兩種微藻對規(guī)模化養(yǎng)豬場沼液的凈化效果

吳曉梅， 葉美鋒， 吳飛龍， 徐慶賢， 林代炎*

(1.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究所， 福州 350003； 2. 福建農(nóng)林大學(xué) 材料與工程學(xué)院， 福州 350003)

據(jù)2019年中國統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)分析，我國生豬存欄4.06億頭，集約化、規(guī)?；B(yǎng)豬場居多，約占總量90.00%，這意味集中產(chǎn)生大量養(yǎng)豬廢水[1-2]。規(guī)?；B(yǎng)殖場大多建立沼氣工程，利用厭氧發(fā)酵技術(shù)處理養(yǎng)殖污水，每年產(chǎn)生約1.12 t沼液[3]。近年對經(jīng)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼液無害化、資源化處理也逐漸成為研究焦點。利用傳統(tǒng)生化、物化處理等技術(shù)對沼液具有一定效果，但仍存在成本高、運(yùn)行不穩(wěn)定、磷處理不達(dá)標(biāo)等弊端，難以實現(xiàn)污水的資源化利用，而且不符合當(dāng)前政策，難以效推廣應(yīng)用[4-5]。沼液中含較高濃度的氮磷等營養(yǎng)鹽，此外還有重金屬，COD等污染物，若對沼液未進(jìn)行處理直排到水中，將會嚴(yán)重污染環(huán)境甚至影響人類健康[6]。如何有效實現(xiàn)沼液無害化與資源化利用越來越成為規(guī)?；i養(yǎng)殖場可持續(xù)發(fā)展的制約因素。

微藻生長過程需要大量氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，在去除廢水氮磷方面具有較大潛力[7]。同時部分微藻在特定培養(yǎng)條件下能選擇性地蓄積蛋白質(zhì)、油脂等，具有廣闊的開發(fā)利用前景[8-9]。但是微藻培養(yǎng)過程需要向培養(yǎng)液中添加大量的氮磷等營養(yǎng)元素，營養(yǎng)物質(zhì)成本占微藻總培養(yǎng)成本的10%～20%，較高培養(yǎng)成本制約了其高值化利用技術(shù)的推廣，由此眾多學(xué)者將目光投向含氮磷較高的工農(nóng)業(yè)廢水、生活污水等[10]。沼液恰好富含豐富的氮磷營養(yǎng)元素，利用沼液培養(yǎng)微藻，降低微藻培養(yǎng)營養(yǎng)與水資源成本，將有助于降低微藻培養(yǎng)成本[11-12]，又能實現(xiàn)沼液凈化處理，促進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物的資源化利用[13]。國內(nèi)外眾多學(xué)者研究表明，利用微藻處理沼液的關(guān)鍵是篩選能快速適應(yīng)特定環(huán)境并具有生物量優(yōu)勢的藻株[4，14]。應(yīng)用微藻處理城市生活污水、養(yǎng)殖廢水、農(nóng)村污水等廢水已有較多學(xué)者研究[15-20]，但微藻凈化處理生豬養(yǎng)殖廢水厭氧發(fā)酵產(chǎn)物——沼液的研究報道不多，尚沒有成熟的處理技術(shù)能高效地去除沼液中氮磷營養(yǎng)鹽。田晨雪[21]等利用蛋白核小球藻凈化豬場沼液，對沼液中總氮、總磷、銨態(tài)氮含量的去除率分別可達(dá) 61.89%、99.72%、96.79%。陳正杰[22]等利用螺旋藻凈化沼液，發(fā)現(xiàn)螺旋藻在沼液(初始COD 1211.00 mg·L-1)稀釋10倍，生長最好，對總氮、總磷和COD去除率均超過80.00%。Zhao[23]等利用小球藻(FACHB-31)凈化沼液，發(fā)現(xiàn)其對COD、TN、TP的最高去除效率分別可達(dá)92.17±5.28%、89.83±4.36%、90.31±4.69%。Yang[24]等在利用蛋白核小球藻凈化豬場沼液，對沼液中的總氮、總磷去除率可達(dá)91.60%與90.70%。上述學(xué)者研究表明，在對污染水體氮磷凈化處理及富集藻類資源化利用方面，蛋白核小球藻和螺旋藻相比其他微藻更具優(yōu)勢，但對這兩種微藻沒有進(jìn)行對比研究，且在沼液培養(yǎng)微藻資源化利用安全性方面也缺少研究討論。因此，本研究以具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、生長快的蛋白核小球藻和鈍頂螺旋藻為研究對象，考察其在不同沼液濃度中的生長狀況，對比兩者耐污能力及對沼液凈化效果；分析所獲微藻營養(yǎng)品質(zhì)與重金屬含量，獲取更適應(yīng)規(guī)?；B(yǎng)殖場沼液無害化資源化處理的優(yōu)勢藻種，并為微藻再利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 藻種

