斜生栅藻对废水中氮磷的去除效果研究.docx

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1、斜生栅藻对废水中氮、磷的去除效果研究摘 要：为了研究斜生栅藻对废水中氮磷去除效果的影响，在实验室条件下设置了四个不同氮磷比的梯度对斜生栅藻进行培养。试验周期为七天，以每天测定培养液中的磷酸盐和硝态氮的浓度，来分析斜生栅藻在不同氮磷比的条件下对NO 3-N和PO3- 4-P的去除率。研究结果显示出，在4:1、8:1、16:1、 35:1不同氮磷比下，斜生栅藻对磷的去除率分别为99.9%，87.6%，67.7%，89.4%。斜生栅藻从对NO 3-N去除率分别为93.3%，52.8%，2.2%，1.5%。总体分析得，在氮磷比率为4:1的条件下，斜生栅藻的脱氮除磷的效果最好，在此条件下对溶液中硝态氮的

2、去除率达93.3%，对磷的去除率达到了99.9%。试验显示出在4:1的氮磷比率条件下，斜生栅藻对废水中的氮磷有显著的去除效果，在废水处理以及水体富营养化的防治方面具有较大的意义。关键词：氮磷比；斜生栅藻；废水 Study on the removal effect of nitrogen and phosphorus from wastewater by Scenedesmus obliquusAbstract: In order to study the effect of Scenedesmus obliquus on the removal of nitrogen and phospho

3、rus from wastewater, four gradients of different nitrogen and phosphorus ratios were set in the laboratory for the cultivation of stragglers. The experiment period was seven days. The concentration of phosphate and nitrate nitrogen in the culture medium was measured every day to analyze the removal

4、rate of NO 3-N and PO3- 4-P in the condition of different N/P ratio. The results showed that under different N/P ratios of 4:1, 8:1, 16:1, and 35:1, the removal rates of phosphorus from the algae were 99.9%, 87.6%, 67.7%, and 89.4%, respectively. The removal rates from NO 3-N were 93.3%, 52.8%, 2.2%

5、 and 1.5%, respectively. Overall analysis showed that under the condition that the ratio of N and P was 4:1, the removal efficiency of nitrate nitrogen in the solution was 93.3%, and that of phosphorus was 99.9%.The experiment shows that under the condition of 4:1 ratio of nitrogen and phosphorus, t

6、he Scenedesmus obliquus has obvious removal effect on nitrogen and phosphorus in wastewater, and has great significance in wastewater treatment and water eutrophication prevention and control.Keywords：Nitrogen and phosphorus ratio；Scenedesmus obliquus ；wastewater1.引言水污染和湖泊富营养化是一个越来越严峻的世界性环境问题，其中氮磷污染

7、是水体水质恶化的主要的因素之一1-3。从废水中有效地去除氮和磷并且使废水能够再利用的方法是当今世界环境学专家们所共同关注的焦点之一。现在随着我国的政府对环境污染治理方面越来越重视，目前我国的大部分工业废水和生活污水都能够得到有效的治理，然而传统的水处理工艺依然存在着一些技术和经济方面的限制，生活和工农业的二级污水中仍然含有大量氮和磷，这些营养物质将直接导致江河、湖泊的富营养化4。自从20世纪50年代Oswald等人提出运用微藻处理污水的想法以来，国内外的许多学者都针对进一步发挥藻类净化污水的潜力进行了大量的研究5。微藻具有低成本高效净化废水的潜能，现在已经有大量的研究证明，浮游藻类对各类水体中

8、的氮和磷有显著的去除效果6-7。况琪军8等人在实验室条件下利用活性藻反应系统对合成污水中氮磷和CODCr以及BOD5的去除效果进行了研究，实验是利用了藻菌之间的共生关系以去除水体中的营养物质，在实验室中利用人工配制的合成污水，通过测定BOD5、CODCr、TN、TP、和 PO3- 4-P、NH+ 4-N的浓度，分析了活性藻系统对氮、磷及有机物的去除，通过研究表明，活性藻系统能够很有效地去除水体中的氮磷等一些营养物质以及其他的污染颗粒,其中尤其是对有机质的降解效果最好。马红芳9等人在实验中将栅藻LXl接种至废水中进行培养，同时设置了两组平行实验，实验通过测定NH+ 4-N、NO 2-N、NO 3

