光照強(qiáng)度對(duì)絲狀藻去除再生水中氮磷的影響

楊宇航，邊雪強(qiáng)，孫翠竹，姜曉華，單 欣，李鋒民,3*

1. 中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院近海環(huán)境污染控制研究所，山東 青島 2661002. 中國(guó)海洋大學(xué)，海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 2661003. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266071

由于人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和消費(fèi)模式的轉(zhuǎn)變，全球用水量仍在以每年約1%的速度穩(wěn)步增長(zhǎng)，到2030年世界可能面臨40%的水資源短缺[1]. 我國(guó)水資源總量雖占世界水資源總量的6%左右，但由于我國(guó)人口多且分布不均，人均水資源量嚴(yán)重不足[2]，我國(guó)缺水城市超過(guò)1/2，嚴(yán)重缺水城市超過(guò)1/3[3]. 污水的再生利用是解決我國(guó)水資源短缺和水污染問(wèn)題的重要途徑，然而與常規(guī)水資源相比，再生水中高濃度的N和P可導(dǎo)致藻華暴發(fā)[4]，對(duì)水質(zhì)、景觀和生態(tài)功能產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響[5]. 王怡等[6]研究發(fā)現(xiàn)，完全達(dá)標(biāo)的再生水在夏季靜置4 d后會(huì)爆發(fā)藻華，藻密度可達(dá)8.08×105cells/mL，因此在再生水回用前，有必要對(duì)再生水進(jìn)行深度脫氮除磷處理[7-8].

常規(guī)的再生水深度處理方法，如微濾、超濾等物理方法，雖然可以有效凈化再生水，但成本較高，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)氮、磷元素的回收利用，造成資源浪費(fèi)[9]. 相比之下，藻類可以通過(guò)光合作用吸收氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，并轉(zhuǎn)化為藻類生物質(zhì)，可作為生物柴油、飼料、沼氣等產(chǎn)品的原料，兼顧環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益. 目前，小球藻、柵藻等藻體較小的微藻已被用于處理包括再生水在內(nèi)的各種污水[10-11]. 但微藻細(xì)胞體積小，收集困難[12]，增加了污水處理成本[13]，研究表明微藻的收集占設(shè)備成本的90%以上，占總成本的20%～30%[14].

與微藻相比，絲狀藻具有易捕撈和抵抗高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物捕食的優(yōu)勢(shì). 利用絲狀藻進(jìn)行廢水處理的主要方法分為藻類草皮洗滌器(ATS)和藻類單一培養(yǎng).ATS系統(tǒng)已被用于處理農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、乳制品和初級(jí)生活污水[15-16]. 與ATS相比，藻類單一培養(yǎng)的主要優(yōu)勢(shì)在于可以收獲單一的絲狀藻類，控制生物質(zhì)的質(zhì)量，以便于回收利用[17]. 然而目前一些關(guān)鍵參數(shù)如光照強(qiáng)度，對(duì)絲狀藻單一培養(yǎng)及脫氮除磷的影響仍不清楚[18]. 因此，該研究探究了不同光照強(qiáng)度對(duì)4種絲狀藻去除再生水中氮、磷的影響以及與絲狀藻生物質(zhì)產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量、脂質(zhì)含量的關(guān)系，以期為應(yīng)用絲狀藻深度處理再生水及藻類的資源化提供數(shù)據(jù)支持.

1 材料與方法

1.1 藻種培養(yǎng)

試驗(yàn)所用的4種絲狀藻，即水綿(Spirogyrasp.，F(xiàn)ACHB-737)、結(jié) 節(jié) 鞘 藻(Oedogoniumnodulosum，F(xiàn)ACHB-996)、絲藻(Ulothrixsp.，F(xiàn)ACHB-494)和轉(zhuǎn)板藻(Mougeotiasp.，F(xiàn)ACHB-718)，均購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院淡水藻種庫(kù). 其中，水綿和結(jié)節(jié)鞘藻在BG11培養(yǎng)基中培養(yǎng)；絲藻和轉(zhuǎn)板藻在SE培養(yǎng)基中培養(yǎng). 培養(yǎng)條件為溫度25 ℃、光照強(qiáng)度2000 lx、光暗比12 h∶12 h.

