小球藻在餐廚沼液中的培養(yǎng)條件及效果研究

摘" " " 要： 針對(duì)餐廚沼液資源化處理的需求，開展小球藻培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，研究小球藻在預(yù)處理后的餐廚沼液中培養(yǎng)條件、耐鹽量以及主要污染物的去除情況。結(jié)果表明：餐廚沼液稀釋至20%的濃度，pH 6～7，接種量OD680=0.1，含鹽量＜0.5%為最佳培養(yǎng)條件，此時(shí)，小球藻能有效去除沼液中82%的氨氮，但小球藻對(duì)沼液中的COD去除能力較弱。餐廚沼液中氨氮的去除，將有效降低后續(xù)處理的難度。

關(guān)" 鍵" 詞：小球藻；餐廚沼液；培養(yǎng)條件；污染物去除

中圖分類號(hào)：X703" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" " " 文章編號(hào)： 1004-0935（2023）06-0805-03

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，餐廚垃圾逐年增多[1-2]，隨之產(chǎn)生的大量餐廚沼液具有污染負(fù)荷高、氨氮濃度高和難處理等特點(diǎn)[3]，若不能妥善處理，則會(huì)造成環(huán)境污染及資源的浪費(fèi)，需引起社會(huì)的高度重視[4]。目前餐廚沼液常采用“預(yù)處理+生化”處理工藝[5-6]，出水能達(dá)標(biāo)排放，但處理成本高。

利用沼液培養(yǎng)小球藻是一項(xiàng)具有多重效益的技術(shù)，能充分將餐廚沼液進(jìn)行有效資源化利用。小球藻可通過光合作用進(jìn)行自養(yǎng)生長(zhǎng)，在C/N比不足的情況下，藻體生長(zhǎng)會(huì)消耗沼液中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)成分和有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)沼液的高效凈化[7]。沼液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可滿足小球藻的基本需求，收獲的藻細(xì)胞可用于開發(fā)飼料或作為添加劑[8]。

未經(jīng)處理的沼液氨氮濃度和濁度均較高，難以直接生化處理。本文將餐廚沼液進(jìn)行超濾預(yù)處理，預(yù)處理后的液體進(jìn)行小球藻的養(yǎng)殖，考查小球藻在不同濃度沼液處理液，不同pH和不同接種量情況下的生長(zhǎng)狀況，并初步探究小球藻在沼液處理液中的耐鹽性。同時(shí)研究小球藻對(duì)沼液中氨氮和COD等主要污染物的去除情況。

1" 實(shí)驗(yàn)部分

1.1" 沼液來源及預(yù)處理

實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)液為厭氧發(fā)酵罐發(fā)酵液經(jīng)超濾預(yù)處理后的沼液，取自常州維爾利餐廚垃圾廢棄物處理有限公司。考慮超濾處理后的沼液較高的濁度及氨氮濃度會(huì)抑制對(duì)小球藻的生長(zhǎng)，因此，需對(duì)預(yù)處理后的沼液進(jìn)行稀釋。

1.2" 藻種類來源

實(shí)驗(yàn)藻種為普通小球藻，購自中國科學(xué)院淡水藻種庫。

1.3" 實(shí)驗(yàn)方法

小球藻活化：無菌條件下，培養(yǎng)液為BG11培養(yǎng)基，培養(yǎng)液裝液量為20%，接種量以控制初始OD680≈0.1，置于光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)條件：溫度25 ℃，光照強(qiáng)度為4 000 lux，24 h光照處理。

實(shí)驗(yàn)用培養(yǎng)液裝液量為60%，接種液為剛活化好的小球藻，培養(yǎng)條件：溫度25 ℃，光照強(qiáng)度為4 000 lux，24 h光照。每日定時(shí)搖晃錐形瓶2次，并變換各組位置，保證各組光照均勻。

1.4" 分析方法

COD測(cè)定采用重鉻酸鉀法（HJ/T 399—2007）；氨氮測(cè)定采用水楊酸分光光度法（HJ 536—2009）；微生物生物量測(cè)定采用分光光度法：測(cè)定光密度值OD680[9]，OD680值大于1，則用去離子水稀釋。

2" 結(jié)果與討論

2.1" 沼液濃度對(duì)小球藻生長(zhǎng)的影響

沼液經(jīng)過超濾處理后，污染物被有效去除，但其氨氮濃度及濁度任然較大，需要對(duì)沼液作一定比例的稀釋。沼液稀釋：沼液用去離子水稀釋至原濃度的10%、20%、40%、60%、80%和100%。對(duì)照為去離子水作培養(yǎng)液。

由圖可知，10%的沼液培養(yǎng)小球藻效果最好，經(jīng)過7 d的快速生長(zhǎng)后，最大值達(dá)到1.17，隨后快速衰亡。20%沼液組的生長(zhǎng)呈“S”曲線，同樣在第7 d時(shí)達(dá)到最大值0.94，隨后進(jìn)入穩(wěn)定生長(zhǎng)期。40%沼液中的小球藻則生長(zhǎng)緩慢，第7 d達(dá)到最大值0.52后迅速衰亡，總體水平低于對(duì)照組。而60%、80%和100%的沼液組的小球藻則全程處于生長(zhǎng)抑制狀態(tài)。上述結(jié)果說明，20%的沼液濃度營(yíng)養(yǎng)條件適宜，能促進(jìn)小球藻的生長(zhǎng)，而稀釋度大于40%的沼液則不適宜小球藻的生長(zhǎng)，這可能與不適宜的氨氮濃度及濁度有關(guān)。研究表明，氨氮過高會(huì)抑制藻類生長(zhǎng)，宜控制氨氮濃度420 mg/L以下[10]。

