1、凈化豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水的方法1引言隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)及國(guó)務(wù)院審議通過畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例(草案)， 畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)污水的高效無害化處理日顯重要.采用沼氣池厭氧處理是當(dāng)前對(duì)畜禽養(yǎng)殖污水最 常見的處理方式，但從沼氣池中排出的沼液中富含氮磷等營(yíng)養(yǎng)素，直接排放到天然水體中仍 然會(huì)引起水體嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化.將沼液直接歸田然后通過農(nóng)作物吸收是當(dāng)前沼液最主要的處理 方式.然而在農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設(shè)的背景下，沼液直接歸田也存在受季節(jié)影響、單位面積處理效 率低、所需配套農(nóng)田面積大等問題.因此，仍需尋找高效的沼液安全利用途徑.利用藻類的吸收、富集和降解作用，可有效對(duì)污水進(jìn)行處理早在1957年，Oswald等 提出利用藻類去

2、除污水中氮磷的可行性，之后應(yīng)用微藻處理生活污水和工業(yè)污水的研究不斷 深入.Tam 和 Wong 證實(shí)了蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)和柵藻(Scenedesmus sp.) 在污水二級(jí)處理中具有良好的氮、磷的去除效果，經(jīng)7d處理即可去除污水中2/3以上的氮 磷.董俊德等研究表明小顫藻(Oscillatoria tenuis)和兩棲顫藻(O. amphibia)對(duì)污水的無 機(jī)磷去除率高，而對(duì)硝態(tài)氮的處理能力較差;極大螺旋藻(Spirulina masima)則能去除較多 的硝態(tài)氮.Mart nez等研究了溫度和攪拌形式對(duì)斜生柵藻(Scenedesmus obliquu

3、s)在二級(jí)城 市污水中的脫氮除磷能力，發(fā)現(xiàn)在25 C和磁攪拌的情況下，磷的最大去除效率可達(dá)98%， 氨氮的去除率可達(dá)到100%.李川等發(fā)現(xiàn)固定化的蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)對(duì) 人工污水中NH+4-N的去除效率最好，而魚腥藻(Anabaena sp.)對(duì)NO-3-N的去除率高.劉林 林等對(duì)15株微藻在豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水中的氮磷凈化能力及其細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)分析后發(fā)現(xiàn)多棘柵藻 (Scenedesmus spinosus)SHOU-F8是豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水凈化耦合微藻生物柴油生產(chǎn)的合適藻株 上述研究表明，微藻對(duì)污水氮磷的凈化效果受藻種、培養(yǎng)條件及污水中氮磷的形態(tài)與濃度等 因素影響.利用微藻

4、凈化豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水的研究已見較多報(bào)道，但利用微藻凈化豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水中的氮 磷并耦合微藻高附加值產(chǎn)品生產(chǎn)的研究較少.狹形小樁藻(Characium angustum)是一種淡水 綠藻，屬于綠球藻目(Chlorococcales)，小樁藻科(Characiaceae)，小樁藻屬(Characium)， 廣泛分布于包括污水在內(nèi)的多種類型的水體中，但目前對(duì)這種微藻尚未見有應(yīng)用研究本文 在實(shí)驗(yàn)室條件下研究了狹形小樁藻對(duì)豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水的凈化效果及其細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)組成特點(diǎn)，以期 為狹形小樁藻后續(xù)在污水凈化中的應(yīng)用積累資料.2材料與方法2.1試驗(yàn)材料試驗(yàn)用豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水取自浙江嘉興余新鎮(zhèn)敦好農(nóng)牧有限公司的養(yǎng)豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水經(jīng)過

5、沼 氣池厭氧發(fā)酵及露天氧化塘沉淀處理后，用于本試驗(yàn).試驗(yàn)用原污水及其經(jīng)過高壓滅菌或有 效氯消毒后的水質(zhì)指標(biāo)如表1所示.表1試驗(yàn)用豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水的水質(zhì)狀況組別TN/ (mg-L-1) NH-N/ (mg-L-1) NOVN/ (mg-L-1) NON/ (mg-L-1) TP/(mg-L-1) PH Cr/g-L-1 Cd/ (pg-L-原污水35.517.00.01514.02.0822.11.6高壓滅菌污水31.0U.00.01515.01.9822.11.6有效氯消毒污水27.1940.01517.22.18.22.11.6本試驗(yàn)所用狹形小樁藻取自上海海洋大學(xué)微藻種庫(kù)，藻種分離自一生活污水排