1.2 研究方法

試驗(yàn)在裝有5 L再生水的高為31 cm、直徑為19 cm的玻璃容器中進(jìn)行，使用額定功率為18 W的T5 LED節(jié)能燈進(jìn)行光照，試驗(yàn)設(shè)置5組光照強(qiáng)度(0、2000、6000、8000、10000 lx)，每組設(shè)置3個(gè)平行.試驗(yàn)前將藻種于試驗(yàn)水體中馴化培養(yǎng)7 d，每個(gè)試驗(yàn)組初始接種0.25 g (鮮質(zhì)量)馴化后的絲狀藻. 為避免實(shí)際再生水水質(zhì)不穩(wěn)定產(chǎn)生的誤差，試驗(yàn)所用再生水為實(shí)驗(yàn)室配置再生水，主要成分為0.058 g/L NaNO3、0.017 g/L NH4Cl、0.046 g/L C6H12O6·H2O、0.002 g/L KH2PO4、0.007 g/L CaCl2、0.0001 g/L FeCl3、0.007 g/L MgSO4、微量元素〔0.572 mg/L H3BO3、0.372 mg/L MnCl2·4H2O、0.044 mg/L ZnSO4·7H2O、0.078 mg/L Na2MoO4·2H2O、0.016 mg/L CuSO4·5H2O、0.01 mg/L Co(NO3)2·6H2O〕. 所有試驗(yàn)組在25 ℃、光暗比12 h∶12 h的條件下培養(yǎng). 試驗(yàn)周期為16 d，每4 d取水樣100 mL測(cè)定水樣TN、、TP濃度及藻類生物質(zhì)產(chǎn)量. 第16天將全部藻體濾出，使用超純水沖洗，冷凍干燥后測(cè)定藻細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)和蛋白質(zhì)含量.

1.3 分析測(cè)試方法

1.3.1 水質(zhì)測(cè)定方法

水樣使用0.45 μm的玻璃纖維濾膜過(guò)濾，測(cè)定水中TN、、TP濃度，其中TN濃度采用《水質(zhì) 總氮的測(cè)定 堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法》(HJ 636—2012)，濃度采用《水質(zhì) 氨氮的測(cè)定 納式試劑分光光度法》(HJ 535—2009)測(cè)定，濃度采用《水質(zhì) 硝酸鹽氮的測(cè)定 紫外分光光度法》(HJ/T 346—2007)測(cè)定，TP濃度采用《水質(zhì) 總磷的測(cè)定 鉬酸銨分光光度法》(GB/T 11893—1989)測(cè)定.

1.3.2 生物質(zhì)產(chǎn)量測(cè)定方法

使用預(yù)先烘干至恒質(zhì)量的玻璃纖維濾膜過(guò)濾水樣，過(guò)濾后的濾膜在60 ℃烘干24 h至恒質(zhì)量，計(jì)算生物質(zhì)產(chǎn)量(M)，其計(jì)算公式：

式中：M為生物質(zhì)產(chǎn)量，g/L；m0為過(guò)濾烘干后的濾膜質(zhì)量，g；m1為預(yù)先烘干的濾膜質(zhì)量，g；V為再生水體積，L.

1.3.3 脂質(zhì)、蛋白質(zhì)含量的測(cè)定方法

冷凍干燥后的絲狀藻在液氮中研磨成粉，使用Solarbio公司的蛋白質(zhì)提取試劑盒對(duì)藻細(xì)胞中的蛋白質(zhì)進(jìn)行提取，離心取上清液，用Bradford法測(cè)定上清液中蛋白質(zhì)的含量. 脂質(zhì)的提取和測(cè)定參考HY/T 231—2018《藻類總脂的提取和測(cè)定》，研磨后的藻粉用體積比為2∶1的甲醇與氯仿混合溶液提取脂質(zhì)，離心取上清液，在上清液中加入1%的NaCl溶液和氯仿，萃取出底部有機(jī)相，使用氮?dú)獯蹈珊蠓Q量測(cè)定[19].

