小球藻在餐廚沼液中的培養條件及效果研究

摘" " " 要： 針對餐廚沼液資源化處理的需求，開展小球藻培養實驗，研究小球藻在預處理后的餐廚沼液中培養條件、耐鹽量以及主要污染物的去除情況。結果表明：餐廚沼液稀釋至20%的濃度，pH 6～7，接種量OD680=0.1，含鹽量＜0.5%為最佳培養條件，此時，小球藻能有效去除沼液中82%的氨氮，但小球藻對沼液中的COD去除能力較弱。餐廚沼液中氨氮的去除，將有效降低后續處理的難度。

關" 鍵" 詞：小球藻；餐廚沼液；培養條件；污染物去除

中圖分類號：X703" " " " 文獻標識碼： A" " " 文章編號： 1004-0935（2023）06-0805-03

隨著經濟發展和人民生活水平的提高，餐廚垃圾逐年增多[1-2]，隨之產生的大量餐廚沼液具有污染負荷高、氨氮濃度高和難處理等特點[3]，若不能妥善處理，則會造成環境污染及資源的浪費，需引起社會的高度重視[4]。目前餐廚沼液常采用“預處理+生化”處理工藝[5-6]，出水能達標排放，但處理成本高。

利用沼液培養小球藻是一項具有多重效益的技術，能充分將餐廚沼液進行有效資源化利用。小球藻可通過光合作用進行自養生長，在C/N比不足的情況下，藻體生長會消耗沼液中的氮、磷等營養成分和有機物，實現沼液的高效凈化[7]。沼液中的營養物質可滿足小球藻的基本需求，收獲的藻細胞可用于開發飼料或作為添加劑[8]。

未經處理的沼液氨氮濃度和濁度均較高，難以直接生化處理。本文將餐廚沼液進行超濾預處理，預處理后的液體進行小球藻的養殖，考查小球藻在不同濃度沼液處理液，不同pH和不同接種量情況下的生長狀況，并初步探究小球藻在沼液處理液中的耐鹽性。同時研究小球藻對沼液中氨氮和COD等主要污染物的去除情況。

1" 實驗部分

1.1" 沼液來源及預處理

實驗培養液為厭氧發酵罐發酵液經超濾預處理后的沼液，取自常州維爾利餐廚垃圾廢棄物處理有限公司。考慮超濾處理后的沼液較高的濁度及氨氮濃度會抑制對小球藻的生長，因此，需對預處理后的沼液進行稀釋。

1.2" 藻種類來源

實驗藻種為普通小球藻，購自中國科學院淡水藻種庫。

1.3" 實驗方法

小球藻活化：無菌條件下，培養液為BG11培養基，培養液裝液量為20%，接種量以控制初始OD680≈0.1，置于光照培養箱中培養，培養條件：溫度25 ℃，光照強度為4 000 lux，24 h光照處理。

實驗用培養液裝液量為60%，接種液為剛活化好的小球藻，培養條件：溫度25 ℃，光照強度為4 000 lux，24 h光照。每日定時搖晃錐形瓶2次，并變換各組位置，保證各組光照均勻。

1.4" 分析方法

COD測定采用重鉻酸鉀法（HJ/T 399—2007）；氨氮測定采用水楊酸分光光度法（HJ 536—2009）；微生物生物量測定采用分光光度法：測定光密度值OD680[9]，OD680值大于1，則用去離子水稀釋。

2" 結果與討論

2.1" 沼液濃度對小球藻生長的影響

沼液經過超濾處理后，污染物被有效去除，但其氨氮濃度及濁度任然較大，需要對沼液作一定比例的稀釋。沼液稀釋：沼液用去離子水稀釋至原濃度的10%、20%、40%、60%、80%和100%。對照為去離子水作培養液。

由圖可知，10%的沼液培養小球藻效果最好，經過7 d的快速生長后，最大值達到1.17，隨后快速衰亡。20%沼液組的生長呈“S”曲線，同樣在第7 d時達到最大值0.94，隨后進入穩定生長期。40%沼液中的小球藻則生長緩慢，第7 d達到最大值0.52后迅速衰亡，總體水平低于對照組。而60%、80%和100%的沼液組的小球藻則全程處于生長抑制狀態。上述結果說明，20%的沼液濃度營養條件適宜，能促進小球藻的生長，而稀釋度大于40%的沼液則不適宜小球藻的生長，這可能與不適宜的氨氮濃度及濁度有關。研究表明，氨氮過高會抑制藻類生長，宜控制氨氮濃度420 mg/L以下[10]。