9、-N、PO3- 4-P、pH 和COD的值，分析了栅藻LXl在水产养殖废水中的生长以及脱氮除磷特性，研究发现栅藻LXl对水产养殖废水具有很好的净化效果，对水产养殖废水中的氨氮、亚硝态氮、硝态氮和磷的去除率分别为95.5%、96.3%、85.8%和 98.8%，表明栅藻LXl具有很好的脱氮除磷效果。栅藻具有很高的耐污能力，这也是选用栅藻来处理水体的原因10。不少学者研究指出，水体中氮磷比是影响藻类脱氮除磷速率的关键因素之一，每一种藻都有一个最佳生长氮磷比，当环境中的氮磷比低于这个值时，藻的生长会受到氮的抑制，相反则受到磷的抑制11。董娟12等人以人工配水与太湖原水为培养基，以太湖的菌藻混合物为接

10、种源，通过设置不同的氮磷浓度与氮磷比，研究在氮、磷胁迫下藻类生长与群落组成生物量和细菌群落结构的变化，以及藻菌之间的相互关系，研究结果发现藻类生长的最适氮磷比为N/P=12，氮限制(N/P=3)和磷限制(N/P=48)均会影响藻类生长。因此，研究不同氮磷比浓度下，斜生栅藻对水中氮磷的去除效果，对废水的处理有着重大的意义。本研究在实验室条件下通过设置4:1，8:1,16:1,35:1四个不同的氮磷比梯度，通过测定培养液中NO 3-N以及PO3- 4-P的浓度分析了氮磷比对斜生栅藻脱氮除磷的影响，以期为藻类在高效处理废水方面提供理论依据。2.材料与方法2.1实验材料 藻类：斜生栅藻（来自于武汉水生

11、生物研究所） 2.2主要仪器与试剂 2.2.1主要仪器 AL204电子天平：梅特勒托利多仪器（上海有限公司）；UV-1100紫外可见分光光度计：上海美析仪器有限公司；BXM-30R立体压力蒸汽灭菌器：上海博讯实业有限公司医疗设备厂；PRX-450C智能人工气候箱：宁波赛福实验仪器有限公司。2.2.2试剂 BG-11培养基：硝酸钠（1.5g/L）、磷酸氢二钾（0.04g/L）、硫酸镁（0.075g/L）、氯化钙（0.036g/L）、柠檬酸（0.006g/L）、柠檬酸铁（0.006g/L）、乙二胺四乙酸二钠（0.001g/L）、碳酸钠（0.02g/L）、A5（1mL/L） A5：硼酸（2.86mg

12、/L）、氯化锰（1.86mg/L）、硫酸锌（0.22mg/L）、钼酸钠（0.021mg/L）、硫酸铜（0.08mg/L） 2.3实验方法2.3.1培养液的配置实验是以 BG-11 培养液为基础进行培养藻类，其中是以硝酸钠为氮源，磷酸氢二钾为磷源，在配置的时候将BG-11培养液的配置分为5个Stock，其中在Stock1 中加入柠檬酸0.3g，柠檬酸铁胺0.3g，乙二胺四乙酸二钠0.05g，之后将其定容至100mL，Stock2是分别加入不同质量的硝酸钠以及磷酸氢二钾（以控制培养的藻类在不同氮磷比浓度下生长），硫酸镁1.5g，并将其定容到1000mL，Stock3 是加入氯化钙1.9g并将其定容

13、到1000mL，Stock4是加入碳酸钠2g之后将其定容到100mL，Stock5是加入硼酸2.86g和氯化锰1.81g，硫酸锌0.222g，水钼酸钠 0.021g以及硫酸铜0.08g，并将其定容到1000mL。配置好5个Stock之后，分别从Stock1中取用2mL，Stock2中取用20mL，Stock3中取用2mL，Stock4中取用1mL，Stock5中取用1mL，最后将其定容至1000mL，便配置成了所需要用的培养液。将实验所用的培养液分装到锥形瓶中，以待使用。表2.1 不同氮磷比下Stock2中加入的硝酸钠和磷酸氢二钾的质量 m（N）/m（P） K2HPO4/（g） NaNO3/（