實驗所選用藻種為鈍頂螺旋藻(Spirulinaplatensis)和蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa)，兩種藻種都是購買于中國科學(xué)院水生生物研究所淡水藻種庫。鈍頂螺旋藻編號：FACHB-439；蛋白核小球藻編號：FACHB-9。

1.1.2 沼液

沼液取自福清市某規(guī)?；i養(yǎng)殖場固液分離后豬場廢水為發(fā)酵原料的沼氣工程，發(fā)酵工藝為連續(xù)攪拌完全混合式厭氧消化反應(yīng)器。將沼液在8000 rpm的條件下離心10 min，去除其中的懸浮物及顆粒物雜質(zhì)，取上清液經(jīng)0.45 μm的微孔過濾膜過濾后待用，分析過濾后的沼液污水水質(zhì)指標(biāo)，結(jié)果見表1。

表1 預(yù)處理后沼液水質(zhì)指標(biāo)濃度 (mg·L-1)

1.1.3 培養(yǎng)基

蛋白核小球藻培養(yǎng)基：BG11[25]培養(yǎng)基；鈍頂螺旋藻培養(yǎng)基：Spirulina medium培養(yǎng)基[26]。

1.2 試驗方法

1.2.1 藻種的預(yù)培養(yǎng)

在光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度設(shè)為25℃、光照強(qiáng)度3000 lx、光暗比為12 h∶12 h。培養(yǎng)基分別為經(jīng)過滅菌的BG11培養(yǎng)基(蛋白核小球藻)和Spirulina medium培養(yǎng)基(鈍頂螺旋藻)。

1.2.2 微藻的馴化

將擴(kuò)培至對數(shù)期的藻細(xì)胞，按照20%(藻液∶培養(yǎng)基=1∶5)的接種量(約4×105個·mL-1)接種到250 mL濃度20%(稀釋5倍)的沼液培養(yǎng)基中，1周后，按照該方法依次將藻種接種到稀釋4倍、2倍和0倍沼液培養(yǎng)基中馴化，經(jīng)原沼液馴化后的微藻為后續(xù)實驗所用。

1.2.3 不同沼液濃度對微藻生長特性影響

沼液經(jīng)自然沉降靜置，高溫滅菌后，用無菌水進(jìn)行0倍、5倍和10倍稀釋處理(蛋白核小球藻處理組：D1-D3、鈍頂螺旋藻處理組：L1-L3)，并以BG-11和Spirulina medium培養(yǎng)基接種微藻為對照(D0和L0)，每個試驗組設(shè)3個平行，初始微藻接種光密度OD680和OD560為 0.1，調(diào)節(jié)pH值 7.5～8.0，光照強(qiáng)度3000 lx，溫度25℃，光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)10 d，每天定時搖動瓶子。

1.2.4 微藻對沼液凈化效果的比較

吸取處于對數(shù)生長期的蛋白核小球藻和鈍頂螺旋藻藻種液分別接種于20%濃度沼液培養(yǎng)液。初始微藻接種光密度OD680和OD560為 0.2，每個試驗組設(shè)3個平行，以不接種任何藻種處理為對照組CK，其他培養(yǎng)條件同1.2.1。每個處理培養(yǎng)液為500 mL，在光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每天手動搖晃3次，每次1～2 min，培養(yǎng)周期為10 d。每3天取樣10 mL微藻培養(yǎng)液于8000 rpm下離心10 min后收集上清，測定水樣中COD、氨氮、總氮、總磷、硝酸鹽、亞硝酸鹽和微藻生物量。

