混合营养模式下利用斜生栅藻同步去除养分和重金属

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目前,微藻用于废水中的研究通常是自养条件下对N、P和重金属的去除。畜禽养殖废水中不仅含有微藻生长所需要的N、P营养物质,还含有大量的COD和重金属。因此,有必要研究混合营养模式下重金属存在对养分(C、N、P)去除的影响及微藻对重金属的生物修复能力。本文用人工废水驯化斜生栅藻,研究了其在不同浓度废水中的生长情况及N、P去除率的差异,考察了在混合营养模式下,Cr、Cd胁迫对斜生栅藻生物量、叶绿素含量和养分去除的影响,探究了斜生栅藻对不同初始浓度Cr、Cd的去除和胞内积累,根据红外谱图解析了藻细胞表面参与吸附Cr、Cd的官能团,并分析了EC50胁迫下斜生栅藻的MDA含量和SOD活性的变化及EPS三维荧光光谱图,得出以下结论:(1)在混合营养模式下,斜生栅藻的生物量及N、P去除率受COD浓度的影响。一定浓度范围内,COD浓度越高,获得的最终生物量越多,N、P去除率越高。(2)Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)对斜生栅藻的毒害作用与其初始浓度及微藻的暴露时间有关。初始浓度越高,暴露时间越长,抑制作用越强。Cr(Ⅲ)对斜生栅藻生长的抑制发生在48 h后;当Cr(VI)浓度较低(0.5 mg/L),且暴露时间较短(≤36 h)时,斜生栅藻的生长几乎不受影响,且叶绿素含量升高。96 h时,Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)对斜生栅藻生物量的抑制率高达23.2%、76.3%和60.0%。(3)重金属胁迫抑制斜生栅藻生长从而抑制养分去除,且对N、P的去除影响较大,对COD的影响较小。96 h时,Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)作用下,COD的去除率分别是92.2%~92.6%、70.4%~97.7%和86.4%~94.0%。6.0 mg/L Cr(Ⅲ)、4.0 mg/L Cr(Ⅵ)和4.0 mg/L Cd(Ⅱ)作用下,NH4+-N去除率变化分别下降了11.0%、48.0%和17.3%,TP去除率变化分别为下降了22.6%、升高了38.6%和升高了24.8%。(4)斜生栅藻具有修复废水中低浓度Cr、Cd的潜力。实验浓度范围内,Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的去除率分别为73.5%~86.4%、43.0%~100.0%和48.4%~82.3%,胞内积累量分别为0.9~3.0 mg/g、0.9~3.8 mg/g和0.2~1.2 mg/g。(5)斜生栅藻具有解毒机制。藻细胞表面的羟基、氨基和羧基等官能团有利于吸附Cr、Cd,氨基和羟基还可作为电子供体用于Cr(Ⅵ)的还原。此外,Cr、Cd胁迫下藻细胞内抗氧化活性酶(SOD)活性升高,保护机体免受氧化损伤,Cr(Ⅵ)胁迫下EPS中类酪氨酸物质增加,也有助于降低其对藻细胞的毒性。
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