李大偉¹，孟范平¹，崔鴻武^1，2

（1.中國海洋大學(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266100；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，山東青島266071）

　　摘要：將1株產(chǎn)油淡水微藻——微擬球藻（Nannochloropsis sp.MASCC11）分別接種到青島市2家市政污水處理廠（STP）的尾水中，根據(jù)其生長、油脂產(chǎn)率和營養(yǎng)鹽去除情況，評價(jià)了利用STP尾水培養(yǎng)微藻以生產(chǎn)富油的藻生物質(zhì)同時(shí)深度凈化尾水的可行性。結(jié)果表明，團(tuán)島污水處理廠（TD-STP）和李村河污水處理廠（LC-STP）尾水中無機(jī)氮和磷酸鹽的濃度雖然遠(yuǎn)低于BG11培養(yǎng)基，但仍能支持微藻生長，而且以未經(jīng)稀釋的尾水更具優(yōu)勢，培養(yǎng)8d后，藻生物量分別達(dá)到BG11培養(yǎng)基中生長微藻的65.23%和44.77%。STP尾水經(jīng)稀釋后處于營養(yǎng)鹽缺乏狀態(tài)，有利于藻細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)積累，但是油脂產(chǎn)率最大值（10.5mg·L^-1·d-1）仍出現(xiàn)在未經(jīng)稀釋的TD-STP尾水中，為未稀釋LC-STP尾水的1.37倍。LC-STP尾水中微藻的油脂產(chǎn)率較低，可能與該處理廠接納工業(yè)廢水而在尾水中殘留較多有害物質(zhì)有關(guān)。在微藻的直接和間接作用下，TD-STP和LC-STP尾水中磷酸鹽的去除率分別達(dá)到94.5%和100%；無機(jī)氮的去除率較低（分別為59.2%和45.4%），與尾水中初始N/P較高有關(guān)。上述結(jié)果表明，與接納工業(yè)廢水的污水廠相比，處理生活污水的污水廠所排尾水較適于培養(yǎng)產(chǎn)油微藻，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)油微藻低耗培養(yǎng)與尾水深度凈化相耦合。

　　目前，中國城鎮(zhèn)污水處理廠（STPs）采用的二級處理工藝大多能使廢水中污染物濃度降至《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918—2002）》[1]規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值以下。但是，由于出水排放量較大，隨之外排的營養(yǎng)鹽（N和P）數(shù)量依然較大。假定所有二級處理的出水水質(zhì)均達(dá)到GB18918—2002[1]的一級A標(biāo)準(zhǔn)（總氮T-N15mg·L^-1、氨氮NH₄⁺-N5或8mg·L^-1、總磷T-P1mg·L^-1），按2015年全國城鎮(zhèn)污水處理廠處理的污水總量為428億m³計(jì)[2]，那么每年向外部水環(huán)境排放的T-N為642000t、氨氮為214000或342400t、T-P為42800t。這些氮磷營養(yǎng)鹽排入江河湖海后，會(huì)刺激浮游植物生長，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。此外，氨氮即使在低濃度時(shí)也會(huì)對魚類和水生生物產(chǎn)生毒性[3]。因此，如何在現(xiàn)有二級處理工藝基礎(chǔ)上進(jìn)一步削減氮磷營養(yǎng)鹽的外排量非常必要。但是，以營養(yǎng)鹽為目標(biāo)的深度處理技術(shù)存在以下問題[3]：操作成本高，需要技術(shù)熟練的人員；采用好氧生物過程時(shí)需要曝氣，從而增加能耗；采用化學(xué)處理過程則需要使用大量化學(xué)物質(zhì)，而且會(huì)生成大量污泥。因此，必須尋找一種簡單、有效和可持續(xù)的方法以達(dá)到深度脫氮除磷的效果。

　　微藻是一類單細(xì)胞光合自養(yǎng)生物，具有生長速度快、油脂含量高的優(yōu)點(diǎn)，能夠通過光合作用吸收利用氮磷營養(yǎng)鹽和無機(jī)碳，并轉(zhuǎn)化為糖類、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，而其中的脂質(zhì)又可作為生產(chǎn)生物柴油的原料，因此，藻基生物柴油被認(rèn)為是生物能源中最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N新型能源[4]。但是，傳統(tǒng)的微藻培養(yǎng)方式需要消耗大量的氮磷營養(yǎng)鹽。有研究估計(jì)[5-6]，在藻基生物柴油的生產(chǎn)過程（微藻養(yǎng)殖→收獲→油脂提取→轉(zhuǎn)酯化）中，微藻養(yǎng)殖成本約占生物柴油總生產(chǎn)成本的70%，其中40%來自養(yǎng)殖過程中對水和養(yǎng)分的消耗。過高的生產(chǎn)成本已成為制約藻基生物柴油商業(yè)化生產(chǎn)的主要瓶頸[7]。有報(bào)道認(rèn)為，只有當(dāng)?shù)谌锊裼停丛寤锊裼停┑纳a(chǎn)成本降低10倍，才能在價(jià)格上與原油競爭[8]。因此，利用廉價(jià)的水資源和營養(yǎng)物質(zhì)培育微藻，成為促進(jìn)微藻生物能源技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的最直接、最有效的途徑。從理論上講，將污水處理廠的尾水深度凈化與微藻培養(yǎng)相結(jié)合，不僅可以進(jìn)一步去除尾水中的營養(yǎng)物質(zhì)，而且還能利用這些營養(yǎng)物質(zhì)生產(chǎn)藻生物質(zhì)進(jìn)而用于制備生物柴油，大大降低藻基生物柴油的生產(chǎn)成本，因而是一種環(huán)境效益顯著、可持續(xù)性強(qiáng)的發(fā)展理念。在將這種理念成功應(yīng)用之前，尚需解決以下問題：來自不同STPs的尾水是否均適于微藻培養(yǎng)、將尾水稀釋后能否促進(jìn)微藻油脂積累、利用尾水培養(yǎng)微藻時(shí)氮磷營養(yǎng)鹽的濃度能被削減到何種程度。