1.2.5 藻細(xì)胞收集

藻細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)束后，將培養(yǎng)的藻細(xì)胞轉(zhuǎn)移到離心管中，以10000 rpm離心10 min，去其上清液，反復(fù)操作直至藻細(xì)胞完全收集于離心管中。用蒸餾水反復(fù)多次洗滌藻細(xì)胞，棄其上清液，得到含雜質(zhì)較少的濃縮藻細(xì)胞。

1.3 分析項目和方法

1.3.1 微藻生長測定

已有研究表明培養(yǎng)液中微藻的細(xì)胞密度與其在特征波長處光密度值呈線性相關(guān)[27]，因此用紫外可見分光光度計測定活體藻液在特征波長處(蛋白核小球藻：680 nm；螺旋藻：560 nm)光密度值代表細(xì)胞密度。

1.3.2 微藻生物量的測定

取10 mL體積藻液離心濃縮后通過0.45 μm濾膜(事先稱量瓶和濾膜105℃烘干稱重)過濾，于105℃烘干至恒重稱量，測定藻細(xì)胞干重W，g·L-1，計算公式如下。

式中：m2為烘干后稱量瓶、膜和藻總質(zhì)量，g；m1為烘干后稱量瓶和膜總質(zhì)量，g；V為藻液的體積，L。

1.3.3 水質(zhì)指標(biāo)的測定方法

1.3.4 藻粉重金屬檢測

根據(jù)飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB13078—2017)中所要求砷、鉛、鎘、汞和鉻五項重金屬限量，因此本研究也測這五種重金屬元素含量。測砷按《GB 13079—2006 飼料中總砷的測定》規(guī)定的方法測定；鉛按《GB13080—2018 飼料中鉛的測定》規(guī)定的方法測定；鎘按《GB 13082—1991 飼料中鎘的測定方法》規(guī)定的方法測定；汞按《GB 13081—2006 飼料中汞的測定》規(guī)定的方法測定；鉻按《GB13088—2006 飼料中鉻的測定》。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析方法

每個處理設(shè)置3個重復(fù)，采用Excel 2019、 Origin 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度沼液中微藻的生長情況

圖1和圖2為蛋白核小球藻和鈍頂螺旋藻分別在BG11、Spirulina medium和不同濃度沼液中的生長曲線。在經(jīng)過2 d的延滯期后兩株藻在BG11、Spirulina medium培養(yǎng)基和低濃度的沼液中(20%和10%)進(jìn)入對數(shù)生長期，蛋白核小球藻在9 d后進(jìn)入穩(wěn)定期，而螺旋藻在第10 天進(jìn)入穩(wěn)定期。兩個藻株在各自相應(yīng)培養(yǎng)基中的生長速率均高于在沼液中的生長速率，周期結(jié)束后蛋白核小球藻光密度值OD680最大是D0處理2.12，其次D2處理1.89；而鈍頂螺旋藻光密度值OD560最大是L0處理1.73，其次L2處理1.60，蛋白核小球藻的生長速率高于鈍頂螺旋藻。在高濃度的沼液中(100%)，兩種藻類生長緩慢，培養(yǎng)后期螺旋藻受到抑制，引起OD560下降。蛋白核小球藻和鈍頂螺旋藻在濃度20%與10%沼液中生長趨勢類似，生物量相近，從能源節(jié)約角度考慮，選用20%的沼液濃度進(jìn)行后續(xù)試驗，收獲期為第10天。

