盐藻在海水养殖废水中的生长及对废水的净化作用

叶志娟　刘兆普

摘要：以f/2培养基为对照，采用不同浓度海水养殖废水培养盐藻，研究其对废水的净化作用。结果表明，盐藻在海水养殖废水中能正常生长，利用海水养殖废水培养盐藻是可行的，采用不同体积分数的海水养殖废水处理盐藻，盐藻生长差异显著，生长情况好坏顺序为f/2、100%、10%、25%、50%、75%、90%、0%（纯海水），培养后废水水体中氨态氮基本上检测不到，10%海水养殖废水处理的硝酸盐和磷酸盐去除率均最低，相对较低体积分数的海水养殖废水处理对硝酸盐的去除率较高，而相对较高体积分数的海水养殖废水处理对磷酸盐的去除率较高。

关键词：盐藻；养殖废水；生长；净化

中图分类号：Q949.21+2；X55 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）01-0039-04

近年来，我国的海水养殖业飞速发展，迅速成为养殖产量世界第一的水产大国，养殖业的发展必然带来海水养殖废水的排放问题，但其排放标准尚未颁布，为减少养殖成本，养殖场大多未经处理或处理不到位而直接将废水排入海中。目前，国内外学者已经对海水养殖废水的处理方法进行了很多研究[1，2]，如采用常规的物理、化学和生化的废水处理方法[3]，也研究了综合养殖废水处理方法，即建立人工湿地生态系统法[4]，但尚没有成熟的处理技术能高效地去除海水养殖废水中的氮磷营养盐。在此基础上，研究利用海洋微藻净化海水养殖废水的可行性及其吸收营养盐的效果，可为净化海洋环境、促进水产养殖业健康良性循环提供理论依据及技术支撑。

1 材料与方法

1.1 藻种

盐藻（Dunaliella salina）藻种由南京农业大学海洋生物学实验室提供。

1.2 海水养殖废水水样

海水养殖废水取自某鱼类养殖场，海水取自近海海域。海水养殖废水和海水均经沉淀、膜过滤后使用，设计了海水养殖废水不同体积分数，分别为0%（纯海水）、10%、25%、50%、75%、90%和100%，以基本培养基f/2为对照。培养前海水养殖废水及海水的水样养分特性见表1。

1.3 培养条件

将对数生长期的盐藻藻液接种于300 mL的三角瓶中，以1∶10的比例接种，初始接种量为6.78×106 个/mL，在智能光照培养箱（ZPG-280型）中进行培养，设置培养温度为23 ℃，光照度为3 000 lx，每天定时摇动3次，每次摇动1 min。

1.4 盐藻细胞计数

在光学显微镜下以0.1 mL血球计数板直接计数盐藻细胞的数量，培养后采用722可见分光光度计每天定时测定样品的OD700 nm。

1.5 叶绿素含量的测定

取15 mL盐藻藻液，真空抽滤到硝酸纤维滤膜上，添加5 mL 90%的丙酮在黑暗低温中抽提，20 h后，4 000 r/min离心5 min，上清液在663 nm、645 nm波长下测定出OD663 nm、OD645 nm，采用公式法计算藻液中叶绿素的含量：叶绿素含量=8.02×OD663 nm+20.2×OD645 nm[5]。

1.6 培养中生理指标的测定

总氮采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定，氨态氮采用靛酚蓝分光光度法测定，硝态氮采用镉柱还原-盐酸萘乙二胺法测定，亚硝态氮采用盐酸萘乙二胺分光光度法测定，磷酸盐采用磷钼蓝分光光度法测定，溶解氧采用碘量法测定，化学需氧量采用碱性高锰酸钾氧化法测定，pH采用pH计测定，水样中的盐度采用盐度计直接测定[6]。