1.3.4 藻類N、P濃度的測(cè)定方法

稱取一定量冷凍干燥后的絲狀藻，加入超純水后分別使用過(guò)硫酸鉀、堿性過(guò)硫酸鉀溶液消解，參考水中TP、TN濃度的測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定.

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2018軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用Origin 2018軟件進(jìn)行繪圖，使用SPSS軟件進(jìn)行均值檢驗(yàn)分析，P＜0.05表示差異顯著，P＞0.05表示無(wú)顯著差異.

2 結(jié)果與分析

2.1 光照強(qiáng)度對(duì)絲狀藻去除氮磷的影響

2.1.1 光照強(qiáng)度對(duì)絲狀藻去除TN的影響

再生水中TN濃度的變化趨勢(shì)如圖1所示. 以水綿為例，第16天，隨光照強(qiáng)度增加，其對(duì)TN的去除率先升后降. 光照強(qiáng)度為8000 lx時(shí)，水綿對(duì)TN的去除效果最好，再生水中TN濃度從初始的18.32 mg/L降至9.47 mg/L，去除率為48.34%；當(dāng)光照強(qiáng)度為10000 lx時(shí)，水綿對(duì)TN的去除效果降低，再生水中TN濃度降至9.54 mg/L，去除率為47.95%；當(dāng)光照強(qiáng)度為2000和6000 lx時(shí)，水綿對(duì)TN的去除效果最差，再生水中TN濃度分別為12.11、12.05 mg/L，去除率分別為33.93%、34.22%. 光照強(qiáng)度對(duì)結(jié)節(jié)鞘藻、絲藻和轉(zhuǎn)板藻去除TN的影響規(guī)律與水綿一致，當(dāng)光照強(qiáng)度為8000 lx時(shí)，其對(duì)TN的去除效果最好，第16天，再生水中TN濃度分別降至6.44、9.21、3.79 mg/L，去除率分別為64.87%、49.74、79.32%. 當(dāng)光照強(qiáng)度為2000和6000 lx時(shí)，水綿、結(jié)節(jié)鞘藻、絲藻和轉(zhuǎn)板藻對(duì)TN的去除效果均最差.

圖1 光照強(qiáng)度對(duì)絲狀藻去除再生水中TN濃度的影響Fig.1 Effect of light intensity on TN removal from reclaimed water by filamentous algae

圖2 光照強(qiáng)度對(duì)絲狀藻去除再生水中NO3?-N濃度的影響Fig.2 Effect of light intensity on NO3—-N removal from reclaimed water by filamentous algae

圖3 光照強(qiáng)度對(duì)絲狀藻去除再生水中NH4+-N濃度的影響Fig.3 Effect of light intensity on NH4+-N removal from reclaimed water by filamentous algae

2.1.4 光照強(qiáng)度對(duì)絲狀藻去除TP的影響

再生水中TP濃度的變化趨勢(shì)如圖4所示. 光照強(qiáng)度為2000和6000 lx時(shí)，水綿對(duì)TP的去除效果較差，第16天，再生水中TP濃度分別為0.29、0.28 mg/L，去除率分別為42.63%、43.72%，無(wú)顯著差異(P＞0.05)；當(dāng)光照強(qiáng)度為8000和10000 lx時(shí)，水綿能有效地去除TP，當(dāng)去除率大于90%時(shí)，去除速率分別為0.03、0.04 mg/(L·d). 結(jié)節(jié)鞘藻和轉(zhuǎn)板藻在光照強(qiáng)度為2000、6000、8000和10000 lx時(shí)均能有效地去除TP，當(dāng)去除率大于90%時(shí)，去除速率分別為0.03、0.03、0.06、0.04和0.04、0.04、0.11、0.06 mg/(L·d). 光照強(qiáng)度為2000 lx時(shí)，絲藻對(duì)TP的去除效果也較低，去除率為55.78%；當(dāng)光照強(qiáng)度為6000、8000和10000 lx時(shí)，絲藻能有效去除TP，當(dāng)去除率大于90%時(shí)，去除速率分別為0.04、0.06、0.04 mg/(L·d).