2.2" 不同pH對(duì)小球藻生長(zhǎng)的影響

不同小球藻對(duì)培養(yǎng)液pH有不同的要求，適宜的pH能促進(jìn)小球藻的生長(zhǎng)，從而達(dá)到有效去除污染物的效果。實(shí)驗(yàn)設(shè)置不同初始pH：6.0，7.0，8.0，9.0，10.0的20%的沼液。接種濃度為OD680=0.1。

由圖2可知，當(dāng)pH為10時(shí)，小球藻完全被抑制生長(zhǎng)。而pH在8～9時(shí)，小球藻雖然能生長(zhǎng)增殖，但生物積累量水平較低，且7 d后開始快速衰亡，說明此pH范圍并不適合小球藻的生長(zhǎng)。當(dāng)pH在6～7時(shí)，小球藻能快速增長(zhǎng)，且生物積累量一直保持較高水平，說明此pH范圍為較適宜培養(yǎng)條件。

2.3" 不同接種量對(duì)小球藻生長(zhǎng)的影響

圖3中不同接種濃度的小球藻都能在20%沼液中有效增殖，呈現(xiàn)“S”生長(zhǎng)曲線。OD680=0.1的接種濃度雖然低于0D680=0.2，但OD680=0.1組的小球藻進(jìn)入穩(wěn)定生長(zhǎng)期后的生物積累量明顯高于OD680=0.05和0.2組。接種濃度控制OD680值在0.3～0.4時(shí)，小球藻生物積累量較大，但考慮經(jīng)濟(jì)成本，并不是接種濃度越高就越好。綜合考慮，0D680=0.1為小球藻最佳接種濃度。

2.4" 不同鹽含量對(duì)小球藻生長(zhǎng)的影響

受各地飲食差異的影響，各地餐廚沼液中含鹽不同，而含鹽濃度過高，將不利于微生物的生長(zhǎng)，因此模擬不同含鹽量的沼液：在沼液中添加NaCl， 添加比例為0.5%、1.0%、1.5%、2%、3%，對(duì)照為未添加NaCl，接種濃度為OD680=0.1的20%沼液。

由圖4可知，當(dāng)含鹽量＞3%時(shí)，小球藻的生長(zhǎng)是完全被抑制的，當(dāng)含鹽量在1%～2%時(shí)，雖然小球藻能生長(zhǎng)增殖，但培養(yǎng)前期的延滯期較長(zhǎng)，整體生長(zhǎng)相對(duì)較慢，說明小球藻是能耐受1%～2% NaCl。而0.5%的含鹽量組的小球藻生長(zhǎng)水平與對(duì)照較一致。因此實(shí)際餐廚沼液培養(yǎng)小球藻時(shí)，未稀釋的沼液含鹽量最好控制在2.5%以下。

2.5" 小球藻對(duì)氨氮和COD的去除效果

如圖5，小球藻在20%沼液中培養(yǎng)的20 d過程中，氨氮可從260 mg/L降低至46 mg/L，氨氮去除率為82%。餐廚沼液中的總氮以氨氮為主，小球藻能有效去除沼液中的氮。COD在整個(gè)小球藻培養(yǎng)過程中，濃度變化較小，去除率＜20%。雖然COD未被有效降解，但此時(shí)氨氮濃度較低，碳氮比協(xié)調(diào)，COD含量較易被生化法或其他方法降解。

3" 結(jié) 論

小球藻能在稀釋的餐廚沼液中正常生長(zhǎng)，最適宜的培養(yǎng)條件：沼液稀釋濃度20%，pH 6～7，小球藻接種量OD680=0.1，含鹽量＜0.5%。小球藻能有效去除20%濃度的沼液中的氨氮，氨氮的去除解決了沼液C/N比不適宜的問題，降低后續(xù)污水處理的難度。本文中小球藻對(duì)沼液的COD去除效果差，可能與使用單一藻株效果不理想有關(guān)[11]，單一藻株極易因外來物種污染而死亡[12]，從而影響污水凈化效果?？紤]實(shí)際運(yùn)用的經(jīng)濟(jì)性，后續(xù)可用高濃度的沼液對(duì)復(fù)合藻株進(jìn)行馴化，提高藻株對(duì)沼液耐受性的同時(shí)，達(dá)到更好的污染物去除效果。

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Abstract：" In view of the demand for resource treatment of kitchen biogas slurry， the culture experiment of chlorella was carried out to study the culture conditions， salt tolerance and removal of major pollutants of chlorella in the pretreated kitchen biogas slurry. The results showed that the best culture conditions were as follows： diluting the kitchen biogas liquid to 20% mass fraction， pH=6～7， inoculation amount OD680=0.1， and salt contentlt;0.5%. At this time， chlorella could effectively remove 82% of ammonia nitrogen from the biogas liquid， but had little ability to remove COD from the biogas liquid. The removal of ammonia nitrogen from kitchen biogas slurry could effectively reduce the difficulty of subsequent treatment.

Key words： Chlorella; Kitchen biogas liquid; Culture conditions; Pollutant removal