净化猪场养殖污水的方法

净化猪场养殖污水的方法

1 引言

随着畜禽养殖业规模化生产及国务院审议通过《畜禽规模养殖污染防治条例(草案)》，畜禽养殖场污水的高效无害化处理日显重要.采用沼气池厌氧处理是当前对畜禽养殖污水最常见的处理方式，但从沼气池中排出的沼液中富含氮磷等营养素，直接排放到天然水体中仍然会引起水体严重富营养化.将沼液直接归田然后通过农作物吸收是当前沼液最主要的处理方式.然而在农村城镇化建设的背景下，沼液直接归田也存在受季节影响、单位面积处理效率低、所需配套农田面积大等问题.因此，仍需寻找高效的沼液安全利用途径.

利用藻类的吸收、富集和降解作用，可有效对污水进行处理.早在1957年，Oswald等提出利用藻类去除污水中氮磷的可行性，之后应用微藻处理生活污水和工业污水的研究不断深入.Tam和Wong证实了蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)和栅藻(Scenedesmus sp.)在污水二级处理中具有良好的氮、磷的去除效果，经7 d处理即可去除污水中2/3以上的氮磷.董俊德等研究表明小颤藻(Oscillatoria tenuis)和两栖颤藻(O. amphibia)对污水的无机磷去除率高，而对硝态氮的处理能力较差;极大螺旋藻(Spirulina masima)则能去除较多的硝态氮.Mart?nez等研究了温度和搅拌形式对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)在二级城市污水中的脱氮除磷能力，发现在25 ℃和磁搅拌的情况下，磷的最大去除效率可达98%，氨氮的去除率可达到100%.李川等发现固定化的蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)对人工污水中NH+4-N的去除效率最好，而鱼腥藻(Anabaena sp.)对NO-3-N的去除率高.刘林林等对15株微藻在猪场养殖污水中的氮磷净化能力及其细胞营养分析后发现多棘栅藻(Scenedesmus spinosus)SHOU-F8是猪场养殖污水净化耦合微藻生物柴油生产的合适藻株.上述研究表明，微藻对污水氮磷的净化效果受藻种、培养条件及污水中氮磷的形态与浓度等因素影响.

利用微藻净化猪场养殖污水的研究已见较多报道，但利用微藻净化猪场养殖污水中的氮磷并耦合微藻高附加值产品生产的研究较少.狭形小桩藻(Characium angustum)是一种淡水绿藻，属于绿球藻目(Chlorococcales)，小桩藻科(Characiaceae)，小桩藻属(Characium)，广泛分布于包括污水在内的多种类型的水体中，但目前对这种微藻尚未见有应用研究.本文在实验室条件下研究了狭形小桩藻对猪场养殖污水的净化效果及其细胞营养组成特点，以期为狭形小桩藻后续在污水净化中的应用积累资料. 2 材料与方法 2.1 试验材料

试验用猪场养殖污水取自浙江嘉兴余新镇敦好农牧有限公司的养猪场.养殖污水经过沼气池厌氧发酵及露天氧化塘沉淀处理后，用于本试验.试验用原污水及其经过高压灭菌或有效氯消毒后的水质指标如表 1所示.

表1 试验用猪场养殖污水的水质状况

本试验所用狭形小桩藻取自上海海洋大学微藻种库，藻种分离自一生活污水排污沟，采用f/2培养液逐级扩培后用于本试验.

2.2 试验方法 2.2.1 不同接种浓度下狭形小桩藻对高压灭菌污水的处理效果 将预先扩培的同一批次的狭形小桩藻，离心收集藻细胞，然后将收集的细胞分别接种到经高压灭菌的猪场养殖污水中.设定3个接种密度：200×104，400×104，600×104

cells · mL-1.实验在1 L的三角烧瓶中进行，每个处理3个平行.微藻在光照培养箱中进行培养，温度27 ℃，光照1800 lx，光照周期24 h/0 h(L : D).每天定时摇瓶，隔天用血球计数板计数藻细胞密度并测定培养水体中氮、磷变化情况.试验持续23 d.试验结束时离心收集藻细胞，分析细胞蛋白含量及脂肪酸组成.

2.2.2 污水预处理方法对狭形小桩藻去除氮磷效果的影响

在不同接种浓度试验的基础上，选择600×104 cells · mL-1的接种浓度，比较狭形小桩藻在高压灭菌的猪场养殖污水及有效氯消毒(200 ppm)并中和的猪场养殖污水中的生长及其对氮磷去除效果.其培养方法及检测处理同2.2.1节. 2.3 指标检测

用血球计数板测定藻细胞密度，并根据公式K =(lnNt-lnN0)· t-1计算相对生长率，其中，N0为培养初始藻细胞密度(cells · mL-1)，Nt为培养t d后的藻细胞密度(cells · mL-1)，t为培养时间(d).

用0.45μm滤膜过滤藻液，然后参照水和废水监测分析方法(第4版)测定滤液中氮磷水平.总氮测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法;氨态氮测定采用纳氏试剂分光光度法;硝态氮测定采用紫外分光光度法;总磷测定采用钼酸铵分光光度法. 氮磷去除率r的计算公式：

其中，C0和Ct分别为初始氮磷的浓度和培养t d后的浓度(mg · L-1).

藻细胞蛋白含量的测定参照福林-酚测蛋白法进行;藻细胞脂肪酸含量的测定参照进行;微藻脂肪酸甲酯的理论烷基值参照的方法进行计算. 2.4 数据的统计分析

结果以平均值±标准差表示，采用PASW.Statistics.18.0软件进行方差分析并作Duncan多重比较，p<0.05，表示差异显著. 3 结果

3.1 不同处理组狭形小桩藻生长状况

不同接种浓度下狭形小桩藻的生长如图 1所示.在23 d的培养期间，200×104

cells · mL-1、400×104 cells · mL-1、600×104 cells · mL-1(灭菌)和600×104 cells · mL-1(消毒)组藻的相对生长率分别为0.120、0.104、0.092和0.097.经方差分析可知，200×104 cells · mL-1组藻细胞相对生长率显著高于其他组(p<0.05)，藻细胞密度由初始的210×104 cells · mL-1增长到3284×104 cells · mL-1.400×104 cells · mL-1组藻细胞相对生长率显著高于600×104 cells · mL-1，其藻细胞密度由初始的419×104 cells · mL-1增长到4649×104 cells · mL-1.然而最终细胞培养密度以600×104 cells · mL-1(消毒)组最高，为5828×104 cells · mL-1，显著高于其他组;600×104 cells · mL-1(灭菌)组次之，200×104 cells · mL-1组最终细胞培养密度最小.

图 1 不同处理组狭形小桩藻在猪场养殖污水中的生长曲线

3.2 不同处理组狭形小桩藻对猪场养殖污水中总氮的去除效果

由图 2可以看出，600×104 cells · mL-1(消毒)组狭形小桩藻对猪场养殖污水的总氮去除率最高，为90.05%，显著高于其他各组(p<0.05)，试验结束时水体总氮含量为2.69 mg · L-1.400×104 cells · mL-1组和600×104 cells · mL-1(灭菌)组的总氮去除率分别为55.54%和64.32%.200×104 cells · mL-1组的去除率为41.68%，试验结束时水体总氮含量为18.11 mg · L-1.可以看出，600×104 cells · mL-1(消毒)组狭形小桩藻对猪场养殖污水中的总氮去除效果最好.

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