胡帥龍，孫力平，王晨晨，黃盼盼，鐘 遠，楊 帥

（天津城建大學 環(huán)境與市政工程學院，天津 300384）

1 材料與方法

實驗藻種采自以大沽河為水源的天津市西青郊野公園，顯微鏡鏡檢表明，藻體以寡枝剛毛藻（cladophora oligoclona）為優(yōu)勢藻，同時存在其他藻類.將寡枝剛毛藻藻絲分離出來后，用蒸餾水反復清洗藻體，去除附著藻體表面的雜質(zhì)和其他藻類，置于稀釋4 倍的BG11 培養(yǎng)基（模擬藻體原生長水質(zhì)環(huán)境）中，待培養(yǎng)出足夠數(shù)量新生藻絲后，再轉(zhuǎn)移至蒸餾水中“饑餓”培養(yǎng)3 d，目的是消耗藻體內(nèi)磷，用于后續(xù)實驗.

1.1 剛毛藻最佳藻量實驗設(shè)計

將剛毛藻置于1 L 燒杯，分別加入800 mL 稀釋4倍的BG11 培養(yǎng)基（含磷量約為1.8～1.9 mg/L）和大沽河水（含磷量約為1.4～1.5 mg/L），并用紗布包扎好瓶口，防止灰塵或其他雜質(zhì)落入，整個過程在潔凈工作臺上進行，最后放入已用紫外燈消毒的光照培養(yǎng)箱中，光照為 2 800 lx，光暗比為 16 ∶8，溫度為 24 ℃.藻量（濕重）梯度為 0，1，2，3，4 g/L，其中 0 g/L 為空白組，其他組為實驗組，每組分別設(shè)置3 個平行樣.監(jiān)測時間點設(shè)為第 1 天、第 3 天、第 5 天、第 7 天、第 9 天、第11 天.稀釋4 倍的BG11 培養(yǎng)基的檢測指標為PO4-P，大沽河水的檢測指標為PO4-P、TP、溫度.

1.2 剛毛藻凈化景觀水原水實驗設(shè)計

實驗條件為室內(nèi)模擬環(huán)境，光照為8 000～12 000 lx，溫度為20～25 ℃，投加藻量（濕重）為2 g/L，每種處理水設(shè)置3 個平行樣.實驗用水為大沽河水和某污水處理廠二級出水，置于1 L 的燒杯中培養(yǎng).監(jiān)測時間點設(shè)為第 1 天、第 3 天、第 5 天、第 7 天、第 9 天、第 11 天.檢測項目有TP、PO4-P、Chl-a、剛毛藻生物量和微藻細胞數(shù)量.

1.3 實驗中相關(guān)參數(shù)的測定及數(shù)據(jù)處理

總磷和磷酸鹽等參數(shù)測定參照《水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）》[11]；剛毛藻濕重的測定方法為濾紙吸取水分后稱重[12]；采用分光光度法來測定Chl-a 濃度的大?。桓∮卧孱惖淖R別可按照胡鴻鈞等[13]規(guī)定的方法進行識別；浮游藻類的計數(shù)方法采用血球計數(shù)板法.

剛毛藻生物量的計量方法：

（1）實驗開始及結(jié)束階段，將剛毛藻取出，先使用真空抽濾，再用濾紙進一步吸水，放入電子天平中稱量，記錄藻重.

（2）將電子天平上的剛毛藻取下，重復步驟（1），直至相鄰兩次稱量的差值不超過2 mg，記錄最后一次的藻重為最終的數(shù)值.

老賈一搖手：“山不在高，有仙則靈。我老家那里的和尚很有名，據(jù)說都是反右時逃難躲進破廟里的，后來也不想還俗了，干脆當起了真和尚。村里有什么疑難雜癥，反倒去找他的治好了?！?/p>

（3）以上步驟重復3 次，取平均值作為藻體的濕重.