6、污溝，采 用f/2培養(yǎng)液逐級(jí)擴(kuò)培后用于本試驗(yàn).2.2試驗(yàn)方法2.2.1不同接種濃度下狹形小樁藻對(duì)高壓滅菌污水的處理效果將預(yù)先擴(kuò)培的同一批次的狹形小樁藻，離心收集藻細(xì)胞，然后將收集的細(xì)胞分別接種到 經(jīng)高壓滅菌的豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水中.設(shè)定3個(gè)接種密度：200X104，400X104，600X104 cells - mL-1.實(shí)驗(yàn)在1 L的三角燒瓶中進(jìn)行，每個(gè)處理3個(gè)平行.微藻在光照培養(yǎng)箱中進(jìn) 行培養(yǎng)，溫度27 C，光照1800 lx，光照周期24 h/0 h(L : D).每天定時(shí)搖瓶，隔天用血 球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)藻細(xì)胞密度并測(cè)定培養(yǎng)水體中氮、磷變化情況試驗(yàn)持續(xù)23 d.試驗(yàn)結(jié)束時(shí)離 心收集藻細(xì)胞，分析細(xì)胞蛋

7、白含量及脂肪酸組成.2.2.2污水預(yù)處理方法對(duì)狹形小樁藻去除氮磷效果的影響在不同接種濃度試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇600X 104 cells mL-1的接種濃度，比較狹形 小樁藻在高壓滅菌的豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水及有效氯消毒(200 ppm)并中和的豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水中的生長(zhǎng) 及其對(duì)氮磷去除效果.其培養(yǎng)方法及檢測(cè)處理同2.2.1節(jié).2.3指標(biāo)檢測(cè)用血球計(jì)數(shù)板測(cè)定藻細(xì)胞密度，并根據(jù)公式K =(lnNt-lnN0) t-1計(jì)算相對(duì)生長(zhǎng)率， 其中，N0為培養(yǎng)初始藻細(xì)胞密度(cells - mL-1)，Nt為培養(yǎng)t d后的藻細(xì)胞密度 (cells mL-1)， t 為培養(yǎng)時(shí)間(d).用0.45以m濾膜過濾藻液，然后參照水和

8、廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第4版)測(cè)定濾液中氮磷水 平.總氮測(cè)定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法;氨態(tài)氮測(cè)定采用納氏試劑分光光度法; 硝態(tài)氮測(cè)定采用紫外分光光度法;總磷測(cè)定采用鉬酸銨分光光度法.氮磷去除率r的計(jì)算公式：r=(C(rCl)/CQxim%其中，C0和Ct分別為初始氮磷的濃度和培養(yǎng)t d后的濃度(mg L-1).藻細(xì)胞蛋白含量的測(cè)定參照福林-酚測(cè)蛋白法進(jìn)行;藻細(xì)胞脂肪酸含量的測(cè)定參照進(jìn)行; 微藻脂肪酸甲酯的理論烷基值參照的方法進(jìn)行計(jì)算2.4數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果以平均值土標(biāo)準(zhǔn)差表示，米用PASW.Statistics.18.0軟件進(jìn)行方差分析并作 Duncan多重比較，p0.05，表示差異顯著

9、.3結(jié)果3.1不同處理組狹形小樁藻生長(zhǎng)狀況不同接種濃度下狹形小樁藻的生長(zhǎng)如圖1所示.在23 d的培養(yǎng)期間，200X104 cells mL-1、400X 104 cells mL-1、600X 104 cells mL-1（滅菌）和 600X 104 cells mL-1（消毒）組藻的相對(duì)生長(zhǎng)率分別為0.120、0.104、0.092和0.097.經(jīng)方差分析 可知，200X104 cells mL-1組藻細(xì)胞相對(duì)生長(zhǎng)率顯著高于其他組（p0.05），藻細(xì)胞密 度由初始的 210X104 cells mL-1 增長(zhǎng)到 3284X104 cells mL-1.400X104 cells mL-1組藻

