微囊藻（Microcystis）在不同培養基生長差異及其對N和P的去除效果研究

徐雨萌 蔣睿 馬婧倩 周青 甄樹聰

摘? ?要：為了研究微囊藻在BG11培養基、污水廠尾水和垃圾滲濾液中的生長情況以及對其中N、P的去除效果，采用顯微鏡直接計數法計算銅綠微囊藻的密度，通過分光光度計法測定總氮、總磷和氨氮的濃度，進行微囊藻實驗室培養。在總氮和總磷濃度不同的三種培養基中，微囊藻在污水廠尾水中的生長情況優于在BG11培養基和垃圾滲濾液中的生長，且微囊藻在污水廠尾水中對N、P的去除效果最好。在等氮磷濃度的三種培養基中，結果仍和上述類似。比較三種培養基中的氨氮濃度，三種培養基中的氨氮濃度不一致。從而可知氨氮濃度影響微囊藻的生長和對N、P的去除效果。

關鍵詞：微囊藻? 總氮? 氨氮? 總磷? 去除效果

Abstract： In order to study the growth of Microcystis in BG11， sewage plant tail water and landfill leachate and the removal efficiency of Nitrogen and Phosphorus， the density of Microcystis was calculated by direct counting method under microscope， the concentrations of Total nitrogen， Total phosphorus and Ammonia nitrogen were determined by the spectrophotometry method， and the Microcystis was cultured in the laboratory. The growth of Microcystis in the effluent of wastewater treatment plant was better than that in BG11 and landfill leachate in the three different concentrations of Total nitrogen and Total phosphorus， the removal efficiency of Nitrogen and Phosphorus by Microcystis was the best. The results were similar in the three media with equal Nitrogen and Phosphorus concentrations. The concentrations of Ammonia nitrogen in three kinds of media were compared， and the concentrations of Ammonia nitrogen in three kinds of media were different. The results showed that the concentration of Ammonia nitrogen affected the growth of Microcystis and the removal of Nitrogen and Phosphorus.

Key Words： Microcystis; Total nitrogen; Total phosphorus; Ammonia nitrogen

近年來，我國水體富營養化問題日益嚴重，從國內較大湖泊如滇池、太湖及大明湖等與海灣如萊州灣的情況來看，頻發的水體富營養問題造成極大地危害[1-4]，引發水體富營養化的主要原因是水中氮磷含量超標[5-6]，由于資金技術等原因，我國污水處理廠二級處理后大多無法達到正常的排放標準，利用微囊藻凈化污水是十分髙效的處理方式。微囊藻指在只有在顯微鏡下才能分辨其形態的藻類，能夠髙效利用光合作用。污水處理后回收的藻類可以進行資源化利用。微囊藻有巨大的經濟開發潛力，可應用于各個領域。本實驗通過觀察在BG11培養基、污水廠尾水和垃圾滲濾液中微囊藻的生長情況以及不同培養基中N、P濃度的變化，研究培養基中NH4+-N的濃度對微囊藻的生長情況和N、P去除效果的影響，為微囊藻處理污水提供依據。

1? 材料與方法

1.1 實驗材料和儀器

銅綠微囊藻（購自中國科學院水生生物研究所）。磷酸二氫鉀，納氏試劑，硝酸鉀（均為分析純試劑）。紫外分光光度計（北京普析通用儀器公司），顯微鏡（鳳凰光學股份有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 實驗設置

銅綠微囊藻純種培養，A組：在TN=53.75mg/L、TP=9mg/L的BG11培養基，TN=8.69mg/L、TP=2.78mg/L污水廠尾水和TN=276.35mg/L、TP=147.24mg/L垃圾滲濾液三種培養基中培養，分別在第1、3、5、7、9、11、13、15天觀察微囊藻密度的變化以及測其總氮、總磷的濃度。B組：在TN=53.75mg/L、TP=9mg/L的BG11培養基、污水廠尾水和垃圾滲濾液三種培養基中培養。分別在第1、3、5、7、9、11、13、15天觀察微囊藻密度的變化以及測其總氮、氨氮、總磷的濃度。

1.2.2 接種

將銅綠微囊藻以5000r/min離心10min，并用無菌水洗滌兩次，然后再接入已滅菌的兩組培養基中，在光照5000lx和溫度25℃的環境中培養。初始藻密度約為1.46×106個/mL。

1.2.3 微囊藻的生長曲線

用顯微鏡和血球計數板計數生長時期培養液中的藻細胞密度，并繪制藻類生長曲線。

1.2.4 培養基中總氮濃度變化測定

采用納氏試劑光度法，分別在220nm和275nm波長處測定吸光度。得到的回歸方程為y=0.0872x+0.0011。

1.2.5 培養基中總磷濃度變化測定

采用鉬酸銨分光光度法，在700nm波長處測定吸光度。得到的回歸方程為y=13.459x+0.0666。

1.2.6 培養基中氨氮濃度變化測定

水楊酸-次氯酸鹽光度法，在420nm波長處測定吸光度。得到的回歸方程為y=0.0547x+0.0023。

2? 結果與分析

2.1 以原水為培養基銅綠微囊藻生長曲線和氮磷濃度變化情況

銅綠微囊藻均能在BG11培養基、污水廠尾水和垃圾滲濾液中生長，且在污水廠尾水中微囊藻的生長要顯著優于在BG11培養基和垃圾滲濾液中的生長（圖1）。

銅綠微囊藻在污水廠尾水中對N、P濃度的去除效果要高于對BG11培養基和垃圾滲濾液中N、P濃度的去除效果（表1、表2）。不同的藻類對TN、TP濃度的需求不同，如大扁藻生長的前期對磷源的要求比較高，但過高的磷濃度不能使其以較快的速度增長，后期需求較小[7]。由實驗數據推知，TN和TP濃度影響著微囊藻的生長情況，所以微囊藻在不同的培養基中對N、P的去除效果不同。有研究表明藻類對培養基中N、P的去效果與營養鹽之間的比值有著重要的關系，尤其是氮磷比率，如四尾柵藻更適應于高氮磷比的環境[8]。銅綠微囊藻在TN=8.69mg/L、TP=2.78mg/L污水廠尾水中的生長條件與其他兩種培養基相比更為適宜。

