鹽藻在海水養殖廢水中的生長及對廢水的凈化作用

葉志娟　劉兆普

摘要：以f/2培養基為對照，采用不同濃度海水養殖廢水培養鹽藻，研究其對廢水的凈化作用。結果表明，鹽藻在海水養殖廢水中能正常生長，利用海水養殖廢水培養鹽藻是可行的，采用不同體積分數的海水養殖廢水處理鹽藻，鹽藻生長差異顯著，生長情況好壞順序為f/2、100%、10%、25%、50%、75%、90%、0%（純海水），培養后廢水水體中氨態氮基本上檢測不到，10%海水養殖廢水處理的硝酸鹽和磷酸鹽去除率均最低，相對較低體積分數的海水養殖廢水處理對硝酸鹽的去除率較高，而相對較高體積分數的海水養殖廢水處理對磷酸鹽的去除率較高。

關鍵詞：鹽藻；養殖廢水；生長；凈化

中圖分類號：Q949.21+2；X55 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）01-0039-04

近年來，我國的海水養殖業飛速發展，迅速成為養殖產量世界第一的水產大國，養殖業的發展必然帶來海水養殖廢水的排放問題，但其排放標準尚未頒布，為減少養殖成本，養殖場大多未經處理或處理不到位而直接將廢水排入海中。目前，國內外學者已經對海水養殖廢水的處理方法進行了很多研究[1，2]，如采用常規的物理、化學和生化的廢水處理方法[3]，也研究了綜合養殖廢水處理方法，即建立人工濕地生態系統法[4]，但尚沒有成熟的處理技術能高效地去除海水養殖廢水中的氮磷營養鹽。在此基礎上，研究利用海洋微藻凈化海水養殖廢水的可行性及其吸收營養鹽的效果，可為凈化海洋環境、促進水產養殖業健康良性循環提供理論依據及技術支撐。

1 材料與方法

1.1 藻種

鹽藻（Dunaliella salina）藻種由南京農業大學海洋生物學實驗室提供。

1.2 海水養殖廢水水樣

海水養殖廢水取自某魚類養殖場，海水取自近海海域。海水養殖廢水和海水均經沉淀、膜過濾后使用，設計了海水養殖廢水不同體積分數，分別為0%（純海水）、10%、25%、50%、75%、90%和100%，以基本培養基f/2為對照。培養前海水養殖廢水及海水的水樣養分特性見表1。

1.3 培養條件

將對數生長期的鹽藻藻液接種于300 mL的三角瓶中，以1∶10的比例接種，初始接種量為6.78×106 個/mL，在智能光照培養箱（ZPG-280型）中進行培養，設置培養溫度為23 ℃，光照度為3 000 lx，每天定時搖動3次，每次搖動1 min。

1.4 鹽藻細胞計數

在光學顯微鏡下以0.1 mL血球計數板直接計數鹽藻細胞的數量，培養后采用722可見分光光度計每天定時測定樣品的OD700 nm。

1.5 葉綠素含量的測定

取15 mL鹽藻藻液，真空抽濾到硝酸纖維濾膜上，添加5 mL 90%的丙酮在黑暗低溫中抽提，20 h后，4 000 r/min離心5 min，上清液在663 nm、645 nm波長下測定出OD663 nm、OD645 nm，采用公式法計算藻液中葉綠素的含量：葉綠素含量=8.02×OD663 nm+20.2×OD645 nm[5]。

1.6 培養中生理指標的測定

總氮采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定，氨態氮采用靛酚藍分光光度法測定，硝態氮采用鎘柱還原-鹽酸萘乙二胺法測定，亞硝態氮采用鹽酸萘乙二胺分光光度法測定，磷酸鹽采用磷鉬藍分光光度法測定，溶解氧采用碘量法測定，化學需氧量采用堿性高錳酸鉀氧化法測定，pH采用pH計測定，水樣中的鹽度采用鹽度計直接測定[6]。