14、g） 4:1 0.0400.174 8:1 0.0500.43316:1 0.060 1.038 35:1 0.078 3.000 2.3.2藻类的培养 实验时准备4个200mL锥形瓶，清洗干净后进行烘干以及灭菌过程，然后将配置好的不同浓度氮磷比的培养液分别倒入到锥形瓶中，每个锥形瓶平均倒入 150mL，在这四个锥形瓶中分别加入1mL的藻液，然后用封口膜封住锥形瓶瓶口，放入培养箱中培养，培养条件设置为光照强度为 3500lx，温度为 28，相对湿度为60%，光暗比为 12:12。 2.3.3测定项目及分析方法实验周期持续七天，在本实验中测定NO 3-N采用紫外分光光度法，PO3- 4-P采用磷

15、钼蓝分光光度法。测定均采用国家环境保护总局颁布的标准方法13。PO3- 4-P浓度的测定：取样之前将每个锥形瓶中的培养液摇匀。在实验过程中每天从氮磷比为 4:1、8:1、16:1、 35:1 的培养液中取出2毫升的液体于比色管中，之后加入0.5毫升的抗坏血酸溶液充分混匀，混匀之后再加入0.4毫升的钼酸盐溶液充分混匀，混匀后用纯水定容至刻度5毫升的比色管中。让其进行充分显色。充分显色之后，以纯水作参比在882纳米处波长测量其吸光值。采用玻璃比色皿。以上步骤重复三次求取平均值，然后根据标准曲线求得每天的PO3- 4-P的浓度。NO 3-N浓度的测定：取样之前将每个锥形瓶中的培养液摇匀。在实验过程中

16、每天从氮磷比为 4:1、8:1、16:1、 35:1 的培养液中取出1毫升的液体于比色管中，加入一毫升盐酸,用纯水定容至10毫升的比色管中。用蒸馏水做参比，分别测定在220nm和275nm处的吸光度。测定吸光度时采用石英比色皿，水样的吸光度A=A220-2A275。以上步骤重复三次求取平均值，之后根据标准曲线求得每天的硝酸盐氮的含量。 2.4数据整理与分析 数据统计分析采用Excel 2013软件。3. 结果与分析3.1不同氮磷比对NO 3-N的去除效果的影响图3.1 不同氮磷比条件下斜生栅藻对NO 3-N的去除特性不同氮磷比条件下斜生栅藻对NO 3-N的去除特性如图3.1所示，由图可得出斜生

17、栅藻在不同的比值下，整体的趋势都是下降的。其中斜生栅藻在4:1的比值下生长时，培养液中的硝酸盐氮的浓度整体呈下降趋势。培养液中的硝酸盐氮的浓度从一开始的0.40545 mg/L下降到第七天为0.02729 mg/L，下降了0.3787 mg/L。整体的去除率达到了93.3%。在第五天到第七天的时候下降的速度最快，在此期间下降了0.28265 mg/L，此时的去除率为91.2%，在第三天到第四天时略有一点上升。在8:1的比值下，培养液中的硝酸盐氮的浓度从开始的1.12671 mg/L最后在第七天的时候下降到0.53216 mg/L，总体下降了0.59455 mg/L，整体的去除率为52.8%。在

18、开始的四天中下降的速率缓慢，第四天到第五天的时候还略有上升，从第五天开始，培养液中的硝酸盐氮的浓度下降速率变快，从第五天的1.10136 mg/L下降到第七天的0.53216 mg/L,下降了0.5692 mg/L，此时的去除率为51.7%。斜生栅藻在16:1的比值下生长时，培养液中的硝酸盐氮的含量从第一天到第六天都是呈现出下降的趋势，从第一天一开始的2.48051 mg/L下降到第六天的2.28168 mg/L，在此期间下降了0.19883 mg/L，此时的去除率是8.1%。但是在第六天到第七天的时候呈现出了上升的趋势,上升了0.14425 mg/L，整体的去除率为2.2%。在35:1的条件