圖1 蛋白核小球藻在BG11培養(yǎng)基和不同濃度沼液中的生長情況

圖2 鈍頂螺旋藻在Spirulina medium培養(yǎng)基和不同濃度沼液中生長情況

2.2 兩種藻類在沼液中的生物量積累

圖3為微藻在20%濃度沼液中生長情況，經(jīng)過馴化的兩種藻類(鈍頂螺旋藻與蛋白核小球藻)在20%濃度沼液中均能良好生長，呈現(xiàn)典型的藻細(xì)胞批量生長曲線。藻類細(xì)胞剛接種至沼液中，前2 d生長緩慢，從第5 天開始藻細(xì)胞生長速度加快，進(jìn)入對數(shù)生長期，在第10 天左右藻細(xì)胞生長進(jìn)入穩(wěn)定期。鈍頂螺旋藻與蛋白核小球藻生長變化趨勢類似，但是最終生物量有所區(qū)別，總體而言蛋白核小球藻的生長量要優(yōu)于鈍頂螺旋藻，蛋白核小球藻最大生物質(zhì)產(chǎn)量能達(dá)到1.31 g·L-1，而鈍頂螺旋藻的最大生物質(zhì)產(chǎn)量為1.09 g·L-1。

圖3 兩種微藻在沼液中培養(yǎng)生物量積累

2.3 兩種藻類對沼液中各形態(tài)氮的去除效果

圖4為兩種藻類對沼液中總氮、氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的去除效果，從圖中可知道兩種藻類對總氮都具有一定的去除效果，其中蛋白核小球藻組大于鈍頂螺旋藻組。在培養(yǎng)前期，沼液中總氮含量下降較快，培養(yǎng)第6 天，蛋白核小球藻和鈍頂螺旋藻組的總氮去除率分別可達(dá)47.73%和36.21%，隨著培養(yǎng)時間增加，藻細(xì)胞進(jìn)入穩(wěn)定生長期和衰退期，對總氮的利用速率降低，沼液總氮的去除速率也在減緩。培養(yǎng)一個周期10 d結(jié)束后，蛋白核小球藻和鈍頂螺旋藻對應(yīng)的沼液培養(yǎng)基中，總氮含量分別為153.00 mg·L-1和209.00 mg·L-1，去除率分別為76.82%和68.33%。沼液中的氨氮含量逐漸降低，在培養(yǎng)結(jié)束時蛋白核小球藻和鈍頂螺旋藻沼液培養(yǎng)基中的氨氮去除率分別可達(dá)75.04%、65.00%。而蛋白核小球藻、鈍頂螺旋藻沼液培養(yǎng)基中硝態(tài)氮從初始濃度3.63 mg·L-1分別降至0.51 mg·L-1與1.08 mg·L-1，去除率依次為86.05%、70.22%，硝態(tài)氮的去除率皆高于氨氮的去除率。對于兩種藻類沼液培養(yǎng)基中亞硝態(tài)氮含量，出現(xiàn)了先增加后減少的趨勢。試驗結(jié)束時亞硝態(tài)氮含量蛋白小球藻組為0.22 mg·L-1、鈍頂螺旋藻組為0.37 mg·L-1，去除率分別為57.87%、30.34%。由此說明蛋白核小球藻比鈍頂螺旋藻對沼液中的含氮化合物具有較強(qiáng)的吸收能力。

圖4 兩種微藻對沼液和的去除率

2.4 兩種藻類對沼液中總磷的吸收效果

從圖5可知，兩種藻類對應(yīng)的沼液培養(yǎng)基中的總磷去除率隨著培養(yǎng)時間的延長而增加，在試驗進(jìn)行到第10 天時，總磷含量去除率都已達(dá)到71.58%～73.14%，兩種藻類對總磷的利用能力差異并不明顯，試驗結(jié)束時蛋白核小球藻組的沼液培養(yǎng)基中總磷含量為2.00 mg·L-1，去除率為93.05%，而鈍頂螺旋藻組為2.75 mg·L-1，去除率為91.06%。

圖5 兩種微藻對沼液TP的去除率

2.5 兩種藻類對沼液COD的去除效果

圖6為兩種藻類對應(yīng)沼液COD的去除率，從圖中可知兩種藻類對沼液COD 都具有一定的去除效果，且蛋白核小球藻培養(yǎng)液中的COD濃度一直低于鈍頂螺旋藻。第10 天培養(yǎng)結(jié)束時，COD由初始的915.00 mg·L-1，分別降為蛋白核小球藻組202.00 mg·L-1、鈍頂螺旋藻組215.00 mg·L-1，去除率分別為77.92%、76.50%。