抑藻率計算公式：抑藻率=（空白組藻數(shù)量-實驗組藻數(shù)量）/空白組藻數(shù)量

使用 Microsoft office Excel 2016 和 Origin 2017 軟件進行數(shù)據(jù)分析與繪圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 剛毛藻最佳藻量

2.1.1 培養(yǎng)基剛毛藻最佳藻量

圖1 為培養(yǎng)基不同時間PO4-P 質(zhì)量濃度變化，可以看出實驗組前3 天PO4-P 質(zhì)量濃度下降明顯，到第3 天時，實驗組中PO4-P 的平均質(zhì)量濃度為0.47 mg/L，各實驗組平均去除率達到了74.65%. 林秋奇等[14]指出，水網(wǎng)藻能快速吸收氮磷，水網(wǎng)藻在前3 天幾乎完成了對各種營養(yǎng)鹽的吸收.張新龍等[15]指出，PO4-P 在第3 天達到很高的去除率，和本實驗中剛毛藻在前3天對磷的去除率較高的現(xiàn)象一致.

在3～7 d PO4-P 質(zhì)量濃度下降較緩，分析為第3天以后剛毛藻主要利用藻體內(nèi)儲存的磷，到第7 天時實驗組中PO4-P 的平均質(zhì)量濃度為0.40 mg/L，PO4-P平均去除率為78.12%，相對第3 天僅僅升高了3.47%.在7～9 d PO4-P 質(zhì)量濃度下降較快，分析為第7 天以后藻體內(nèi)的磷不足以維持其生長代謝，剛毛藻需要再次吸收周圍環(huán)境中的磷，最終平均去除率為98.56%.在前7 天的過程中，1 g/L 組去除率明顯低于其他組別，可見，1 g/L 組較其他三組吸收磷處理效果差.在整個實驗過程中，2 g/L 組同 3 g/L 組、4 g/L 組有近似的處理效果，并且最終的PO4-P 也均趨于零. 可見，如果在2 g/L 的基礎(chǔ)上增加投藻量并不會明顯的提升PO4-P 去除速度和去除率.

表1 為在不同投藻量下培養(yǎng)基中生物量（濕重）變化情況，可以看出2 g/L 組具有最大的生物量增量，增加百分比為156.00%，均大于3 g/L 組和4 g/L 組；2 g/L組最終藻量 5.12 g/L，雖然小于 3 g/L 組、4 g/L 組的 5.97 g/L 和 6.49 g /L 值，但 3 g/L 組、4 g/L 組對PO4-P 的去除效果與2 g/L 組相同，因為藻的生長會受光照和自身競爭等原因的限制，藻量過多，藻密度過大，會抑制藻的代謝.

綜上所述，在培養(yǎng)基PO4-P 初始質(zhì)量濃度≤2 mg/L的理想條件下，剛毛藻在培養(yǎng)基中的最佳投藻量（濕重）為2 g/L.

表1 培養(yǎng)基中各組生物量（濕重）變化

2.1.2 大沽河水剛毛藻最佳藻量

圖2 為在不同投藻量下，大沽河水PO4-P 質(zhì)量濃度隨時間變化情況. 在4 個實驗組中，大沽河水中PO4-P 質(zhì)量濃度在前3 天下降較快，第3 天時各組PO4-P 質(zhì)量濃度均值為0.12 mg/L，平均去除率為92.06%，可見，在實際水體培養(yǎng)條件下，剛毛藻同樣存在過度吸收磷并儲存現(xiàn)象.PO4-P 質(zhì)量濃度在第11 天達到最低值且趨于零，平均去除率達到99.44%. 空白組在0～9 d 降幅較大，第9 天時的PO4-P 質(zhì)量濃度為0.44 mg/L，去除率為67.98%，這與培養(yǎng)基條件下空白組幾乎無變化存在明顯差別，這可能是因為河水中含有大量可利用磷的微生物并起到了降低磷濃度的作用所致.

圖3 為在不同投藻量下，大沽河水TP 質(zhì)量濃度隨時間的變化情況.TP 質(zhì)量濃度在第7 天達到最低，實驗組中TP 質(zhì)量濃度均值為0.12 mg/L，平均去除率為93.66%；在第7 天至第11 天期間，TP 質(zhì)量濃度小幅升高，第11 天TP 均值上升為0.22 mg/L，這可能是藻體釋放或部分剛毛藻死亡分解所致，表明投藻時間7 d 為佳.

