生物多样性对污水中营养元素去除的影响

赵冉冉

摘要 生物处理方法是水处理中的重要部分。藻类由于其对氮、磷的高利用率以及较快的增殖速度使其在生物处理方面发挥了重要作用。本研究选用了自然界中4种常见的藻种小球衣藻、斜生栅藻和鱼腥藻、绿球藻，通过控制藻类物种数量的不同来探讨生物多样性对于污水中氮、磷元素去除的影响。结果表明，藻类生物多样性可以明显抑制藻类的生长，通过对氮、磷元素的分析显示，其可以明显促进水体中氮、磷元素的去除。

关键词 藻类；生物多样性；生长量；废水处理；营养元素

中图分类号 X52 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）12-0183-03

Abstract Biological treatment is an important part of wastewater treatment. Due to high availability of nitrogen and phosphorous and fast growth rate，microalgae plays a significant role in biological treatment. In this paper，Chlamydomonas microsphaera，Scenedesmus obliquus，Anabaena sp. and Chroococcus sp. which distributed widely in natural environment were selected，the effects of biodiversity on removal of nitrogen and phosphorous in wastewater were studied by control the amount of different microalgae species. The results showed that microalgae biodiversity could restrain microalgae growth distinctly. The analysis on the content of nitrogen and phosphorous revealed that biodiversity could promote the removal of nutrients in wastewater.

Key words microalgae；biodiversity；growth；wastewater treatment；nutrient

近年來，超过水体承载力2倍的氮、磷等营养元素排入水体中，使自然水体富营养化，并且导致各大湖泊流域出现藻类暴发现象，对生态环境的破坏极大[1-3]。藻类暴发的原因是由于其对于氮、磷的高利用率和自身较快的增殖速度，也正因为这个特性，藻类可以有效去除水体中的营养元素并应用于生物废水处理方法中[4]。

生态系统中的物种多样性可以增强其系统功能[5]。在物种分区限制资源发生时，多样性可以提高物种的资源获取率[6]。多物种交流时会提高物种间有益交互的可能性[7]。有研究表明，多样性的降低会改变生态系统的进程并且影响土壤中的氮循环[8]。研究藻类生物多样性对于自然水体中藻类暴发的控制以及藻类生物废水处理方法提供了一些新思路。本文通过控制污水中藻类物种的数量探究藻类生物多样性对于污水中营养元素去除的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用藻种分别为小球衣藻FACHB-52、斜生栅藻FACHB-13、鱼腥藻FACHB-235、绿球藻FACHB-193，均购自中国科学院野生生物种质库——淡水藻种库（武汉，中国）。小球衣藻与斜生栅藻的培养基为SE培养基（Bristol′s Solution），其组分包括NaNO3 250 mg/L、K2HPO4 75 mg/L、MgSO4·7H2O 75 mg/L、CaCl2·2H2O 25 mg/L、KH2PO4 175 mg/L、NaCl 25 mg/L、FeCl3·6H2O 5 mg/L、H3BO3 2.86 mg/L、MnCl2·4H2O 1.86 mg/L、ZnSO4·7H2O 0.22 mg/L、Na2MoO4·2H2O 0.39 mg/L、CuSO4·5H2O 0.08 mg/L；Co（NO3）2·6H2O 0.05 mg/L。鱼腥藻与绿球藻的培养基为BG11培养基（Blue-Green Medium），其组分包括NaNO3 1 500 mg/L、K2HPO4 40 mg/L、MgSO4·7H2O 75 mg/L、CaCl2·2H2O 36 mg/L、柠檬酸6 mg/L、柠檬酸铁铵6 mg/L、Na2CO3 20 mg/L、H3BO3 2.86 mg/L、MnCl2·4H2O 1.86 mg/L、ZnSO4·7H2O 0.22 mg/L、Na2MoO4·2H2O 0.39 mg/L、CuSO4·5H2O 0.08 mg/L、Co（NO3）2·6H2O 0.05 mg/L。

小藻在光照培养箱（BDP-250CO2，上海百典仪器设备有限公司）中进行试验，设置培养箱温度为（24±1）℃、光照强度为2 000 lx、光暗比为12∶12。试验所用处理污水取自合肥工业大学给排水实验室里SBR反应器的出水。

1.2 样品的预处理

试验前1周，对处于对数生长期的藻种分别用数码光学显微镜（BA410，麦克奥迪）检查其生长情况和有无杂藻，如生长良好，达到同步生长，即可作为进行试验时的藻种液。试验前，取上述4种藻液经镜检计数超过106个/mL时，便可作为试验藻种分别离心分离（7 000 r/min，4 min），弃掉上清液，取沉淀藻细胞，用15 mg/L碳酸氢钠溶液重新悬浮，继续离心，如此离心洗涤重复3次，尽量去除藻细胞表面的有机物质，然后用无菌水稀释后作为试验接种储备液。根据各组试验需要接种后扩大培养1周并饥饿培养3 d，使藻种内蓄积的相应营养物质消耗完，从而获得饥饿培养后的藻液，该藻液即可作为试验藻液。