2.2 等氮磷濃度培養基銅綠微囊藻生長曲線和氮磷濃度變化情況

污水廠尾水中的TN和TP濃度小于BG11培養基中的TN和TP濃度，所以向污水廠尾水中加硝酸鉀和磷酸二氫鉀，使污水廠尾中TN和TP濃度與BG11培養基中TN和TP濃度相同。垃圾滲濾液中的TN與TP濃度高于BG11培養基中的TN和TP濃度，所以先將垃圾滲濾液稀釋，使垃圾滲濾液中的TP濃度與BG11培養基中的TP濃度一致，再加入硝酸鉀使垃圾滲濾液中TN濃度與BG11培養基中TN濃度相同。銅綠微囊藻在B組實驗中，藻細胞密度呈現先上升后下降的趨勢，且在污水廠尾水和BG11培養基中培養的微囊藻在前期藻細胞密度差別較小，第7天時在污水廠尾水中微囊藻的生長要顯著優于在BG11培養基中的生長（圖2）。而在垃圾滲濾液中微囊藻的藻細胞密度與在污水廠尾水和BG11培養基中培養的微囊藻的藻細胞密度相差較大，微囊藻在垃圾滲濾液中并不利于生長。

在測定15d內微囊藻生長情況的同時，記錄BG11培養基、污水廠尾水和垃圾滲濾液中總氮（表3）、總磷（表4）和氨氮（表5）的濃度。通過比較可知，在TN和TP濃度相同的情況下，NH4+-N濃度的不一致導致了微囊藻在這三種水體中生長情況的不同。

根據表3，在原始TN濃度相同的條件下，BG11培養基中的TN濃度由初始的53.74mg/L降低到40.78mg/L。污水廠尾水中的TN濃度由初始的53.74mg/L降低到40.66mg/L。垃圾滲濾液中的TN濃度由初始的53.74mg/L降低到49.06mg/L。由數據分析，微囊藻更容易去除污水廠尾水中的TN，所以微囊藻在污水廠尾水中對TN的去除效果最好，其次是BG11培養基，在垃圾滲濾液中的去除效果最差。

根據表4，同上訴TN分析一致，微囊藻在污水廠尾水中對TP的去除效果最好，其次是BG11培養基，在垃圾滲濾液中的去除效果最差。

根據表5，在等氮磷濃度的條件下，NH4+-N濃度在BG11培養基中從1.89mg/L降低到1.46mg/L。在污水廠尾水中NH4+-N濃度從1.36mg/L降低到0.23mg/L。在垃圾滲濾液中NH4+-N濃度從10.98mg/L降低到9.22mg/L。通過數據比較可知，微囊藻對N、P的去除效果在初始氨氮濃度為1.36mg/L的污水廠尾水中最好，其次是初始氨氮濃度為1.89mg/L的BG11培養基中，最后是初始氨氮濃度為10.98mg/L的垃圾滲濾液中。

2.3 微囊藻生長差原因分析

微囊藻在原始的三種培養基中培養，生長情況由高到低依次為：污水廠尾水、BG11培養基、垃圾滲濾液。將原始的三種培養基調整到等氮磷濃度后，生長情況由高到低依次仍為：污水廠尾水、BG11培養基、垃圾滲濾液。在原始的三種培養基中，比較N/P，污水廠尾水的N/P=3.13，BG11培養基中N/P=5.97，垃圾滲濾液中N/P=1.88。根據研究所知，N/P=300～3時微囊藻的生長曲線擬合系數呈現出隨氮磷比下降微囊藻生長更迅速的趨勢[9-11]。當N/P=6～3時，微囊藻的細胞密度隨N/P的減小而增大，當N/P小于3時，微囊藻的細胞密度隨N/P的減小而減小，所以不同的N/P影響微囊藻在不同培養基中的生長情況。在等氮磷濃度的三種培養基中，由于初始N/P都為5.97，所以N/P不再是微囊藻生長差異的原因。通過圖2可知，微囊藻在三種培養基中的生長情況與圖1中原始的三種培養基的生長情況類似，考慮是否是其他形態的氮磷濃度影響了微囊藻的生長情況。根據表5，污水廠尾水中的氨氮濃度為1.36mg/L，BG11培養基中的氨氮濃度為1.89mg/L，垃圾滲濾液中的氨氮濃度為10.98mg/L，三種培養基中的氨氮濃度不同，微囊藻在這三種培養基中的生長情況也不相同。綜上所述，N/P影響微囊藻的生長情況，不同形態的氮磷濃度如氨氮濃度同樣也影響著微囊藻的生長情況。

3? 結語

本文采用污水廠尾水、BG11和垃圾滲濾液作為培養基，按原液和調整氮磷濃度方式分別作為培養基進行微囊藻的培養，通過實驗可知，藻在普適培養基BG11中并不如污水廠尾水中生長的好，因此，針對富營養化水體藻類大量繁殖普遍關注的水體中氮磷濃度的問題，還應關注排入水體的水的來源和性質，才能更好地控制藻類水華。

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