1、凈化豬場養殖污水的方法1引言隨著畜禽養殖業規模化生產及國務院審議通過畜禽規模養殖污染防治條例(草案)， 畜禽養殖場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前對畜禽養殖污水最 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養素，直接排放到天然水體中仍 然會引起水體嚴重富營養化.將沼液直接歸田然后通過農作物吸收是當前沼液最主要的處理 方式.然而在農村城鎮化建設的背景下，沼液直接歸田也存在受季節影響、單位面積處理效 率低、所需配套農田面積大等問題.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，可有效對污水進行處理早在1957年，Oswald等 提出利用藻類去

2、除污水中氮磷的可行性，之后應用微藻處理生活污水和工業污水的研究不斷 深入.Tam 和 Wong 證實了蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)和柵藻(Scenedesmus sp.) 在污水二級處理中具有良好的氮、磷的去除效果，經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)對污水的無 機磷去除率高，而對硝態氮的處理能力較差;極大螺旋藻(Spirulina masima)則能去除較多 的硝態氮.Mart nez等研究了溫度和攪拌形式對斜生柵藻(Scenedesmus obliquu

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

4、凈化豬場養殖污水的研究已見較多報道，但利用微藻凈化豬場養殖污水中的氮 磷并耦合微藻高附加值產品生產的研究較少.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的多種類型的水體中，但目前對這種微藻尚未見有應用研究本文 在實驗室條件下研究了狹形小樁藻對豬場養殖污水的凈化效果及其細胞營養組成特點，以期 為狹形小樁藻后續在污水凈化中的應用積累資料.2材料與方法2.1試驗材料試驗用豬場養殖污水取自浙江嘉興余新鎮敦好農牧有限公司的養豬場養殖污水經過

5、沼 氣池厭氧發酵及露天氧化塘沉淀處理后，用于本試驗.試驗用原污水及其經過高壓滅菌或有 效氯消毒后的水質指標如表1所示.表1試驗用豬場養殖污水的水質狀況組別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本試驗所用狹形小樁藻取自上海海洋大學微藻種庫，藻種分離自一生活污水排

6、污溝，采 用f/2培養液逐級擴培后用于本試驗.2.2試驗方法2.2.1不同接種濃度下狹形小樁藻對高壓滅菌污水的處理效果將預先擴培的同一批次的狹形小樁藻，離心收集藻細胞，然后將收集的細胞分別接種到 經高壓滅菌的豬場養殖污水中.設定3個接種密度：200X104，400X104，600X104 cells - mL-1.實驗在1 L的三角燒瓶中進行，每個處理3個平行.微藻在光照培養箱中進 行培養，溫度27 C，光照1800 lx，光照周期24 h/0 h(L : D).每天定時搖瓶，隔天用血 球計數板計數藻細胞密度并測定培養水體中氮、磷變化情況試驗持續23 d.試驗結束時離 心收集藻細胞，分析細胞蛋

7、白含量及脂肪酸組成.2.2.2污水預處理方法對狹形小樁藻去除氮磷效果的影響在不同接種濃度試驗的基礎上，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養殖污水及有效氯消毒(200 ppm)并中和的豬場養殖污水中的生長 及其對氮磷去除效果.其培養方法及檢測處理同2.2.1節.2.3指標檢測用血球計數板測定藻細胞密度，并根據公式K =(lnNt-lnN0) t-1計算相對生長率， 其中，N0為培養初始藻細胞密度(cells - mL-1)，Nt為培養t d后的藻細胞密度 (cells mL-1)， t 為培養時間(d).用0.45以m濾膜過濾藻液，然后參照水和

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

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

10、細胞相對生長率顯著高于600X104 cells mL-1，其藻細胞密度由初 始的419X104 cells mL-1增長到4649X104 cells mL-1 .然而最終細胞培養密度以 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組最終細胞培養密度最小.71E.S=8 0 一圖1不同處理組狹形小樁藻在豬場養殖污水中的生長曲線3.2不同處理組狹形小樁藻對豬場養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）組狹形小樁藻對豬場養殖污水的總 氮去除率最高，為90.05%，顯著高于其他各組（p0.05），試驗結束時水體總氮含量為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%，試驗結束時水體 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 豬場養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豬場養殖污水中總氮的去除效果（注：實線表示總氮去 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豬場養殖污水中氨態氮的去除效果由圖3以看出，各處理組的狹形小樁藻對豬場養殖污水的氨態氮的去除率均很高，在 96%以上.經23 d培養后，各處理組污水氨態氮的含量均降低為0.40 mg - L-1左右，符合 地表水環境質量標準的II類水標準

