周曉琴，蘇 翔，毛雪梅，左輕揚，安雅敏

(重慶工商大學環(huán)境與生物工程學院，重慶400067)

微藻是大自然中廣泛存在的自養(yǎng)型微生物，種類繁多且繁殖迅速，在生長過程中能夠利用N、P，并且對重金屬也有一定的去除效果，對Zn、Hg、Cd等富集可達幾千倍，吸附作用強而凈化速率高［1］。藻類在生長過程中，以CO2和碳酸鹽作為碳源，以水體中的氮素作為氮源，同時能夠以多種無機磷酸鹽作為磷源，通過藻類細胞中葉綠素進行光能自養(yǎng)，完成細胞增殖并釋放出氧［2］。20世紀50年代，美國的Oswald和Gotaas最早提出利用藻類來凈化污水［3］。20世紀80年代，生物技術迅速發(fā)展，國內外對于利用藻類來凈化污水的研究也越來越多，取得了較大進展［4-9］。在污水深度處理與生物柴油生產(chǎn)耦合系統(tǒng)中，藻種的篩選與馴化是實現(xiàn)該工藝的前提和重點。針對耦合目的，藻種篩選原則應為:在生活污水條件下生長速率快、氮磷去除效率高、生物質產(chǎn)量高及單位藻細胞生物量的油脂產(chǎn)量高［10］。

光照是影響微藻生長的最重要的環(huán)境因子之一。光照對微藻的生長、繁殖、藻體顏色、細胞形態(tài)及胞外多糖積聚都有重要影響。不同的微藻都有最適于其生長的最佳光照環(huán)境。在微藻培養(yǎng)中，研究光照的作用，應用適當?shù)墓庹占夹g加快培養(yǎng)對象的生長繁殖，調節(jié)其營養(yǎng)成分，是提高油脂產(chǎn)量和生物量的重要途徑。

綜觀國內外這方面的報道，目前研究尚處于個體情況的資料積累階段。其中，光強和光周期的調節(jié)容易實現(xiàn)，相關研究較多。實驗以油脂含量較高的柵藻為實驗藻種，用當?shù)爻鞘猩钗鬯鳛榕囵B(yǎng)基，考察了柵藻在不同光照強度和不同污水濃度下的生長情況、藻細胞油脂的積累情況以及對TN、TP的去除率，研究了光強對柵藻的影響，以期為柵藻凈化水質以及提取油脂的研究提供基礎數(shù)據(jù)和支撐。

1 材料和方法

1.1 實驗用水和水質

實驗用水采自重慶市茶園新區(qū)污水處理廠，每次采樣均采用格柵出水，具體實驗水質可能略有浮動。

表1 實驗用水(污水)水質

1.2 實驗藻種

通過對污水凈化和產(chǎn)油藻種的相關文獻分析，選取柵藻(Scenedesmus sp.)為實驗藻種，編號為FACHB-1229。實驗所用藻種購自中國科學院野生生物種質庫——淡水藻種庫。

1.3 實驗方法

1.3.1 培養(yǎng)方法

因購買的藻種體積不足以完成實驗，需要在無菌條件對其進行轉接并擴大培養(yǎng)。采用人工氣候箱進行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為25±1℃，光照條件2 000 Lux，12 Hr晝/12 Hr夜，培養(yǎng)期間每天定時搖動3次，使得藻分布均勻。藻類在污水中生長時條件相同。

1.3.2 藻類生物量的測定

藻細胞干重的測定:取50 mL燒杯在105℃烘箱干燥24 h后，稱重記為m1，取一定體積藻液加入到離心管中，在8 000 r下離心15 min后棄去上清液，將濃縮藻液轉移到已經(jīng)稱重的干燥燒杯中，在放入105℃烘箱干燥 24 h 后，稱重記為 m2，計算藻細胞干重 m2－ m1［11］。

藻密度測定:將藻種接種于液體培養(yǎng)基中，每天定時取樣，在放大倍數(shù)為10×40的顯微鏡下觀察藻類形態(tài)并計算藻細胞數(shù)量。血球計數(shù)板計算公式:細胞數(shù)/mL=80小格內藻細胞個數(shù)/80×400×104×稀釋倍數(shù)。

1.3.3 水質測定

實驗采用不同于培養(yǎng)條件的光強(2 000 lux)，考察了藻類在弱光照1 000 lux和較強光照3 000 lux下的生長情況，并設了兩組平行樣，分析其藻密度以及對污水TN、TP的降解效率。

實驗測定TN，TP各指標均采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)［12］的國標方法。TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，TP用過硫酸鉀氧化-鉬銻抗分光光度法。

2 結果和分析

2.1 光照強度對柵藻生長的影響

將培養(yǎng)處在對數(shù)期的柵藻分別接種至污水中，在人工氣候箱中培養(yǎng)，采用不同光強，考察了藻類在弱光照1 000 lux和較強光照3 000 lux下的生長情況，并設了兩組平行樣，分析其藻密度以及對污水TN、TP的降解效率。