圖4 光照強(qiáng)度對(duì)絲狀藻去除水中TP濃度的影響Fig.4 Effect of light intensity on TP removal from reclaimed water by filamentous algae

2.2 光照強(qiáng)度對(duì)絲狀藻生長(zhǎng)的影響

2.2.1 光照強(qiáng)度對(duì)絲狀藻生物量的影響

4種絲狀藻生物質(zhì)產(chǎn)量如圖5所示. 由圖5可見(jiàn)，黑暗條件下4種絲狀藻生物質(zhì)產(chǎn)量變化趨勢(shì)一致，均為0～4 d升高，然后緩慢降低. 對(duì)于水綿，隨光照強(qiáng)度的增加，其生物質(zhì)產(chǎn)量先升后降. 當(dāng)光照強(qiáng)度為8000 lx時(shí)，水綿生物質(zhì)產(chǎn)量最高，為0.71 g/L；當(dāng)光照強(qiáng)度為2000、6000 lx時(shí)，水綿生物質(zhì)產(chǎn)量均較低，均為0.016 g/L；當(dāng)光照強(qiáng)度進(jìn)一步提至10000 lx時(shí)，水綿生物質(zhì)產(chǎn)量降至0.52 mg/L. 同樣，對(duì)于結(jié)節(jié)鞘藻和絲藻，當(dāng)光照強(qiáng)度為8000 lx時(shí)，其生物質(zhì)產(chǎn)量均最高，第16天，其生物質(zhì)產(chǎn)量分別為1.02 和1.03 g/L；當(dāng)光照強(qiáng)度為10000、6000、2000 lx時(shí)，第16天，其生物質(zhì)產(chǎn)量分別為0.06、0.43、0.32 g/L和0.86、0.64、0.17 g/L. 此外，當(dāng)光照強(qiáng)度為8000 lx時(shí)，絲藻生物質(zhì)產(chǎn)量在第12天達(dá)到最大，然后降低. 對(duì)于轉(zhuǎn)板藻，其生物質(zhì)產(chǎn)量隨光照強(qiáng)度的增加而增加，分別為0.48、0.54、0.84、0.88 g/L.

圖5 光照強(qiáng)度對(duì)絲狀藻生物質(zhì)產(chǎn)量(以干質(zhì)量計(jì))的影響Fig.5 Effects of light intensity on biomass production (DW) of filamentous algae

2.2.2 光照強(qiáng)度對(duì)絲狀藻細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)和脂質(zhì)含量的影響

不同光照強(qiáng)度下絲狀藻細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的含量如圖6所示. 當(dāng)光照強(qiáng)度為8000 lx時(shí)，4種絲狀藻細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)含量最高，分別為23.52%、44.36%、43.76%、39.65%；當(dāng)光照強(qiáng)度為6000 lx時(shí)，4種絲狀藻細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)含量最低，分別為14.21%、14.72%、20.56%、16.00%. 當(dāng)光照強(qiáng)度為8000 lx時(shí)，水綿、結(jié)節(jié)鞘藻和絲藻細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)含量最高，分別為22.62%、23.66%、15.07%、17.49%，其他光照強(qiáng)度下這3種絲狀藻細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)含量隨著光照強(qiáng)度的增加而降低.