2 结果与分析

2.1 盐藻细胞数量与OD700 nm的关系及利用海水养殖废水培养盐藻的可行性分析

以f/2培养基培养盐藻，培养到一定时间分别取1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 mL盐藻藻液于50 mL容量瓶中定容，以0.1 mL血球计数板分别计数，每个样品计数3次，取平均值，得出盐藻细胞数量，测定OD700 nm，图1表示的是盐藻细胞数与OD700 nm的关系。从图1可以看出， 盐藻细胞数与OD700 nm呈明显的正相关，r2为0.993 9，由此得出结论，在试验中可直接测定OD700 nm来表示盐藻细胞生长情况。

以f/2培养基、海水、海水养殖废水培养盐藻，图2表示的是盐藻在不同培养液中的生长情况，结果表明，盐藻在海水养殖废水中生长正常，与f/2相比，盐藻在海水养殖废水中的生长与之相当，表明利用海水养殖废水培养盐藻是可行的，接下来探讨不同体积分数海水养殖废水培养对盐藻生长的影响及对废水的净化作用。

2.2 不同体积分数海水养殖废水培养处理下盐藻的生长及对海水养殖废水的净化作用

2.2.1 不同体积分数海水养殖废水培养处理对盐藻生长的影响 不同体积分数海水养殖废水培养下盐藻的生长情况如图3。由图3可知， 盐藻在不同体积分数的海水养殖废水中均能生长，具体生长情况为f/2>100%>10%>25%>50%>75%>90%，均高于纯海水处理的生长速率，其中100%、10%、25%海水养殖废水处理之间生长速度无显著差异，但显著高于其他体积分数海水养殖废水处理，而75%、50%、90%海水养殖废水以及纯海水处理之间第3天开始一直呈显著差异。表明不同体积分数海水养殖废水促进了盐藻的生长，因此如果将其直接排放入海中将会导致盐藻的大量繁殖，造成水体严重污染。

2.2.2 不同体积分数养殖废水培养对盐藻叶绿素含量的影响 不同体积分数海水养殖废水处理对盐藻叶绿素含量的影响如图4。由图4可知，与对照f/2相比，100%海水养殖废水处理下盐藻叶绿素的累积量达到最高，50%、75%海水养殖废水处理下叶绿素积累较高。盐藻的叶绿素积累与细胞生长呈一定的相关性，说明叶绿素可以作为衡量盐藻生长的一个指标。海水培养的盐藻叶绿素含量最低，仅为0.290 mg/L，100%海水养殖废水处理叶绿素含量显著高于其他体积分数海水养殖废水处理，也显著高于f/2处理，除50%海水养殖废水处理外，90%、75%、25%、10%4个海水养殖废水处理之间盐藻叶绿素积累无明显差异，100%海水养殖废水处理的叶绿素含量是海水处理的18倍左右，表明了海水养殖废水的直接排放对海洋水质污染的巨大影响。endprint

2.3 不同体积分数海水养殖废水培养盐藻过程中水质的动态变化

2.3.1 pH动态变化 海水养殖废水培养盐藻过程中水体pH变化情况如图5。由图5可知，不同体积分数海水养殖废水处理水样的pH均随着培养时间的延长先增加或稳定而后降低，培养至第九天时各处理的pH趋于一致，维持在8.5左右。除对照f/2处理的pH一直处于最高的水平外，其他处理的pH均随着海水养殖废水水样体积分数的增加而增加，即100%>90%>75%>50%>25%>10%，并且各处理海水养殖废水处理的水样pH均高于纯海水处理。海水养殖废水培养盐藻过程中pH大致呈现先稍增加后降低最后趋于稳定的趋势，生长初期，低体积分数海水养殖废水处理pH较低，高体积分数海水养殖废水处理较高，而随着盐藻的生长，pH最终趋于稳定，说明初始pH并不是影响盐藻生长的主要因子，它可以通过自身的调节机制使最终pH趋于稳定，说明了盐藻可以通过自身的生理调节机制来调节其生长。