圖6 兩種微藻對沼液COD的去除率

2.6 蛋白核小球藻營養(yǎng)成分及含量

試驗結(jié)束后收集的藻細(xì)胞經(jīng)真空冷凍干燥即干，于-70℃下冷凍24 h得到蛋白核小球藻粉。對該粉進(jìn)行成分分析，具體如表2所示。

表2 蛋白核小球藻營養(yǎng)成分及含量 (%)

利用沼液培養(yǎng)所得蛋白核小球藻，主要是希望作為魚的飼料，所以將其與常用飼料進(jìn)行蛋白比較，具體如表3所示。從表可知，蛋白核小球藻粉中的粗蛋白質(zhì)含量最高，達(dá)干重的61.87%，高于大豆粕、玉米、米糠和麥麩等植物飼料，與魚粉粗蛋白質(zhì)含量接近，因此可作為魚飼料優(yōu)質(zhì)植物蛋白源。

表3 蛋白核小球藻和幾種飼料蛋白質(zhì)含量[28]比較 ( g·100g-1 dw )

2.7 蛋白核小球藻粉重金屬元素含量

表4為蛋白核小球藻粉中的重金屬元素檢測結(jié)果，Hg、Cd、Pb、As和Cr的含量分別為0.002 mg·kg-1、0.120 mg·kg-1、1.010 mg·kg-1、0.870 mg·kg-1、4.240 mg·kg-1。藻粉中Pb、As和Cr重金屬含量符合《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB13078—2017)。

表4 蛋白核小球藻中重金屬含量與飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)比較 (mg·kg-1)

3 討論

3.1 沼液中兩種微藻的生長特性

微藻屬于一種原生生物，主要通過光合作用從外界吸收碳、氮、磷等無機(jī)鹽來制造有機(jī)物，其生長趨勢符合Logistic生長曲線，具有微生物的特點。沼液和培養(yǎng)基中都富含豐富的碳、氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)和微量元素，微藻在培養(yǎng)基和沼液中都可進(jìn)行繁殖代謝。受沼液色度及濃度影響，微藻在沼液中光合作用強(qiáng)度低于培養(yǎng)基，微藻在培養(yǎng)基中生長特性優(yōu)于沼液。當(dāng)微藻剛接入沼液中時，前兩天生長遲緩，主要可能是因為微藻在不斷完善體內(nèi)酶系統(tǒng)、細(xì)胞成分，合成生長所必需的酶，以適應(yīng)生長環(huán)境，所以藻類這個時期的生長繁殖速度比較慢。

利用不同濃度沼液培養(yǎng)兩種藻類，微藻在未稀釋沼液中的生長優(yōu)勢不明顯，尤其鈍頂螺旋藻可以在低濃度沼液中生長而在未稀釋沼液中生長緩慢甚至停滯，說明高濃度沼液對鈍頂螺旋藻的生長具有明顯抑制效應(yīng)。一方面可能是沼液中有機(jī)物、氨氮等污染物濃度高(未稀釋沼液氨氮660.00 mg·L-1)，不易被鈍頂螺旋藻吸收，藻液由綠色漸變?yōu)辄S色，導(dǎo)致螺旋藻死亡；另一方面可能是在沼液原液中，色度大，透光性減弱，在微藻自養(yǎng)培養(yǎng)方式下，易使其遠(yuǎn)離光飽和點，影響其光合作用進(jìn)而抑制微藻自養(yǎng)生長的進(jìn)行。這也符合謝爾福德耐性定律，生物在生長過程中對各種因子均存在耐性范圍，如果培養(yǎng)液中某一種必需元素超過一定量，會對藻類產(chǎn)生毒害作用，影響藻類的生長繁殖，嚴(yán)重者會導(dǎo)致藻類大量死亡[29]。與國青青[30-31]等人研究螺旋藻在氨氮超過100.00 mg·L-1生長會受到明顯抑制，隨著氨氮濃度的增加抑制越明顯結(jié)論相近。由此表明，蛋白核小球藻相比鈍頂螺旋藻更適應(yīng)沼液培養(yǎng)環(huán)境，在其他藻種無法存活的條件下，蛋白核小球藻可利用沼液中可被利用的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生長，耐性更強(qiáng)，這一結(jié)果與很多學(xué)者[27、32]的研究結(jié)果相符。