10、細(xì)胞相對(duì)生長(zhǎng)率顯著高于600X104 cells mL-1，其藻細(xì)胞密度由初 始的419X104 cells mL-1增長(zhǎng)到4649X104 cells mL-1 .然而最終細(xì)胞培養(yǎng)密度以 600X104 cells mL-1（消毒）組最高，為 5828X 104 cells mL-1，顯著高于其他組;600 X104 cells mL-1（滅菌）組次之，200X104 cells mL-1組最終細(xì)胞培養(yǎng)密度最小.71E.S=8 0 一圖1不同處理組狹形小樁藻在豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水中的生長(zhǎng)曲線3.2不同處理組狹形小樁藻對(duì)豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水中總氮的去除效果由圖2可以看出，600X104 cells mL-1（

11、消毒）組狹形小樁藻對(duì)豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水的總 氮去除率最高，為90.05%，顯著高于其他各組（p0.05），試驗(yàn)結(jié)束時(shí)水體總氮含量為2.69 mg L-1.400X104 cells mL-1 組和 600X104 cells mL-1（滅菌）組的總氮去除率 分別為55.54%和64.32%.200X104 cells mL-1組的去除率為41.68%，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)水體 總氮含量為18.11 mg L-1.可以看出，600X104 cells mL-1（消毒）組狹形小樁藻對(duì) 豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水中的總氮去除效果最好.A 200 X104 cells mf1600 X IO4cdls mL （滅皙）6- 200

12、X 104 cells mL1-600X IO4cclls-mL ,（滅菌） , 400 X IOccIIstiL1600X|04cdls-mL （消毒）400X104 cells-mL*1600X IO+cdls-mL 消毒）圖2不同處理組狹形小樁藻對(duì)豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水中總氮的去除效果（注：實(shí)線表示總氮去 除率，虛線表示水體中總氮含量）3.3不同處理組狹形小樁藻對(duì)豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水中氨態(tài)氮的去除效果由圖3以看出，各處理組的狹形小樁藻對(duì)豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水的氨態(tài)氮的去除率均很高，在 96%以上.經(jīng)23 d培養(yǎng)后，各處理組污水氨態(tài)氮的含量均降低為0.40 mg - L-1左右，符合 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的II類水標(biāo)準(zhǔn)

13、，說明狹形小樁藻對(duì)豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水中的氨態(tài)氮有較好的去 除效果.從圖3還可知，600X104 cells - mL-1（消毒）組在接種第5天，水體氨態(tài)氮就達(dá) 到了最大去除率，600X104 cells - mL-1（滅菌）組在第15天達(dá)到最大去除率，400X104 cells mL-1組在第19天達(dá)到最大去除率，而200X 104 cells mL-1組在第23天達(dá) 到最大去除率.表明污水中氨態(tài)氮的去除速率與狹形小樁藻的接種密度呈正相關(guān)* 2OOXlO*cdls-mL 1 400X |04cdls-mL 600X lO4cells-mL （火常） , 600 x lOells-mL 消毒）2OOX

14、iO4cells-mL 1o400X |O4cclls mL 1I2O%.-s.MOOXIOceiymLT（火菌）600X IO4cells-mL-,（消毒） n 1679 II 131517192123時(shí)間/d-rMWtf圖3不同處理組狹形小樁藻對(duì)豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水中氨態(tài)氮的去除效果（注：實(shí)線表示氨氮 去除率，虛線表示水體中氨氮含量）3.4不同處理組狹形小樁藻對(duì)豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水中硝態(tài)氮的去除效果600X104 cells - mL-1（消毒）組狹形小樁藻對(duì)豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水硝態(tài)氮去除率最高，為 98.20%，顯著高于其他3組（p600X104cells mL-,（消毒）(一-JM巨細(xì)/S4圖5不同處理組狹形