2.2" 不同pH對小球藻生長的影響

不同小球藻對培養液pH有不同的要求，適宜的pH能促進小球藻的生長，從而達到有效去除污染物的效果。實驗設置不同初始pH：6.0，7.0，8.0，9.0，10.0的20%的沼液。接種濃度為OD680=0.1。

由圖2可知，當pH為10時，小球藻完全被抑制生長。而pH在8～9時，小球藻雖然能生長增殖，但生物積累量水平較低，且7 d后開始快速衰亡，說明此pH范圍并不適合小球藻的生長。當pH在6～7時，小球藻能快速增長，且生物積累量一直保持較高水平，說明此pH范圍為較適宜培養條件。

2.3" 不同接種量對小球藻生長的影響

圖3中不同接種濃度的小球藻都能在20%沼液中有效增殖，呈現“S”生長曲線。OD680=0.1的接種濃度雖然低于0D680=0.2，但OD680=0.1組的小球藻進入穩定生長期后的生物積累量明顯高于OD680=0.05和0.2組。接種濃度控制OD680值在0.3～0.4時，小球藻生物積累量較大，但考慮經濟成本，并不是接種濃度越高就越好。綜合考慮，0D680=0.1為小球藻最佳接種濃度。

2.4" 不同鹽含量對小球藻生長的影響

受各地飲食差異的影響，各地餐廚沼液中含鹽不同，而含鹽濃度過高，將不利于微生物的生長，因此模擬不同含鹽量的沼液：在沼液中添加NaCl， 添加比例為0.5%、1.0%、1.5%、2%、3%，對照為未添加NaCl，接種濃度為OD680=0.1的20%沼液。

由圖4可知，當含鹽量＞3%時，小球藻的生長是完全被抑制的，當含鹽量在1%～2%時，雖然小球藻能生長增殖，但培養前期的延滯期較長，整體生長相對較慢，說明小球藻是能耐受1%～2% NaCl。而0.5%的含鹽量組的小球藻生長水平與對照較一致。因此實際餐廚沼液培養小球藻時，未稀釋的沼液含鹽量最好控制在2.5%以下。

2.5" 小球藻對氨氮和COD的去除效果

如圖5，小球藻在20%沼液中培養的20 d過程中，氨氮可從260 mg/L降低至46 mg/L，氨氮去除率為82%。餐廚沼液中的總氮以氨氮為主，小球藻能有效去除沼液中的氮。COD在整個小球藻培養過程中，濃度變化較小，去除率＜20%。雖然COD未被有效降解，但此時氨氮濃度較低，碳氮比協調，COD含量較易被生化法或其他方法降解。

3" 結 論

小球藻能在稀釋的餐廚沼液中正常生長，最適宜的培養條件：沼液稀釋濃度20%，pH 6～7，小球藻接種量OD680=0.1，含鹽量＜0.5%。小球藻能有效去除20%濃度的沼液中的氨氮，氨氮的去除解決了沼液C/N比不適宜的問題，降低后續污水處理的難度。本文中小球藻對沼液的COD去除效果差，可能與使用單一藻株效果不理想有關[11]，單一藻株極易因外來物種污染而死亡[12]，從而影響污水凈化效果。考慮實際運用的經濟性，后續可用高濃度的沼液對復合藻株進行馴化，提高藻株對沼液耐受性的同時，達到更好的污染物去除效果。

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Abstract：" In view of the demand for resource treatment of kitchen biogas slurry， the culture experiment of chlorella was carried out to study the culture conditions， salt tolerance and removal of major pollutants of chlorella in the pretreated kitchen biogas slurry. The results showed that the best culture conditions were as follows： diluting the kitchen biogas liquid to 20% mass fraction， pH=6～7， inoculation amount OD680=0.1， and salt contentlt;0.5%. At this time， chlorella could effectively remove 82% of ammonia nitrogen from the biogas liquid， but had little ability to remove COD from the biogas liquid. The removal of ammonia nitrogen from kitchen biogas slurry could effectively reduce the difficulty of subsequent treatment.

Key words： Chlorella; Kitchen biogas liquid; Culture conditions; Pollutant removal