2.3.2 溶解氧（DO）的动态变化 盐藻培养过程中水体中溶解氧变化同pH变化趋势一致，同其生长也有一定的相关性（图6），低体积分数海水养殖废水处理下DO较高，培养到第九天时，各处理水样的DO趋于一致，大致呈现出先增加后减小最终趋于一致的趋势，在盐藻生长后期，各处理组DO均趋于一致，可能原因是盐藻的生长阶段已经到了消长平衡期，因此溶解氧呈现趋于稳定的状态。

2.3.3 化学需氧量（COD）的动态变化 盐藻培养过程中COD代谢缓慢（图7），开始时f/2处理较低，体积分数90%的海水养殖废水处理含量较高，培养到第九天，100%、90%和f/2的COD含量维持在一个较高的水平，而低体积分数的海水养殖废水处理则相对较低，特别是海水处理的样品，在整个过程中均处于较低水平，总体代谢缓慢。各体积分数海水养殖废水处理水样COD变化大致呈现先增加后减小的趋势，在一定的程度上可以说明盐藻不易吸收废水中的有机成分。

2.3.4 盐藻培养处理后水体中氮、磷的含量及形态

盐藻培养后培养液经0.45 μm滤膜抽滤后得培养后水样。

培养后水体中的氨态氮基本上检测不到，说明盐藻已经充分利用了废水中氨态氮。这与在水体中同时存在硝态氮和氨态氮时氨态氮被优先吸收有重要的关系，同时，氨态氮也抑制了盐藻细胞对硝态氮的吸收利用。

盐藻培养后硝酸盐和磷酸盐的利用情况见图8。由图8可知，海水处理时N、P养分的利用率均达到100%，10%海水养殖废水处理时硝酸盐和磷酸盐的去除率均最低，低体积分数的海水养殖废水处理时硝酸盐的去除率较高，而高体积分数的海水养殖废水处理时磷酸盐的去除率较高。25%、50%、75%及f/2处理下硝态氮的去除率均达到100%，0%海水养殖废水处理下硝态氮和磷酸盐的去除率也达到100%，对于磷酸盐来说，随着海水养殖废水体积分数的增加，各处理去除率呈现增加的趋势。

3 结论

1）研究结果表明，盐藻在不同体积分数的海水养殖废水中均能生长，生长情况与对照f/2培养基处理相当，说明利用海水养殖废水培养盐藻是可行的。f/2处理及海水养殖废水处理盐藻的生长情况、积累的叶绿素含量均高于纯海水处理；培养过程中水体的pH和DO均为先增加后减小最终趋于稳定，COD没有太大的变化；氨态氮的去除率均达到了100%，硝酸盐、磷酸盐的去除率均为海水处理的达最大，为100%。

2）从培养前各培养液的养分情况看，f/2中的磷含量比较高，而硝态氮和氨态氮低于100%海水养殖废水，而盐藻以f/2处理生长速度较快，说明了盐藻在生长过程中磷制约作用大于氮，这与国内外报道的藻类生长受磷限制基本一致。

参考文献：

[1] SUTHIER N，GRASMICK A，BLANCHETON J P.Biological denitrification applied to a marine closed aquaculture system[J].Wat Res，1998，2（6）：1932-1938.

[2] NIJHOF R. Fixed film nitrification characteristics in seawater recirculation fish culture systems[J].Aquaculture，1990，87：133-143.

[3] 中国水产编辑部.生物净化技术在我国水产养殖业中的应用现状与应用前景[J].中国水产，2001（1）：86.

[4] REED S C，CRITES，R W，MIDDLEBROOKS E J.Natural Systems for Caste Management and Treatment[M]. New York：Mcgraw-Hill，1995.

[5] 姚南瑜.藻类生理学[M].辽宁大连：大连工学院出版社，1987.

[6] 国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法[M].第三版.北京：中国环境科学出版社，2002.endprint