15、小樁藻對(duì)豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水中總磷的去除效果（注：實(shí)線表示總磷去 除率，虛線表示水體中總磷含量）3.6利用豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水培養(yǎng)的狹形小樁藻藻細(xì)胞蛋白含量利用豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水培養(yǎng)的各組狹形小樁藻的細(xì)胞蛋白含量無顯著差異（p0.05）, 600X 104 cells - mL-1（消毒）組藻細(xì)胞蛋白含量稍低，為30.94%（表2）.表2利用豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水培養(yǎng)的狹形小樁藻的細(xì)胞蛋白含量（干重）組別高壓滅菌F (cells-mL1有效氯消毒，(cefcmL1)200 x104-00 x10600 x10600 x10蛋白含里33.39%0.32%a23.39%0.80%a33.67%2.40%a30.94%1.S0a注

16、：耒中標(biāo)有相同寫字田表示組間差異不顯著(po.o&).Note:the same superscript letters in the table represent no significant diffeences between groups(p 0.05).3.7利用豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水培養(yǎng)的狹形小樁藻藻細(xì)胞脂肪酸組成由表3可以看出，16 : 0、16 : 4n3、18 : 1n9、18 : 3n3和18 : 4n3是狹形小樁藻 的主要脂肪酸，尤其是亞麻酸(18 : 3n3)含量，在25.65%31.13%之間.各處理組狹形小樁 藻藻細(xì)胞中多不飽和脂肪酸(PUFA)含量均很高，在50%以上.在

17、相同接種密度下，與高壓滅 菌組污水相比，經(jīng)有效氯消毒污水培養(yǎng)的藻細(xì)胞中飽和脂肪酸(SFA)和單不飽和脂肪酸(MUFA) 含量增加，PUFA含量減少.根據(jù)其脂肪酸組成，各組狹形小樁藻脂肪酸甲酯的理論烷基值CN 介于44.7247.06之間.表3利用豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水培養(yǎng)的狹形小樁藻藻細(xì)胞脂肪酸含量組別200 xl0icells-mL-400X101 cells-mL-600 x10* cells-mL_1（ 菌）6OOf*ces mL% 肖 毒14:00.39%0.37%035%0.38%15:00.20%0.16%0.16%0.1S%16 : 019.30%19.15%18.19%20.96%16:

18、1n71.76%1.57%1.57%1.80%16:1n52.45%3.17%3.47%3.10%16:2n60.43%0.32%033%0.29%16 : 3n60.27%0.19%0.23%0.19%17:1n70.15%0.17%0.16%0.19%16: 3n31.37%1.04-%0.93%0.97%16:4n39.64%10.50%10.69%8.10%13 : 01.07%1.17%1.09%1.26%18:1n910.51%9.21%8.70%14.23%18:1n71.8S%1.77%1.73%1.83%18:2n63.87%2.65%2.71%2.49%18:3n60.86

19、%0.59%0.56%0.50%18 : 3r329.38%30.06%31.13%25.65%18 : 4-n31231%1449%1432%13.86%22:00.6S%0.52%0.42%0.53%24:01.52%1.44%1 43%1.90%26 : 01.46%1.45%1.27%1.56%SFA25.13%24.26%22.92%26.76%MUFA16.74%15.39%15.69%21.19%PUFA56112%59.85%61.40%52.05%n-52.70%56.09%57.57%43.58%3PUFAn-5.45%3.75%S.83%3.47%6PUFACN45.50

20、%45.27%44.72%47.06%4討論本研究發(fā)現(xiàn)在經(jīng)高壓滅菌的污水中，狹形小樁藻的生長(zhǎng)性能隨著藻細(xì)胞接種密度的升高 而降低，但對(duì)污水中氮磷的去除率隨藻細(xì)胞接種密度的升高而升高，接種密度為600X104cells - mL-1時(shí)對(duì)污水中總氮總磷的去除率較兩個(gè)低接種密度組高，這與許多學(xué)者研究的高接種密度的藻細(xì)胞去除氮磷營(yíng)養(yǎng)物效率較低密度組好是一致的報(bào)道利用不同接種濃度的 蛋白核小球藻和柵藻對(duì)沉淀的污水和活性污水進(jìn)行處理，結(jié)果表明高接種密度的微藻對(duì)污水 處理效果比低接種密度的好，在3d內(nèi)對(duì)沉淀的污水的氨氮去除率分別達(dá)到91.5%和96.5%. 這為以后處理豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水提高微藻接種密度來提高對(duì)污