圖6 光照強(qiáng)度對(duì)絲狀藻蛋白質(zhì)和脂質(zhì)含量的影響Fig.6 Effects of light intensity on protein and lipid contents of filamentous algae

2.2.3 光照強(qiáng)度對(duì)絲狀藻吸收N、P的量的影響

不同光照強(qiáng)度條件下，絲狀藻吸收的N、P量及其占比如表1所示. 隨光照強(qiáng)度的上升，4種絲狀藻吸收N的量及其占比先升高后降低，在光照強(qiáng)度為8000 lx時(shí)最高，此時(shí)水綿、結(jié)節(jié)鞘藻、絲藻和轉(zhuǎn)板藻吸收N量的占比最高，分別為51.48%、44.72%、55.75%、46.67%. 藻類吸收的P量及其占比與水中P的減少量呈正相關(guān)，當(dāng)光照強(qiáng)度為2000和6000 lx時(shí)，水綿、結(jié)節(jié)鞘藻對(duì)P吸收量的占比均較低，其他試驗(yàn)組中絲狀藻吸收P量的占比均大于50%.

表1 絲狀藻吸收的N、P量及其占比Table 1 N and P absorption of filamentous algae and its proportion

3 討論

光照強(qiáng)度是影響藻類光合作用及生長(zhǎng)的重要因素，與藻類對(duì)N、P等的去除直接相關(guān)，并且當(dāng)光照強(qiáng)度過(guò)高時(shí)會(huì)對(duì)藻類生長(zhǎng)產(chǎn)生光抑制[20]. 該研究表明，隨光照強(qiáng)度升高，水綿、結(jié)節(jié)鞘藻和絲藻的生物質(zhì)產(chǎn)量及NH4+-N去除率逐漸升高，并在8000 lx時(shí)達(dá)到最大值，但隨光照強(qiáng)度進(jìn)一步升至10000 lx時(shí)，其生物質(zhì)產(chǎn)量和NH4+-N去除率均降低，這說(shuō)明3種絲狀藻的光飽和度為8000 lx，而在10000 lx時(shí)產(chǎn)生了光抑制，但轉(zhuǎn)板藻在10000 lx時(shí)未發(fā)現(xiàn)光抑制現(xiàn)象，說(shuō)明轉(zhuǎn)板藻的光飽和強(qiáng)度大于8000 lx.

4種絲狀藻對(duì)TN的去除效果從高到低依次為轉(zhuǎn)板藻、結(jié)節(jié)鞘藻、絲藻、水綿. 除轉(zhuǎn)板藻外，其他3種絲狀藻處理后的再生水中仍殘留較高濃度的TN，并以為主，這是因?yàn)樵孱惞夂献饔每芍苯油谕靶枰诩?xì)胞質(zhì)中還原為然后在葉綠體中進(jìn)一步還原為因此是藻類光合作用吸收的優(yōu)先氮源[21]. 這也導(dǎo)致的去除與藻類生物質(zhì)產(chǎn)量相關(guān)，低光照強(qiáng)度時(shí)，水綿(2000、6000 lx)和絲藻(2000 lx)較低的生物質(zhì)產(chǎn)量導(dǎo)致的去除率較低. 此外，甚至?xí)种圃孱悓?duì)的吸收，Yin等[22]研究發(fā)現(xiàn)，弱光條件下對(duì)硅藻吸收的抑制效應(yīng)更強(qiáng). 然而在該研究中，當(dāng)光照強(qiáng)度為6000 lx時(shí)，4種絲狀藻對(duì)的去除效果均最好，說(shuō)明在高光照強(qiáng)度時(shí)對(duì)絲狀藻吸收的抑制作用更強(qiáng). 當(dāng)光照強(qiáng)度為2000和6000 lx時(shí)，水中濃度的變化趨勢(shì)與黑暗組相似，說(shuō)明0～4 d水中濃度的變化并不完全是藻類光合作用導(dǎo)致的，還包括細(xì)菌的硝化/反硝化作用[18]，在此過(guò)程中微藻光合作用產(chǎn)生的氧氣可被細(xì)菌用于有機(jī)物的氧化，而細(xì)菌產(chǎn)生二氧化碳可被微藻利用而產(chǎn)生氧氣[23].從表1可以看出，藻類吸收N的量?jī)H占整個(gè)體系的7.17%～66.47%. 水綿和鞘藻是兩種已被用于深度處理再生水的絲狀藻，Neveux等[24]研究發(fā)現(xiàn)，鞘藻對(duì)TN的去除率為61%，與該研究結(jié)果基本一致. 但Ge等[25]通過(guò)水綿深度處理污水處理廠二級(jí)出水，發(fā)現(xiàn)其對(duì)TN的去除率達(dá)82.2%，高于該研究結(jié)果，這是由于該試驗(yàn)所配再生水中磷含量較低，N/P為66.43，磷含量過(guò)低限制了藻類在再生水中的生長(zhǎng)及其對(duì)N的吸收. 與水綿和結(jié)節(jié)鞘藻相比，絲藻與轉(zhuǎn)板藻是兩種尚未在其他研究中被用于污水處理的藻屬，且轉(zhuǎn)板藻對(duì)TN的去除效果優(yōu)于其他3種絲狀藻，而絲藻的去除效果優(yōu)于水綿，低于結(jié)節(jié)鞘藻，因此轉(zhuǎn)板藻更適合用于深度去除再生水中的N.

