藻菌固定化对模拟养殖废水氮磷的去除效果分析

藻菌固定化对模拟养殖废水氮磷的去除效果分析

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 江苏海岸药业有限公司  江苏  215211

摘要：为了研究藻菌固定化对水产养殖废水氮磷去除效果，本文通过筛选海藻钙固定小球制备优质条件，探究固化小球吸附性，通过环境优化打造对小球藻、EM菌进行包埋固定，分析游离小球藻、游离EM菌、游离小球藻+EM菌、固定化菌藻球对模拟养殖废水的氮磷去除效果。结果表明藻菌固定化可有效提升养殖废水的氮磷净化效果。

关键词：小球藻；EM菌；藻菌固定化；养殖废水；氮磷

引言

在水产养殖领域中，生物排泄、饲料剩余是导致水体氮磷超标的重要因素，不仅会影响水产品健康，还会对周围水环境、土壤环境带来负面影响，制约水产养殖业健康发展。随着生物技术的不断发展，水产养殖废水生物处理技术应用愈加广泛，生物处理技术相比化学处理技术安全性更高、对周围环境影响极小，如EM菌、小球藻均是水产养殖常见的生物改良剂。相比悬浮细胞，固化微生物浓度高、流失小、活性稳定，海藻酸钙包埋作为一种常见的固定化方式。下文就通过改造酸钙固定化小球试验方法，分析藻菌固化技术去除养殖水中氮磷的效果。

1. 材料与方法

1.1海藻酸钙固化条件优化

选用多梯度海藻酸钠质量分数，质量分数范围在1.5-2.5%之间，每0.5%为1个梯度，共有3个梯度；氯化钙浓度范围在1.0-2.5%之间，每0.5%为1个梯度，共有4个梯度；交联时间为16小时、18小时、20小时，分析不同交联时间对固定化小球性能的影响。

制备空白固定球。准备100ml的海藻酸钠溶液，向其中加入1g活性炭粉末，将混合物摇匀，取出20ml混合液滴入到100ml氯化钙溶液中（预冷之后），生成直径在3-4mm的固化小球，将其在常温下搁置固化交联对应时间，反复清洗去除影响检测结果的杂质，并脱盐1小时[1]。

固化小球性能评价指标：

（1）成球难度。判断小球成球外观是否符合标准，包括球体均匀性、有无拖尾等。

（2）黏连状况。在交联剂中加入小球之后观察是否快速产生固化和黏连现象，判断标准分为三个等级：未观察到黏连、观察到轻度黏连、明显观察到黏连。

（3）机械强度。准备100ml、2mg/L亚甲基蓝溶液。取出50个固定化小球放置在亚甲基蓝溶液中，恒温震荡持续24小时（参数为160r/min、28℃），完成后观察并计算完好小球占比，同时计算小球被破坏率（破损数量）。机械强度判断分为三个等级：强度较差、强度一般、强度较好。

（4）传质性能。将机械强度检测中获取的吸附后溶液取出，使用紫外分光光度计测量溶液的吸光值，根据对亚甲基蓝吸附效率判定传质性能。

通过对上述试验进行对比分析，找出最佳的固定化条件。

1.2固定化小球的吸附性能研究

准备试验锥形瓶，向其中放入50ml不同氨氮与亚硝态氮、磷酸盐，氨氮与亚硝态氮浓度分别为10mg/L、20mg/L、50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L；磷酸盐浓度分别为1mg/L、2mg/L、5mg/L、10mg/L、20mg/L、50mg/L、100mg/L，向锥形瓶中分别加入1.0g优化有的海藻酸钙小球。之后将锥形瓶进行震荡吸附（参数为120r/min、25℃、24h），之后测定上清液液磷酸盐、氨氮、亚硝态氮浓度，测定方法分别为即钼锑抗分光光度法、纳氏试剂比色法、N-乙二胺光度法[2]。

1.3藻菌固定化小球对养殖废水的修复作用

准备灭菌后的BG11培养基，并接种小球藻，光照度为60μE/（mol·s），光周期为12小时（试验环境温度控制在25℃，以模拟常温条件），培养周期为10天，获得小球藻。将500mlEM均与4L红糖水融合，放置在25℃环境下密封发酵培养72小时，将EM均取出试验。

制备藻菌固定球，将30ml小球藻培养液与8mlEM菌培养液混合，放置在离心机中（参数为8000r/min、20℃、4min）。准备100ml、2.5%的海藻酸钠溶液，加入1g活性炭粉搅拌，将20ml海藻酸钠与离心底物充分融合，取出混合液迅速加入到100ml、2%氯化钙溶液中，生成3-4mm的固定化小球，放置在常温条件下交联20小时，使用蒸馏水反复清洗杂质并脱盐处理。为了对比更加直观，设定空白固定化小球组（不加入小球）。