13、，說明狹形小樁藻對豬場養殖污水中的氨態氮有較好的去 除效果.從圖3還可知，600X104 cells - mL-1（消毒）組在接種第5天，水體氨態氮就達 到了最大去除率，600X104 cells - mL-1（滅菌）組在第15天達到最大去除率，400X104 cells mL-1組在第19天達到最大去除率，而200X 104 cells mL-1組在第23天達 到最大去除率.表明污水中氨態氮的去除速率與狹形小樁藻的接種密度呈正相關* 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時間/d-rMWtf圖3不同處理組狹形小樁藻對豬場養殖污水中氨態氮的去除效果（注：實線表示氨氮 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豬場養殖污水中硝態氮的去除效果600X104 cells - mL-1（消毒）組狹形小樁藻對豬場養殖污水硝態氮去除率最高，為 98.20%，顯著高于其他3組（p600X104cells mL-,（消毒）(一-JM巨細/S4圖5不同處理組狹形

15、小樁藻對豬場養殖污水中總磷的去除效果（注：實線表示總磷去 除率，虛線表示水體中總磷含量）3.6利用豬場養殖污水培養的狹形小樁藻藻細胞蛋白含量利用豬場養殖污水培養的各組狹形小樁藻的細胞蛋白含量無顯著差異（p0.05）, 600X 104 cells - mL-1（消毒）組藻細胞蛋白含量稍低，為30.94%（表2）.表2利用豬場養殖污水培養的狹形小樁藻的細胞蛋白含量（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利用豬場養殖污水培養的狹形小樁藻藻細胞脂肪酸組成由表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，經有效氯消毒污水培養的藻細胞中飽和脂肪酸(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利用豬場養殖污水培養的狹形小樁藻藻細胞脂肪酸含量組別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討論本研究發現在經高壓滅菌的污水中，狹形小樁藻的生長性能隨著藻細胞接種密度的升高 而降低，但對污水中氮磷的去除率隨藻細胞接種密度的升高而升高，接種密度為600X104cells - mL-1時對污水中總氮總磷的去除率較兩個低接種密度組高，這與許多學者研究的高接種密度的藻細胞去除氮磷營養物效率較低密度組好是一致的報道利用不同接種濃度的 蛋白核小球藻和柵藻對沉淀的污水和活性污水進行處理，結果表明高接種密度的微藻對污水 處理效果比低接種密度的好，在3d內對沉淀的污水的氨氮去除率分別達到91.5%和96.5%. 這為以后處理豬場養殖污水提高微藻接種密度來提高對污

21、水的凈化效率提供了有力依據3種不同接種密度的狹形小樁藻對高壓滅菌污水的氨態氮去除率都較高，說明狹形小樁 藻對豬場養殖污水的氨態氮有較好的利用率.Ip等研究表明氨氮濃度超過50 mg - L-1會 抑制藻細胞的生長，本研究中氨氮濃度14 mg - L-1左右，沒有超過這個范圍，因此可以 滿足藻細胞生長.經過狹形小樁藻的處理，3組污水中的氨態氮濃度均降低到0.5 mg - L-1 以下，達到了地表水環境質量標準的II類標準(GB3838-2002).從對氨態氮去除的時間來看， 接種密度為600X104 cells - mL-1的藻細胞在第15天就將氨態氮降低到最低水平(0.34 mg L-1)，接

22、種密度為400X 104 cells mL-1的藻細胞在第19天將氨態氮降低到較低 水平(0.60mg L-1)，說明了藻細胞接種密度越大，達到最大去除率的時間越短，進而說 明提高微藻接種密度可提高對污水的凈化效率.Lau等對不同接種濃度下小球藻對初級城市 污水的處理結果也表明，高接種濃度能提高小球藻對污水的凈化速度本研究還發現，當豬場養殖污水中氨態氮濃度降到較低水平后，狹形小樁藻對污水中硝 態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先利用水體中的氨態 氮，當氨態氮耗盡或降低至一極低水平時，才開始利用水體中硝態氮，這與Przytocka等研 究結果是一致的.不同接種濃度下

23、狹形小樁藻對豬場養殖污水中總磷的去除率都很高，去除 率均在90%以上，經微藻處理后的養殖污水中總磷的水平均降低到0.2 mg L-1以下，達 到了地表水環境質量標準的II-0類標準(GB38382002).本研究中所用的豬場養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 預處理方式.兩種預處理方式均對污水中的氮形態和水平產生一定變化與原污水相比，經高 壓滅菌污水的總氮由35.5 mg L-1降低為31.0 mg L-1，氨態氮濃度由17.0 mg L-1 降至14.0 mg L-1，而硝態氮濃度由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氮有逸出，另有少部分轉變成硝態氮.而經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，氨態氮濃度由17.0 mg L-1大幅下降 9.4 mg L-1，硝態氮濃度由14.0 mg L-1升至17.2 mg L-1.說明經過次氯酸鈉處 理后污水中有較多的氨態氮逸出或轉化成了硝態氮，這與有效氯的強氧化性及高pH有關.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及其 對豬場養殖污水的凈