絲狀藻能有效去除再生水中的P. 藻類對(duì)P的吸收與藻類生物質(zhì)產(chǎn)量有關(guān)[26]，與NH4+-N濃度的變化規(guī)律相似，低光照強(qiáng)度下水綿(2000、6000 lx)和絲藻(2000 lx)對(duì)TP的去除率均較低，且在試驗(yàn)后期藻類死亡導(dǎo)致再生水中的TP濃度增加. 飽和光照強(qiáng)度時(shí)，雖然絲狀藻對(duì)TP的去除率未顯著高于其他光照組，但提高了絲狀藻對(duì)TP的去除速率. 0～4 d，再生水中TP的去除速率最高，這是因?yàn)樵孱悓?duì)P的吸收存在奢侈吸收現(xiàn)象[20]，即藻類會(huì)在前期過(guò)量吸收P并以多聚磷酸鹽的形式儲(chǔ)存于細(xì)胞體內(nèi)，用于保證當(dāng)外界P不足時(shí)藻類的正常生長(zhǎng)發(fā)育，因此當(dāng)水中TP濃度降至不變后，藻類仍能進(jìn)行生物質(zhì)生產(chǎn). 對(duì)于低光照強(qiáng)度時(shí)，水綿和絲藻試驗(yàn)組在4～8 d觀察到再生水中TP濃度升高，這可能是部分P的不穩(wěn)定吸附作用所導(dǎo)致的[12]. 當(dāng)光照強(qiáng)度較低時(shí)，水綿、絲藻前期生長(zhǎng)緩慢，出現(xiàn)P釋放現(xiàn)象；而結(jié)節(jié)鞘藻、轉(zhuǎn)板藻及高光照強(qiáng)度下的水綿、絲藻生物質(zhì)產(chǎn)量在試驗(yàn)前期迅速升高，所以未出現(xiàn)P釋放. 從表1也可以看出，在光照強(qiáng)度為2000和6000 lx時(shí)，水綿、結(jié)節(jié)鞘藻對(duì)P的吸收占比較低，其他試驗(yàn)組中絲狀藻吸收P的占比均大于50%，因此藻類吸收是再生水中P的主要去除途徑. 與微藻相比[9]，絲狀藻體積的增大并不影響其對(duì)P的去除，除水綿和絲藻在低光照強(qiáng)度下對(duì)TP的去除率較低外，其他條件下4種絲狀藻均能有效去除再生水中的P，去除率均在90%以上，水中P濃度可降至0.1 mg/L，達(dá)到我國(guó)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).