19、下，培养液中的硝酸盐氮的含量从第一天到第四天呈现出缓慢下降的趋势，第四天到第五天此时略有一点上升，第五天开始到第六天此时从4.251462 mg/L下降到3.8840156 mg/L，此时的去除率为8.6%。在第六天到第七天的时候硝酸盐氮的含量呈现出上升的趋势。整体的去除率为1.5%。由此，斜生栅藻在不同的氮磷比值的生长条件下，培养液中的硝酸盐氮的含量均有不同程度的下降，这表明斜生栅藻能够去除溶液中的NO 3-N，在4:1,8：1,35:1的条件下，斜生栅藻从第五天开始对NO 3-N去除率达到最高，分别为91.2%，51.7%和8.6%。在16:1的条件下，从第三天开始其去除率达到最高为8.1

20、%。从整体的去除率来看，在4:1时为93.3%，8:1时为52.8%，16:1的为2.2%，35:1的为1.5%。由此可得出斜生栅藻在氮磷比为4:1条件下生长时，对NO 3-N的去除效果最好，去除率达到了93.3%。3.2不同氮磷比对PO3- 4-P去除效果的影响图3.2 不同氮磷比率条件下斜生栅藻对PO3- 4-P的去除特性不同氮磷比下斜生栅藻对PO3- 4-P的去除特性如图3.2所示，由图可见斜生栅藻在8:1、16:1、35:1不同的氮磷比值下生长，磷酸盐的浓度整体趋势在第二天都上升，之后下降，在第五天之后又都呈现出上升的趋势，到第七天的时候磷酸盐的浓度都比开始第一天的浓度高。在4:1的比

21、值下，磷酸盐的浓度在第二天并没有出现上升的趋势，从第一天到第五天整体一直都保持下降趋势，磷浓度从第一天的1.23526 mg/L下降到第五天的0.00079 mg/L，整体下降了1.23447 mg/L，此时对于磷酸盐的去除率为99.9%。从第五天开始到第七天呈上升趋势，到第七天的时候溶液中的磷酸盐的含量达到了1.27491 mg/L。在8:1的比值下，磷酸盐浓度从第二天的3.02221 mg/L下降到第五天的0.37351 mg/L，整体下降2.6487 mg/L，在此时斜生栅藻对于磷酸盐的去除率为87.6%。在第二天到第三天时浓度下降的最快，在这个时候的去除率达72.3%，之后下降速度趋于

22、平缓，从第五天开始到第七天呈上升趋势，到达第七天的时候此时培养液中的磷酸盐的含量达到1.2537669 mg/L。在16:1的比值下，刚开始磷酸盐浓度上升，从第二天开始到第五天呈下降趋势，下降了1.85038 mg/L，在此时斜生栅藻对于培养液中的磷酸盐的去除率为67.7%，之后呈上升趋势，在到达第七天的时候培养液中的磷酸盐的含量达到1.54982 mg/L。在35:1的比值时，在第一天到第二天的时候培养液中的磷的浓度呈现出上升的趋势，从第二天开始到第三天的时候，磷浓度下降的速度最快，总体下降了1.96669 mg/L，但在第三天到第四天时略有上升，之后下降，总体从第二天到第五天是下降的趋势，

23、从第二天的2.26619 mg/L下降到第五天的0.241342 mg/L，在此期间，磷酸盐浓度下降了2.02484mg/L，此时对于磷酸盐的去除率为89.4%。从第五天开始到七天的时候培养液中的磷酸盐浓度上升。由此，从第二天到第五天中，在8:1、16:1、 35:1不同氮磷比下，斜生栅藻对磷的去除率分别为87.6%，67.7%，89.4%。在4:1的比值下，从第一天到第五天整体都呈下降趋势，斜生栅藻对磷的去除率为99.9%。若从第二天到五天期间，在4:1的比值下，斜生栅藻对于磷的去除率也达到了99.9%。由此可以得出，斜生栅藻在氮磷比为4:1的条件下生长时，对磷的去除效果最好。4.讨论与结论