圖2 大沽河水不同時間PO4-P 質(zhì)量濃度變化

圖3 大沽河水不同時間TP 質(zhì)量濃度變化

對比圖 1 和圖 2 可知，第 3 天、第 5 天、第 7 天各實驗組河水中PO4-P 平均去除率分別為91.98%，94.75%，96.59%，均高于培養(yǎng)基中的PO4-P 平均去除率74.65%，76.39%，78.13%. 這是因為剛毛藻表面的細菌可增強藻類對不易吸收的形態(tài)磷的轉(zhuǎn)化并供藻類利用[16]，表明大沽河水中形成菌藻共生系統(tǒng)，其對磷的處理效率優(yōu)于純種剛毛藻，在利用藻類處理污水的技術(shù)中，菌藻共生系統(tǒng)具有較強的凈化優(yōu)勢[17]. 藻類通過光合作用產(chǎn)生氧氣，作為好氧細菌呼吸降解污染物的電子受體去除污染物，同時細菌呼吸產(chǎn)生的二氧化碳也能供藻類進行光合作用[18].

表2 為不同投藻量下，大沽河水生物量（濕重）變化，可見，2 g/L 組生物量增量為4.06 g/L，均大于其他3 組生物量增量，這同在培養(yǎng)基中培養(yǎng)時的現(xiàn)象及規(guī)律相同.

綜合考慮，從河水中PO4-P、TP 質(zhì)量濃度的變化和不同藻組生物量的變化，可以確定，在現(xiàn)實條件下，溫度為20～25 ℃時，大沽排污河水中剛毛藻的最佳投藻量（濕重）為2 g/L，最佳投藻時間為7 d.

表2 大沽河水各組生物量（濕重）變化

2.2 剛毛藻對景觀水原水除磷效果及生物量變化

圖4 和圖5 分別為不同原水中PO4-P 質(zhì)量濃度變化和不同原水中TP 質(zhì)量濃度變化.

圖4 不同原水中PO4-P 質(zhì)量濃度變化

圖5 不同原水中TP質(zhì)量濃度變化

由圖4 和圖5 可知，PO4-P 和TP 質(zhì)量濃度在前3天降幅較大.第3 天時，河水和某水廠二級出水的TP質(zhì)量濃度分別為0.10 mg/L 和0.11 mg/L，去除率分別為95.70%和95.36%；PO4-P 質(zhì)量濃度分別為0.03 mg/L和0.03mg/L，去除率分別為98.69%和98.25%.第3 天后趨于平穩(wěn)，河水和某水廠二級出水的TP 最終質(zhì)量濃度分別為0.07 mg/L 和0.13 mg/L，去除率分別為96.88%和94.46%，分別符合地表水Ⅱ類和地表水Ⅲ類水質(zhì)標準；PO4-P 最終質(zhì)量濃度分別為0.01 mg/L和0.002 mg/L，最終去除率分別為99.74%和99.93%，這說明剛毛藻對景觀水體有很好的除磷效果.況琪軍[19]利用剛毛藻處理富營養(yǎng)化湖泊水時發(fā)現(xiàn)，剛毛藻對PO4-P 和TP 的去除率分別為79.67%和77.66%，均低于本實驗中去除率.這可能與光照條件不同有關(guān)[20]，況琪軍實驗的光照條件為光暗比14 ∶10，而本實驗的光照條件為光暗比16 ∶8，可能此光照條件對剛毛藻的除磷更有利.另外由湯會軍等[21]研究可知，由于實驗環(huán)境、實驗條件和實驗操作等因素影響，會導致各實驗中藻初始密度和饑餓程度不同，并影響藻對氮磷的去除效果.

表3 為不同實驗組生物量（濕重）變化，河水中生物量增加百分比為43.13%，遠遠小于二級出水中生物量增加百分比115.13%，其原因可能是因為河水未經(jīng)任何處理，成分復雜，其中某些有毒有害物質(zhì)可能抑制了剛毛藻的生長；也可能是污水處理廠尾水中，氮磷營養(yǎng)物質(zhì)比較豐富，有除磷脫氮工藝的水廠尾水中富含相應(yīng)的除磷脫氮菌，營造了相對于河水更好的“菌藻共生”體系所致.?elekli 等[22]的研究也說明了多種環(huán)境因素對于藻類生長都有影響.

