適應(yīng)性較弱. 微藻能否在異養(yǎng)模式下培養(yǎng)，最主要是取決于藻種是否具備完善的有機(jī)碳和有機(jī)氮利用機(jī)制[26]. 周文俊等[27]研究指出，一株微藻細(xì)胞的有機(jī)物濃縮能力大小、酶工作效率和呼吸作用強(qiáng)度等因素直接決定了藻株的異養(yǎng)效率. De-Swaaf等[28]以葡萄糖為基質(zhì)，成功異養(yǎng)培養(yǎng)了寇氏隱甲藻(Crypthecodiniumcohnii)，生物量高達(dá)83 g/L. 由此推斷，該試驗(yàn)中異養(yǎng)效率低的另一個(gè)原因可能與碳源種類有關(guān).

圖3 自由生長/固定化生長的斜生柵藻和普通小球藻在異養(yǎng)模式下NH4+-N去除能力對比Fig.3 Comparison of NH4+-N removal capacity between free and immobilized S. obliquus and C. vulgaris under heterotrophic mode

由圖4可見：自由生長下，斜生柵藻和普通小球藻在C/N比為10時(shí)的最大藻密度分別為0.4×107、0.7×107cells/mL，生長速率分別為0.29、0.35 d-1；固定化生長下，斜生柵藻和普通小球藻在C/N為10時(shí)的最大藻密度均變小，分別為0.2×107、0.6×107cells/mL，生長速率分別為0.07、0.17 d-1. 這說明固定化處理對微藻有機(jī)物濃縮通道形成了屏障效應(yīng)，微藻不能快速獲取能量生長，微藻生長慢間接降低了有機(jī)物利用率，不良循環(huán)效應(yīng)也是降低其效率的原因之一. 其次，異養(yǎng)培養(yǎng)時(shí)，有機(jī)碳源類型及C/N更是影響其生長的關(guān)鍵因素. 因此，在該試驗(yàn)條件下，固定化生長的斜生柵藻和普通小球藻對異養(yǎng)模式的適應(yīng)性均較弱，并不能實(shí)現(xiàn)NH4+-N去除和生物質(zhì)富集的雙重效應(yīng).

圖4 異養(yǎng)模式下自由生長和固定化生長的斜生柵藻和普通小球藻的藻密度變化Fig.4 Changes in cell densities of free and immobilized S. obliquus and C. vulgaris under heterotrophic mode

2.3 混養(yǎng)模式下NH4+-N去除能力分析

如圖5所示，在混養(yǎng)模式下，斜生柵藻和普通小球藻對NH4+-N的去除潛力優(yōu)勢明顯，顯著優(yōu)于異養(yǎng)模式. 總體看來，當(dāng)初始ρ(NH4+-N)一定時(shí)，兩種微藻對CODCr均表現(xiàn)出濃度依賴性. LU等[29]的研究也得出了類似的結(jié)論，即有機(jī)碳在微藻同化吸收NH4+-N的通路中發(fā)揮著重要作用，有機(jī)碳代謝過程中可以同時(shí)生成ATP(三磷酸腺苷)和NADH(煙酰胺腺嘌呤二核苷酸)供微藻進(jìn)行N代謝. 當(dāng)污水ρ(CODCr)約為300 mg/L時(shí)、C/N為10時(shí)，培養(yǎng)5 d后，自由生長的斜生柵藻和普通小球藻在培養(yǎng)末期均呈現(xiàn)較強(qiáng)的NH4+-N去除能力，NH4+-N幾乎全部被去除，這主要?dú)w因于有機(jī)物可以生成充足的ATP和NADH用于NH4+-N同化作用；當(dāng)ρ(CODCr)降至200 mg/L時(shí)、C/N為6.7時(shí)，自由生長的普通小球藻對NH4+-N的去除率仍達(dá)94%，顯著高于斜生柵藻(69%)；而隨ρ(CODCr)低至100 mg/L左右、C/N為3.3時(shí)，自由生長的普通小球藻對NH4+-N的去除能力雖仍然優(yōu)于斜生柵藻，但去除率已降至57%. 可見，C/N是微藻去除NH4+-N效率高低的重要因子，Barros等[30]指出，藻細(xì)胞內(nèi)C和N代謝密切相關(guān)，相互依賴，NH4+-N只有締結(jié)到C代謝形成的碳骨架上才能合成生物質(zhì). 此外，WU等[11]研究指出，普通小球藻在C/N為10時(shí)，其N去除能力最佳，與該研究的結(jié)果一致. 對比固定化生長的結(jié)果，微藻對NH4+-N的去除能力并未得到改善，尤其對普通小球藻的負(fù)效應(yīng)更為明顯，且該效應(yīng)與ρ(CODCr)呈正相關(guān). 當(dāng)ρ(CODCr)為300 mg/L時(shí)，普通小球藻對NH4+-N的去除率由100%降至65%；當(dāng)ρ(CODCr)為200 mg/L時(shí)，普通小球藻對NH4+-N的去除率由94%降至69%；當(dāng)ρ(CODCr)為100 mg/L時(shí)，普通小球藻對NH4+-N的去除率由57%降至44%. 而對于斜生柵藻來說，這種負(fù)效應(yīng)較小，當(dāng)ρ(CODCr)為300 mg/L時(shí)，NH4+-N去除率從98%降至86%. 在混養(yǎng)模式下，固定化處理產(chǎn)生的正效應(yīng)不如自養(yǎng)模式明顯，這主要是由于C源類型不同所引起的C代謝差異引起，CO2可直接通過三羧酸循環(huán)生成ATP供N代謝使用，而有機(jī)碳則需要先轉(zhuǎn)化為磷酸丙糖，再轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A進(jìn)行TCA循環(huán)生成ATP和NADH用于谷氨酸代謝[31].