2 結果與分析

2.1 鹽藻細胞數量與OD700 nm的關系及利用海水養殖廢水培養鹽藻的可行性分析

以f/2培養基培養鹽藻，培養到一定時間分別取1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 mL鹽藻藻液于50 mL容量瓶中定容，以0.1 mL血球計數板分別計數，每個樣品計數3次，取平均值，得出鹽藻細胞數量，測定OD700 nm，圖1表示的是鹽藻細胞數與OD700 nm的關系。從圖1可以看出， 鹽藻細胞數與OD700 nm呈明顯的正相關，r2為0.993 9，由此得出結論，在試驗中可直接測定OD700 nm來表示鹽藻細胞生長情況。

以f/2培養基、海水、海水養殖廢水培養鹽藻，圖2表示的是鹽藻在不同培養液中的生長情況，結果表明，鹽藻在海水養殖廢水中生長正常，與f/2相比，鹽藻在海水養殖廢水中的生長與之相當，表明利用海水養殖廢水培養鹽藻是可行的，接下來探討不同體積分數海水養殖廢水培養對鹽藻生長的影響及對廢水的凈化作用。

2.2 不同體積分數海水養殖廢水培養處理下鹽藻的生長及對海水養殖廢水的凈化作用

2.2.1 不同體積分數海水養殖廢水培養處理對鹽藻生長的影響 不同體積分數海水養殖廢水培養下鹽藻的生長情況如圖3。由圖3可知， 鹽藻在不同體積分數的海水養殖廢水中均能生長，具體生長情況為f/2>100%>10%>25%>50%>75%>90%，均高于純海水處理的生長速率，其中100%、10%、25%海水養殖廢水處理之間生長速度無顯著差異，但顯著高于其他體積分數海水養殖廢水處理，而75%、50%、90%海水養殖廢水以及純海水處理之間第3天開始一直呈顯著差異。表明不同體積分數海水養殖廢水促進了鹽藻的生長，因此如果將其直接排放入海中將會導致鹽藻的大量繁殖，造成水體嚴重污染。

2.2.2 不同體積分數養殖廢水培養對鹽藻葉綠素含量的影響 不同體積分數海水養殖廢水處理對鹽藻葉綠素含量的影響如圖4。由圖4可知，與對照f/2相比，100%海水養殖廢水處理下鹽藻葉綠素的累積量達到最高，50%、75%海水養殖廢水處理下葉綠素積累較高。鹽藻的葉綠素積累與細胞生長呈一定的相關性，說明葉綠素可以作為衡量鹽藻生長的一個指標。海水培養的鹽藻葉綠素含量最低，僅為0.290 mg/L，100%海水養殖廢水處理葉綠素含量顯著高于其他體積分數海水養殖廢水處理，也顯著高于f/2處理，除50%海水養殖廢水處理外，90%、75%、25%、10%4個海水養殖廢水處理之間鹽藻葉綠素積累無明顯差異，100%海水養殖廢水處理的葉綠素含量是海水處理的18倍左右，表明了海水養殖廢水的直接排放對海洋水質污染的巨大影響。endprint

2.3 不同體積分數海水養殖廢水培養鹽藻過程中水質的動態變化

2.3.1 pH動態變化 海水養殖廢水培養鹽藻過程中水體pH變化情況如圖5。由圖5可知，不同體積分數海水養殖廢水處理水樣的pH均隨著培養時間的延長先增加或穩定而后降低，培養至第九天時各處理的pH趨于一致，維持在8.5左右。除對照f/2處理的pH一直處于最高的水平外，其他處理的pH均隨著海水養殖廢水水樣體積分數的增加而增加，即100%>90%>75%>50%>25%>10%，并且各處理海水養殖廢水處理的水樣pH均高于純海水處理。海水養殖廢水培養鹽藻過程中pH大致呈現先稍增加后降低最后趨于穩定的趨勢，生長初期，低體積分數海水養殖廢水處理pH較低，高體積分數海水養殖廢水處理較高，而隨著鹽藻的生長，pH最終趨于穩定，說明初始pH并不是影響鹽藻生長的主要因子，它可以通過自身的調節機制使最終pH趨于穩定，說明了鹽藻可以通過自身的生理調節機制來調節其生長。