3.2 兩種藻類對沼液不同形態(tài)氮的去除效果

氮是藻類細(xì)胞的重要組成成分，對藻的結(jié)構(gòu)蛋白、酶、核酸及葉綠素等合成至關(guān)重要[33]。由于微藻中的蛋白質(zhì)、多糖、核酸等大分子物質(zhì)都是由碳、氮、磷等元素組成，因此藻細(xì)胞的生長繁殖離不開氮、磷等元素的吸收。沼液中的氮素主要以無機(jī)氮(氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮)和有機(jī)氮(氨基酸、蛋白質(zhì)等)為藻細(xì)胞的生長提供基本的養(yǎng)料。微藻通過同化作用吸收無機(jī)氮，將沼液中氮素轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)、酶等物質(zhì)[34]。沼液中各種形態(tài)氮都可作為藻類的氮源，只是被利用的順序有所區(qū)別。沼液未經(jīng)處理其氮素主要存在形式是氨氮，試驗初期其含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮。而且微藻利用氨氮過程不涉及氧化還原反應(yīng)，需要能量較少，而硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮需要通過硝酸鹽、亞硝酸鹽還原酶轉(zhuǎn)化成氨氮后被微藻納入碳骨架，最終在藻細(xì)胞內(nèi)被合成氨基酸或者蛋白質(zhì)[35]，因此微藻在不同氮素存在形式中優(yōu)先利用氨氮，氨氮下降明顯，這一結(jié)論也與羅龍泉[14，36]等人所研究結(jié)果一致。水質(zhì)中亞硝態(tài)氮含量的先升高后下降，可能是因為在培養(yǎng)初期微藻在含有硝態(tài)氮的溶液中利用還原酶將硝態(tài)氮還原成亞硝態(tài)氮而釋放到培養(yǎng)基中引起的。當(dāng)硝態(tài)氮含量較低時，藻體細(xì)胞開始利用亞硝態(tài)氮，導(dǎo)致亞硝態(tài)氮含量的下降。硝態(tài)氮的去除率高于氨氮的去除率，一是受藻類同化作用，二是受氨氮多途徑分解、轉(zhuǎn)化影響。蛋白核小球藻在沼液中的生長特性及生物量都高于鈍頂螺旋藻，其對沼液中氮素的需求量也更高，利用無機(jī)氮合成自養(yǎng)所需物質(zhì)，因而對水體中總氮、氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮吸收更快，去除率高于鈍頂螺旋藻。

3.3 兩種藻類對沼液中總磷的吸收效果

有研究認(rèn)為，磷是一切藻類都必需的營養(yǎng)元素，常被認(rèn)為是第一位限制性營養(yǎng)元素[37]，可以影響藻類磷脂、蛋白質(zhì)和核酸的合成，并且對能量循環(huán)具有重要作用[38-39]。兩種微藻對沼液中總磷具有較強(qiáng)去除率，在90.00%以上，與Jiang[40]等人得到類似結(jié)論。微藻主要通過磷酸化作用使磷酸氫鹽和磷酸二氫鹽中磷參與ADP至ATP的轉(zhuǎn)化中[41]。磷酸鹽是唯一能被微藻直接吸收利用的磷形態(tài)，因此在培養(yǎng)初期，微藻先吸收沼液中磷酸鹽，因而總磷去除率初期較低。隨著時間進(jìn)行，微藻微生物積累，無機(jī)磷通過光合、氧化還原、沉降等作用被微藻吸收、吸附而得到去除。

蛋白核小球藻對總磷吸收效果稍強(qiáng)于鈍頂螺旋藻，可能是因為其細(xì)胞尺寸小于鈍頂螺旋藻。藻類對磷的吸收受細(xì)胞尺寸、細(xì)胞內(nèi)的營養(yǎng)狀態(tài)及環(huán)境中磷的濃度、形態(tài)、來源的影響，不同藻類對磷的吸收存在較大差異。這正與相關(guān)學(xué)者研究觀點小尺寸的藻細(xì)胞的磷吸收速率優(yōu)于大尺寸的藻細(xì)胞，且藻類的生物量與磷積累量成正比[42-43]相符。