圖5 自由生長/固定化生長的斜生柵藻和普通小球藻在混養(yǎng)模式下NH4+-N去除能力對比Fig.5 Comparison of NH4+-N removal capacity between free/immobilized S. obliquus and C. vulgaris under mixotrophic mode

從藻密度變化結(jié)果(見圖6)可以看出，混養(yǎng)模式下微藻生長也呈現(xiàn)ρ(CODCr)依賴，培養(yǎng)5 d后，系統(tǒng)內(nèi)的藻密度均呈現(xiàn)自由生長大于固定化生長、普通小球藻大于斜生柵藻的變化趨勢. 自由生長下，斜生柵藻和普通小球藻的最大藻密度分別為1.3×107和3.3×107cells/mL，生長速率分別為0.49和0.64 d-1；固定化生長下，因受生長空間的限制，藻密度均有所降低，分別為0.9×107和2.0×107cells/mL，生長速率分別為0.32和0.43 d-1. 這表明，除在自養(yǎng)和異養(yǎng)模式下生長外，在混養(yǎng)模式下單個(gè)普通小球藻細(xì)胞對NH4+-N的去除能力仍低于單個(gè)斜生柵藻細(xì)胞.

圖6 混養(yǎng)模式下自由生長和固定化生長的斜生柵藻和普通小球藻的藻密度變化Fig.6 Changes in cell densities of free and immobilized S. obliquus and C. vulgaris under mixotrophic mode

3 結(jié)論

a) 固定化生長的微藻對NH4+-N去除能力的提升并不是絕對的，取決于營養(yǎng)模式和藻種的不同. 在自養(yǎng)模式下，斜生柵藻和普通小球藻固定化生長對NH4+-N的去除率分別升高了25%和37%；在異養(yǎng)模式下，固定化生長僅對斜生柵藻NH4+-N去除能力有提升；而在混養(yǎng)模式下，固定化生長的貢獻(xiàn)整體呈負(fù)效應(yīng).

b) 微藻在不同營養(yǎng)模式下對NH4+-N的去除能力差異較大. 當(dāng)初始ρ(NH4+-N)為30 mg/L時(shí)，斜生柵藻和普通小球藻在混養(yǎng)模式下對NH4+-N的去除效果最優(yōu)；當(dāng)ρ(CODCr)為300 mg/L時(shí)，NH4+-N幾乎可完全去除，自養(yǎng)模式次之，而異養(yǎng)模式最不理想.

c) 固定化生長的微藻在不同營養(yǎng)模式下呈現(xiàn)正負(fù)雙重影響. 固定化可顯著提升斜生柵藻和普通小球藻在自養(yǎng)模式下的生長速率，而在異養(yǎng)和混養(yǎng)模式下則呈現(xiàn)相反趨勢. 總體上普通小球藻的生長速率大于斜生柵藻，但普通小球藻單個(gè)細(xì)胞對NH4+-N的去除能力顯著低于斜生柵藻單個(gè)細(xì)胞.