24、4.1讨论藻类的生长及其脱氮除磷的作用与藻细胞的新陈代谢和细胞分裂有着密切的联系，即与藻的光合作用密切相关。若光强不够,藻类的生长则会受到一定的影响。当光照强度增强到一定的阶段时，这时光合和呼吸作用达到了平衡。如果光照强度继续增加达到了饱和光强时，此时光合作用速率会持续的增加并逐渐的趋向于某一个固定的值，若此时再继续的增加光照强度，由于光量子密度超过饱和光合作用所需，从而引起了光损伤，这个时候反而会致使光合作用下降4。另外有研究提出,供氧条件在活性藻系统中起着更为重要的作用,良好的供氧条件有利于藻类对磷的吸收, 而缺氧则有助于磷的释放8。影响藻类去除氮磷的因素还有温度，在一定温度范围之内，藻类

25、脱氮除磷的效率会随着温度的升高而升高，此外，个别种属也可以在低温条件下脱氮除磷，要使栅藻在水体中有良好的氮磷去除效果需保持PH值在7以上，还有一些其他的因素，例如，L-谷氨酸能够影响小球藻的生长及对铵根离子的去除，盐度也是影响藻类氮磷去除能力的因素之一4。4.1.1斜生栅藻对硝态氮的去除特性在试验前几天，第一天到第五天的时候，不同氮磷比下斜生栅藻对于硝态氮的去除效果均不是很明显，可能是因为藻菌试验初期需要一段适应过程,在这个过程中斜生栅藻的代谢活动尚未达到最佳的一个状态,而且它的生物量也没有达到最高的一个值,所以斜生栅藻对培养液中的氮源是难以充分利用的。之后随着培养时间的延长，斜生栅藻的数量会

26、有所增加,而且藻团的活性也达到相当水平,这时对无机氮的需求量和利用率也相应随之加大,去除率随之升高。在实验中对于硝态氮的去除从第五天开始越来越明显。4.1.2斜生栅藻对磷的去除特性在实验刚开始时，在8:1,16:1和35:1的条件下，培养液中的磷酸盐的浓度都有不同程度的升高，猜想可能是由于在实验初期，培养液中的HPO2- 4发生反应会有一部分转化为PO3- 4，此时溶液中磷有HPO2- 4和PO3- 4两种形式存在，导致溶液中的磷酸盐的溶度有一定程度的升高，之后随着斜生栅藻的生长，斜生栅藻自身会进行生理代谢活动，通过光合作用利用溶液中的磷，此时溶液中的磷酸盐的溶度降低。在试验后期，第五天开始到

27、第七天的时候，不同氮磷比的条件下，培养液中的磷酸盐的浓度都呈现出上升的趋势，猜想可能此时的斜生栅藻出现了不同程度的衰亡，可能由于温度的变化、PH、溶液中的含氧量以及自身生理生化等因素的影响4。4.2结论本实验研究了不同氮磷比条件下斜生栅藻脱氮除磷的情况，在实验室的条件下设置了4:1,8:1,16:1和35:1四个氮磷比值，通过比较分析培养液中剩余的硝态氮的浓度以及磷酸盐的浓度来确定斜生栅藻在哪个氮磷比的条件下对NO 3-N以及PO3- 4-P的去除效果最好。试验结果表明，在4:1、8:1、16:1、 35:1不同氮磷比下，斜生栅藻对PO3- 4-P的去除率分别为99.9%，87.6%，67.7%，89.4%。斜生栅藻从对NO 3-N去除率在4:1时为93.3%，8:1时为52.8%，16:1的为2.2%，35:1的为1.5%。由此可知，在氮磷比为4:1的条件下，斜生栅藻的脱氮除磷的效果最好，在此条件下对溶液中硝态氮的去除率达93.3%，对磷的去除率达到了99.9%。