再生水中培養(yǎng)的絲狀藻細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)含量高于脂質(zhì)含量. 藻類會(huì)將同化后70%～90%的N進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)[27]. 當(dāng)光照強(qiáng)度為8000 lx時(shí)，4種絲狀藻內(nèi)蛋白質(zhì)含量最高，此時(shí)藻類吸收更多的N，導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量也隨之升高. 盡管水綿已被用于處理各種污水[28-29]，但該研究發(fā)現(xiàn)，水綿對(duì)再生水中的TN去除率、TP去除率、生物質(zhì)產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量均低于其他3種絲狀藻. 當(dāng)光照強(qiáng)度為8000 lx時(shí)，結(jié)節(jié)鞘藻、絲藻和轉(zhuǎn)板藻細(xì)胞體內(nèi)蛋白質(zhì)含量均大于40%，遠(yuǎn)高于已有研究中的絲狀藻，如Cole等[30]在ATS污水處理系統(tǒng)中所培養(yǎng)的絲狀藻蛋白質(zhì)含量?jī)H為18%；張婷[31]研究了4種不同橘色藻科絲狀藻中的蛋白質(zhì)含量，結(jié)果表示，蛋白質(zhì)含量為7.48%～10.40%. 當(dāng)藻類處于最佳光照強(qiáng)度時(shí)，葉綠體中光和系統(tǒng)PSⅡ中的捕光色素蛋白復(fù)合物對(duì)光能的吸收最大[32]，促進(jìn)細(xì)胞體內(nèi)有機(jī)物的合成，因此當(dāng)光照強(qiáng)度為8000 lx時(shí)，水綿、結(jié)節(jié)鞘藻、絲藻內(nèi)脂質(zhì)含量最高，而其他條件下，隨光照強(qiáng)度的增加，藻細(xì)胞體內(nèi)脂質(zhì)含量降低. 這與已有研究結(jié)果相似，如薛瑞萍等[33]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光照強(qiáng)度為60 μmol/(m2·s)時(shí)，硅藻細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)含量最高，而其他光照條件下，脂質(zhì)含量隨光照強(qiáng)度的升高而降低，這可能是因?yàn)榈凸庹諒?qiáng)度下更有利于不飽和脂肪酸(PUFA)的積累[34-35]. 與其他用于產(chǎn)油的絲狀藻相比[19]，4種于再生水中培養(yǎng)的絲狀藻脂質(zhì)含量(9.43%～23.66%)較低，這是再生水中低C/N所導(dǎo)致的. Sun等[36]認(rèn)為，當(dāng)COD/TN低于8時(shí)，對(duì)于藻類而言為低C/N水體，而C骨架不足導(dǎo)致了藻細(xì)胞體內(nèi)的脂質(zhì)含量較低. 因此使用絲狀藻去除再生水中的N、P并將其轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的資源化利用潛力更高.

4 結(jié)論

a) 除水綿、絲藻在低光照強(qiáng)度時(shí)TP的去除率較低外，其他試驗(yàn)組均能有效地去除再生水中的TP，因此絲狀藻對(duì)再生水的脫氮除磷能力更多取決于其對(duì)TN的去除能力，從高到低依次為轉(zhuǎn)板藻、結(jié)節(jié)鞘藻、絲藻、水綿.

b) 水綿、結(jié)節(jié)鞘藻和絲藻的生物質(zhì)產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量和脂質(zhì)含量均在光照強(qiáng)度為8000 lx時(shí)達(dá)到最高，表明其光飽和強(qiáng)度均為8000 lx；轉(zhuǎn)板藻在光照強(qiáng)度為10000 lx時(shí)生物質(zhì)產(chǎn)量最高，但此時(shí)其蛋白質(zhì)和脂質(zhì)含量卻低于光照強(qiáng)度為8000 lx時(shí)，表明轉(zhuǎn)板藻的光飽和強(qiáng)度在8000～10000 lx之間.

c) 再生水中培養(yǎng)的絲狀藻，其體內(nèi)蛋白質(zhì)含量高于脂質(zhì)含量，因此利用絲狀藻去除再生水中的N、P并將其轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的資源化利用前景更好.