3.4 兩種藻類對沼液COD的去除效果

藻類對沼液中 COD 的去除效果一般[21]，沼液中的還原性物質(zhì)主要是厭氧發(fā)酵過程殘留的有機(jī)物，這些有機(jī)物可供蛋白核小球藻和鈍頂螺旋藻以自養(yǎng)、兼養(yǎng)和異養(yǎng)等方式進(jìn)行繁殖代謝[44]。即便如此，微藻對COD的脫除效率依然較低，可能一是厭氧沼氣發(fā)酵停留時間較長，易生化有機(jī)物已被厭氧微生物消化較徹底，余下COD大部分是難降解的有機(jī)物；二是因為沼液中的COD主要組成是纖維素、有機(jī)酸等難降解的較大分子量有機(jī)物，微藻對它們的同化降解效率較低、速度較慢[45-46]。還有可能是沼液中存在有機(jī)碳和無機(jī)碳，由于沼液碳氮比原值較低、碳源存在競爭關(guān)系，而且無機(jī)碳源二氧化碳和碳酸氫鹽可被微藻直接利用，因此蛋白核小球藻與鈍頂螺旋藻可能優(yōu)先吸收無機(jī)碳，從而影響了有機(jī)碳的吸收。

3.5 蛋白核小球藻品質(zhì)與安全分析

微藻對沼液中氮磷的利用以同化作用為主，氮磷等元素被轉(zhuǎn)移到微藻細(xì)胞中并未真正從水體中去除。因此在沼液凈化處理過程需及時將微藻收集并加工利用。將微藻滅菌消毒后作為水產(chǎn)動物的生物飼料，是一條綠色環(huán)保可循環(huán)的產(chǎn)業(yè)鏈。但前提是微藻具有穩(wěn)定的安全品質(zhì)，因此有必要分析微藻營養(yǎng)成分及安全品質(zhì)。利用沼液培養(yǎng)所得蛋白核小球藻，其粗蛋白質(zhì)含量高于大豆粕、米糠、玉米和小麥麩等植物飼料，與魚粉粗蛋白質(zhì)含量接近，而且符合《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB13078—2017)中對重金屬的限量值，因此可作為魚飼料安全植物蛋白源。

4 結(jié)論

(1)蛋白核小球藻相比鈍頂螺旋藻更耐污：兩種藻在各自相應(yīng)培養(yǎng)基中的生長速率均高于在沼液中的生長速率，培養(yǎng)10天后蛋白核小球藻OD680最高D0處理為2.12，其次D2處理1.89；螺旋藻OD560最高L0處理1.73，其次L2處理1.60。

(2)利用20%濃度沼液培養(yǎng)蛋白核小球藻和鈍頂螺旋藻，經(jīng)一個周期10 d結(jié)束后，蛋白核小球藻最大生物質(zhì)產(chǎn)量能達(dá)到1.31 g·L-1，而鈍頂螺旋藻的最大生物質(zhì)產(chǎn)量為1.09 g·L-1；蛋白核小球藻對沼液總氮、氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、總磷和COD 的去除率分別可達(dá)76.82%、75.04%、86.05%、57.87%、93.50%和77.92%，高于鈍頂螺旋藻。

(3)經(jīng)沼液培養(yǎng)的蛋白核小球藻，其粗蛋白質(zhì)含量較高，且Hg、Cd、Pb、As和Cr含量符合《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB13078—2017)，可作為魚飼料的一種優(yōu)質(zhì)植物蛋白源。

(4)綜合沼液培養(yǎng)基水質(zhì)各項指標(biāo)去除率及藻體生物量，蛋白核小球藻比鈍頂螺旋藻更適合用于沼液資源化處理。

(5)為了得到最優(yōu)沼液培養(yǎng)蛋白核小球藻試驗條件，下一步仍需考察合適的N/P比及環(huán)境條件對沼液培養(yǎng)蛋白核小球藻的影響。