表3 不同實驗組生物量（濕重）變化

2.3 剛毛藻對景觀水浮游藻類的抑制

Chl-a 的多少直接反映藻類光合作用的強弱及生長狀態(tài)的好壞[23]. 表4 為不同實驗組Chl-a 的變化，對比空白組和實驗組的Chl-a 質(zhì)量濃度，空白組中二者的Chl-a 質(zhì)量濃度變化量分別為-18.740 μg/L 和7.340 μg/L，而投加剛毛藻后（實驗組）其Chl-a 質(zhì)量濃度均表現(xiàn)出抑制，Chl-a 質(zhì)量濃度變化量分別為-54.530 μg/L 和4.680 μg/L，說明剛毛藻對微藻的生長具有抑制作用，且河水中的剛毛藻對于微藻的抑制作用顯著，河水中Chl-a 質(zhì)量濃度出現(xiàn)了負增長，但幅度小于實驗組，某水廠二級出水中Chl-a 質(zhì)量濃度的增量也要低于空白組. 陳衛(wèi)民[24]指出，水生植物可以釋放某種化感物質(zhì)抑制浮游藻類的光合作用，從而抑制了浮游藻類的生長并致其死亡. 雷國元[6]指出和水生植物一樣，剛毛藻與微藻之間存在化感現(xiàn)象，剛毛藻會分泌抑制微藻生長的化感物質(zhì).從Chl-a 的質(zhì)量濃度變化說明剛毛藻對微藻的生長有很好的抑制作用.

表4 不同實驗組Chl-a 變化 μg/L

表5 為不同實驗組微藻細胞數(shù)量的變化，對比空白組和實驗組的微藻細胞數(shù)量，實驗組中河水和某水廠二級出水的藻細胞數(shù)量增量分別為-1.8×105個/mL和 2.0×104個/mL；均小于空白組中二者的藻細胞數(shù)量的增量（-6×104個/mL 和 3.1×104個/mL），也進一步說明了剛毛藻對微藻生長具有抑制作用，根據(jù)抑藻率公式計算可得，大沽排污河河水的抑藻率為50%，某污水處理廠二級出水的抑藻率為35.48%.

表5 不同實驗組微藻細胞數(shù)量變化 個/mL

從Chl-a 質(zhì)量濃度和微藻細胞數(shù)量的變化量可以看出，剛毛藻對微藻的生長產(chǎn)生較強的抑制作用.這可能是剛毛藻對氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和浮游藻類形成了競爭關(guān)系，且剛毛藻競爭力強；也可能是剛毛藻分泌的化感物質(zhì)抑制了浮游藻類的生長.

3 結(jié) 論

（1）在原水初始TP 質(zhì)量濃度低于2 mg/L 時，剛毛藻的最佳藻量（濕重）為2 g/L，最佳投藻時間為7 d，TP去除率為93.66%，PO4-P 去除率為99.44%.增加投藻量并不會明顯地提升TP 去除速度和去除率，且延長投藻時間會因藻類死亡引起TP 值的上升.

（2）相比單一剛毛藻，菌藻共生系統(tǒng)對原水除磷效果更好，剛毛藻用于河道水和城市污水二級處理出水除磷效果良好，河水和某水廠二級出水的TP 最終去除率分別為96.88%和94.46%，質(zhì)量濃度分別為0.07 mg/L和0.13mg/L，PO4-P 最終去除率分別為99.74%和99.93%，最終質(zhì)量濃度分別為0.01 mg/L 和0.002 mg/L.

（3）剛毛藻不僅可有效吸收水體中磷，而且對可能形成水華的微藻有很好的抑制作用，其中大沽河水的抑藻率為50%，某污水處理廠二級出水的抑藻率為35.48%，說明可以利用其易附著特性來凈化城市景觀水體原水.