圖1 藻密度對比

由圖1可知，柵藻在3 000 lux光照強度下藻的活性最高，且生長最好，藻密度達到268×105個/mL，柵藻在1 000 lux的條件下，藻密度遠遠低于3 000 lux下培養(yǎng)的藻密度約為49×105個/mL，污水中也存在相同的情況，即光照強度較大的時候藻類長勢較好，在培養(yǎng)后期由于藻密度不斷增大，光照強度低的條件下，相對每個藻細胞得到的光照就小，在陽光水平低或高濃度的生物量細胞相互的陰影作用下會導致負的光合作用率(呼吸作用)的暗區(qū)內部的作用形成。這將導致整體的光合效率降低和生物生產(chǎn)力下降［13］。但實驗選取的光照強度只有2組，因此沒有考察極強光強下柵藻的生長情況。

對于光強的作用規(guī)律，一般表現(xiàn)為各種藻類都存在某個最適合生長的光強范圍，此范圍之內的光強照射能夠推動較高的生長速率，此范圍之外的光強照射將導致生長速率的下降。

2.2 不同光強下柵藻對TN、TP的降解

柵藻在光照強度為3 000 lux的條件下，細胞活性明顯大于1 000 lux強度下，由圖2、圖3可看出，柵藻在13 d左右進入穩(wěn)定期，之前降解TN和TP的速率非常高，進入穩(wěn)定器之后，由于細胞生長較之前緩慢，因此降解速率也隨之降低，其中最終柵藻可以將污水中的TP降低到檢測線一下。原污水組在1 000 lux和3 000 lux的條件下，培養(yǎng)的前面幾天內對TN和TP的降解均沒有柵藻組好，在后期約第8 d時，由于污水中生長了較多的混合藻類，因此降解效果也相應得到提升。

圖2 不同光強下柵藻對TN的降解

圖3 不同光強下柵藻對TP的降解

總之，較強的光照強度有利于藻細胞的生長以及對污染物質的降解。具體的去除效率見圖4、圖5。

不同光強下，柵藻對TN的去除效率對比見圖4，柵藻1 000 lux和柵藻3 000 lux條件下TN去除率分別為90%和94%，污水1 000 lux和污水3 000 lux條件培養(yǎng)下，后期由于長出了較多的藻類，對TN的去除效率分別為71%和85%。綜合對比可知，柵藻對凈化水質有著巨大的作用，且對污染物的去除速率很快，污水中長出的藻類也多為綠藻中的柵藻，柵藻在較強光照強度下各方面都比弱光照下有優(yōu)勢，因此可以認為較強光強能夠促進柵藻的生長，并提高降解TN的速率和效果。

由圖5可知不同光強下，柵藻對TP的去除效率情況基本與TN的趨勢一致，柵藻1 000 lux和柵藻3 000 lux條件下TN去除率分別為98%和99%，污水1 000 lux和污水3 000 lux條件培養(yǎng)下，后期由于長出了較多的藻類，對TN的去除效率分別為67%和94%。柵藻對TP的凈化能力較強，且對TP的去除速率很快，除了1 000 lux污水效果不好以外，其他3組都能夠很快的降解TP。同理一定范圍內的強光照能夠促進藻細胞生長并提高對水質中TP的凈化效率。

圖4 不同光強下TN的去除效率

圖5 不同光強下TP的去除效率

3 結論

(1)在不同光照強度下，柵藻的藻密度在3 000 lux條件下要高于1 000 lux，其中柵藻在3 000 lux下培養(yǎng)時最大藻密度為268×105個/mL，明顯高于其他三組，但在后期藻類的生長速率變慢，可能是因為隨著藻生物量的增大而產(chǎn)生了相互間的隱蔽作用，從而降低了有效光強。

(2)不同光強下，柵藻在光照為1 000 lux和3 000 lux條件下TN去除率分別為90%和94%，污水1 000 lux和污水3 000 lux條件培養(yǎng)下，后期由于長出了較多的藻類，對TN的去除效率分別為71%和85%。

(3)柵藻對TP的去除效率情況基本與TN的趨勢一致，柵藻1 000 lux和柵藻3 000 lux條件下TP去除率分別為98%和99%，高于相應污水組的67%和94%。

(4)從對照組和實驗組的對比結果可知，柵藻能夠有效的凈化污水中TN、TP等營養(yǎng)物質，且在當?shù)厥姓鬯猩L良好，可進一步研究開發(fā)應用柵藻來處理城市生活污水。

(5)由于藻類的生長和營養(yǎng)物的吸收不僅受到可用性營養(yǎng)物和藻種的影響，而且還依靠諸多環(huán)境因素，如pH、光照、溫度等，未來的工作重點仍然是藻種的篩選，尋求培養(yǎng)條件的優(yōu)化，從而更好的利用藻類來造福環(huán)境。

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