2.3.2 溶解氧（DO）的動態變化 鹽藻培養過程中水體中溶解氧變化同pH變化趨勢一致，同其生長也有一定的相關性（圖6），低體積分數海水養殖廢水處理下DO較高，培養到第九天時，各處理水樣的DO趨于一致，大致呈現出先增加后減小最終趨于一致的趨勢，在鹽藻生長后期，各處理組DO均趨于一致，可能原因是鹽藻的生長階段已經到了消長平衡期，因此溶解氧呈現趨于穩定的狀態。

2.3.3 化學需氧量（COD）的動態變化 鹽藻培養過程中COD代謝緩慢（圖7），開始時f/2處理較低，體積分數90%的海水養殖廢水處理含量較高，培養到第九天，100%、90%和f/2的COD含量維持在一個較高的水平，而低體積分數的海水養殖廢水處理則相對較低，特別是海水處理的樣品，在整個過程中均處于較低水平，總體代謝緩慢。各體積分數海水養殖廢水處理水樣COD變化大致呈現先增加后減小的趨勢，在一定的程度上可以說明鹽藻不易吸收廢水中的有機成分。

2.3.4 鹽藻培養處理后水體中氮、磷的含量及形態

鹽藻培養后培養液經0.45 μm濾膜抽濾后得培養后水樣。

培養后水體中的氨態氮基本上檢測不到，說明鹽藻已經充分利用了廢水中氨態氮。這與在水體中同時存在硝態氮和氨態氮時氨態氮被優先吸收有重要的關系，同時，氨態氮也抑制了鹽藻細胞對硝態氮的吸收利用。

鹽藻培養后硝酸鹽和磷酸鹽的利用情況見圖8。由圖8可知，海水處理時N、P養分的利用率均達到100%，10%海水養殖廢水處理時硝酸鹽和磷酸鹽的去除率均最低，低體積分數的海水養殖廢水處理時硝酸鹽的去除率較高，而高體積分數的海水養殖廢水處理時磷酸鹽的去除率較高。25%、50%、75%及f/2處理下硝態氮的去除率均達到100%，0%海水養殖廢水處理下硝態氮和磷酸鹽的去除率也達到100%，對于磷酸鹽來說，隨著海水養殖廢水體積分數的增加，各處理去除率呈現增加的趨勢。

3 結論

1）研究結果表明，鹽藻在不同體積分數的海水養殖廢水中均能生長，生長情況與對照f/2培養基處理相當，說明利用海水養殖廢水培養鹽藻是可行的。f/2處理及海水養殖廢水處理鹽藻的生長情況、積累的葉綠素含量均高于純海水處理；培養過程中水體的pH和DO均為先增加后減小最終趨于穩定，COD沒有太大的變化；氨態氮的去除率均達到了100%，硝酸鹽、磷酸鹽的去除率均為海水處理的達最大，為100%。

2）從培養前各培養液的養分情況看，f/2中的磷含量比較高，而硝態氮和氨態氮低于100%海水養殖廢水，而鹽藻以f/2處理生長速度較快，說明了鹽藻在生長過程中磷制約作用大于氮，這與國內外報道的藻類生長受磷限制基本一致。

參考文獻：

[1] SUTHIER N，GRASMICK A，BLANCHETON J P.Biological denitrification applied to a marine closed aquaculture system[J].Wat Res，1998，2（6）：1932-1938.

[2] NIJHOF R. Fixed film nitrification characteristics in seawater recirculation fish culture systems[J].Aquaculture，1990，87：133-143.

[3] 中國水產編輯部.生物凈化技術在我國水產養殖業中的應用現狀與應用前景[J].中國水產，2001（1）：86.

[4] REED S C，CRITES，R W，MIDDLEBROOKS E J.Natural Systems for Caste Management and Treatment[M]. New York：Mcgraw-Hill，1995.

[5] 姚南瑜.藻類生理學[M].遼寧大連：大連工學院出版社，1987.

[6] 國家環境保護總局水和廢水監測分析方法編委會.水和廢水監測分析方法[M].第三版.北京：中國環境科學出版社，2002.endprint