21、水的凈化效率提供了有力依據(jù)3種不同接種密度的狹形小樁藻對(duì)高壓滅菌污水的氨態(tài)氮去除率都較高，說明狹形小樁 藻對(duì)豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水的氨態(tài)氮有較好的利用率.Ip等研究表明氨氮濃度超過50 mg - L-1會(huì) 抑制藻細(xì)胞的生長(zhǎng)，本研究中氨氮濃度14 mg - L-1左右，沒有超過這個(gè)范圍，因此可以 滿足藻細(xì)胞生長(zhǎng).經(jīng)過狹形小樁藻的處理，3組污水中的氨態(tài)氮濃度均降低到0.5 mg - L-1 以下，達(dá)到了地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的II類標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002).從對(duì)氨態(tài)氮去除的時(shí)間來看， 接種密度為600X104 cells - mL-1的藻細(xì)胞在第15天就將氨態(tài)氮降低到最低水平(0.34 mg L-1)，接

22、種密度為400X 104 cells mL-1的藻細(xì)胞在第19天將氨態(tài)氮降低到較低 水平(0.60mg L-1)，說明了藻細(xì)胞接種密度越大，達(dá)到最大去除率的時(shí)間越短，進(jìn)而說 明提高微藻接種密度可提高對(duì)污水的凈化效率.Lau等對(duì)不同接種濃度下小球藻對(duì)初級(jí)城市 污水的處理結(jié)果也表明，高接種濃度能提高小球藻對(duì)污水的凈化速度本研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水中氨態(tài)氮濃度降到較低水平后，狹形小樁藻對(duì)污水中硝 態(tài)氮的去除效果才有明顯提高(圖3,圖4).表明所用的狹形小樁藻優(yōu)先利用水體中的氨態(tài) 氮，當(dāng)氨態(tài)氮耗盡或降低至一極低水平時(shí)，才開始利用水體中硝態(tài)氮，這與Przytocka等研 究結(jié)果是一致的.不同接種濃度下

23、狹形小樁藻對(duì)豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水中總磷的去除率都很高，去除 率均在90%以上，經(jīng)微藻處理后的養(yǎng)殖污水中總磷的水平均降低到0.2 mg L-1以下，達(dá) 到了地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的II-0類標(biāo)準(zhǔn)(GB38382002).本研究中所用的豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水采用高壓滅菌和有效氯消毒(再用硫代硫酸鈉中和)兩種 預(yù)處理方式.兩種預(yù)處理方式均對(duì)污水中的氮形態(tài)和水平產(chǎn)生一定變化與原污水相比，經(jīng)高 壓滅菌污水的總氮由35.5 mg L-1降低為31.0 mg L-1，氨態(tài)氮濃度由17.0 mg L-1 降至14.0 mg L-1，而硝態(tài)氮濃度由14.0 mg L-1升至15.0 mg L-1.說明高壓滅 菌過程中污水中的部分氨態(tài)氮有逸出，另有少部分轉(zhuǎn)變成硝態(tài)氮.而經(jīng)有效氯處理后的污水， 總氮由35.5 mg L-1降低為27.1 mg L-1，氨態(tài)氮濃度由17.0 mg L-1大幅下降 9.4 mg L-1，硝態(tài)氮濃度由14.0 mg L-1升至17.2 mg L-1.說明經(jīng)過次氯酸鈉處 理后污水中有較多的氨態(tài)氮逸出或轉(zhuǎn)化成了硝態(tài)氮，這與有效氯的強(qiáng)氧化性及高pH有關(guān).在相同的接種濃度600X104 cells mL-1下，有效氯消毒組狹形小樁藻的生長(zhǎng)及其 對(duì)豬場(chǎng)養(yǎng)殖污水的凈