制作水产养殖废水。在BG11培养基（无磷）加入氯化铵、磷酸氢二钾、双氧水、葡萄糖，养殖废水中废物含量为氯化铵 16.8mg/L、磷酸氢二钾 9mg/L、双氧水30mg/L、葡萄糖114mg/L，模拟水分即酸碱度为7.5-8.5。

试验分为6个组，分别为对照组、小球藻组、EM菌组、小球藻+EM菌组、空白固定球组、固定化小球藻+EM菌组。试验分别采用未固化处理和固化处理两种模式。其中，未固化处理中，取1L的模拟废水，并向其中加入等量的藻和EM菌。固定化处理，将360个固定球放入到1L模拟废水中。水处理环境设定为光强3000lx、温度24℃、光照时间为12h，每天摇匀一次，分别在第1天、第3天、第5天测定模拟废水中氨氮、亚硝态氮的含量

[3]。

1.4数据分析

本次试验采用方差分析法、LSD法对比，通过SPSS软件分析试验数据。

2. 结果与讨论

2.1海藻酸钙固定化小球的优化条件

通过试验分析得知，固定化小球性质的影响因素包括SA、氯化钙浓度，在1.5%SA体积分数时，此时可直接观察到有明显粘黏，成球率极低，整体稳定性欠缺；随着增加SA含量，成球难度随之降低，稳定性逐渐提升。在SA含量达到最佳值后继续添加会生成小球拖尾情况，本次试验海藻酸钠最佳浓度为2.5%。试验分析，氯化钙与固定化小球的传质性能呈线性关系，浓度在2.0-2.5之间时表现较为理想。而氯化钙浓度过高会毒害水中微生物细菌，同时导致固定化小球颗粒膨胀、破碎，降低细胞活性，在2%氯化钙浓度条件下较为理想。交联时间对固定化小球传质性能、稳定性也有一定影响，交联时间、固定化凝胶小球稳定性呈正比关系，但交联时间过程会降低小球传质性能，也会毒害水中微生物细胞，交联时间为20小时较为理想。

2.2空白固定化小球的吸附性能

空白小球对氨氮、亚硝态氮、磷酸盐吸附量随着底物浓度增加而增加。随着浓度增加，氨氮、亚硝态氮吸附率降低，氨氮值大于50mg/L时吸附率不超过20%，亚硝态氮值大于10mg/L时吸附率在70%左右，其他浓度吸附率在20-40%范围之间，空白小球在低浓度磷溶液中几乎无吸附作用，随着浓度提升其吸附率也有所增加，磷酸盐浓度值为100mg/L时吸附率在50%以上[4]。

试验中虽然海藻酸钙小球传质性能表现较好，但对无机盐离子吸附性较差。对无机磷去除率不足20%、无机氮去除率不足24%，加入一定量活性炭可提升海藻酸钙吸附性。

2.3固定化小球对养殖污水的降解效果

对比不同处理方法对亚硝态氮的去除效果，藻菌固定化小球在第1天处理中即可将亚硝态氮浓度降低到0.1mg/L以内，随后几天依然不超过0.1mg/L，去除率为99.80%，降解效果最好。其他处理均有不同程度的降解，EM菌降解效率为45.02%、小球藻降解效率为99.11%、EM菌+小球藻降解效率为99.56%、空白球降解效果为99.54%。

结束语

综上所述，相比游离藻、EM菌、藻+EM菌处理方案，藻菌固定化小球在模拟养殖污水中氨氮、磷酸盐处理效果最好，并且固定化藻菌沉于水底，有助于清除水底高浓度污染物，增加微生物与水中有害物接触面积，进一步提高污染物清除性能。可见，藻菌固定化小球具有良好的应用前景。

参考文献

[1] 郑娇莉,曹春霞,黄大野,等.藻菌固定化对模拟养殖废水氮磷的去除效果[J].环境科学与技术, 2020(2):60.

[2] 蔡徐依,田亚雄,陈潘毅,等.固定化菌剂原位净化养殖水体效果及对微生物群落结构的影响[J].农业环境科学学报, 2023(5):125-126.

[3] 郁颖,吴磊,李先宁,等.不同藻菌配比下菌藻共生去除水产养殖废水中氮磷的试验[J].净水技术, 2022(4):41.

[4] 位文倩,孙昕.菌藻共培养对栅藻去除生活污水中氮磷和脂质积累的影响[J].环境化学, 2023(2):12.