　　微擬球藻屬（Nannochloropsis）在分類學(xué)上屬于真眼點(diǎn)藻綱（Eustigmatophyceae），該屬微藻不僅生長速度快、光合效率高，而且油脂含量高，因而被認(rèn)為是一類富油的模式微藻[9]。目前，國外已建立了基于微擬球藻的多種封閉式光生物反應(yīng)器和室外開放池培養(yǎng)體系[10-11]。該屬已定種的微藻（N.gaditana，N.sali-na，N.granulata，N.oceanica和N.oculata）均為海洋微藻[12]?？紤]到污水處理廠所排尾水的鹽度較低，較適于淡水微藻培養(yǎng)。本研究將1種淡水微擬球藻（Nannochloropsissp.MASCC11）引入青島市2家STPs的尾水中進(jìn)行培養(yǎng)，根據(jù)培養(yǎng)期間的微藻生長速率、油脂產(chǎn)率等相關(guān)指標(biāo)回答上述問題，為實(shí)現(xiàn)微藻的高效低耗培養(yǎng)提供理論依據(jù)。

　　1材料與方法

　　1.1試驗(yàn)材料

　　1.1.1試驗(yàn)藻種 淡水微擬球藻（Nannochloropsis sp.MASCC11）由中國科學(xué)院青島海洋研究所提供。其細(xì)胞為圓形或橢圓形。試驗(yàn)前將微藻接種到BG11培養(yǎng)基中[13]，在溫度（25±1）℃、光強(qiáng)60μmol photons·（㎡·s）-1、光暗周期24h：0h條件下預(yù)培養(yǎng)至指數(shù)生長期，備用。

　　1.1.2試驗(yàn)尾水 取自青島市的團(tuán)島污水處理廠（TD-STP）和李村河污水處理廠（LC-STP）。試驗(yàn)前一天，分別于1：00、7：00、13：00、19：00采集每座污水處理廠的二沉池出水，按等體積比混合后，沉淀24h，于121℃高壓滅菌20min后備用。尾水的水質(zhì)（見表1）符合GB18918—2002[1]的一級A標(biāo)準(zhǔn)（pH=6~9；CODCr50mg·L^-1；T-N15mg·L^-1；T-P0.5mg·L^-1）。

　　1.1.3儀器 TU-1810型紫外可見分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限公司）；血球計(jì)數(shù)板（Nikon公司）；YS2-H型光學(xué)顯微鏡（日本尼康公司）；JY92-II型超聲波細(xì)胞粉碎儀（寧波新芝生物科技有限公司）；PGX-250D型智能光照培養(yǎng)箱（江蘇艾利森儀器制造有限公司）；7670530型真空冷凍干燥儀（美國Labconco公司）；YXQ-LS-50S型高壓蒸汽滅菌鍋（上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療器械廠）。

　　1.2 STPs尾水培養(yǎng)微藻

　　用自來水將尾水稀釋，稀釋比（EDR=V尾水/V尾水+自來水）分別為20%、40%、60%、80%和100%，滅菌后用于微藻培養(yǎng)。將15只1000mL錐形瓶分為5組，每組的瓶中各加入一種EDR的稀釋尾水400mL，接種指數(shù)生長期的微藻（初始藻細(xì)胞密度約1.3×10⁶cells·mL^-1）。將所有錐形瓶置于智能光照培養(yǎng)箱的搖床（150r/m）中，連續(xù)培養(yǎng)8d（基本到達(dá)平臺(tái)期），培養(yǎng)條件同1.1.1節(jié)。培養(yǎng)期間，每天測定藻細(xì)胞密度，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)測定藻生物量和油脂含量。培養(yǎng)前、后，分別測定各處理組的無機(jī)氮、磷酸鹽濃度。

　　1.3生物學(xué)指標(biāo)測定

　　1.4化學(xué)指標(biāo)測定

　　無機(jī)氮：分別采用納氏試劑分光光度法[16]、紫外分光光度法[17]、萘乙二胺分光光度法[18]測定氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮的濃度，三者之和為無機(jī)氮濃度。

　　磷酸鹽：樣品不進(jìn)行消解，直接采用鉬酸銨分光光度法[19]測定。

　　1.5營養(yǎng)鹽的去除量（△C）和去除率（η）

　　1.6數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

　　各指標(biāo)測定的結(jié)果均以3次重復(fù)測定值的“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”（mean±SD）表示。使用Origin9.0繪圖。使用SPSS17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。采用雙變量Pear-son相關(guān)性分析，探究藻生物量、總脂含量與營養(yǎng)鹽初始濃度、去除量之間的關(guān)系，統(tǒng)計(jì)顯著性水平為P<0.05和P<0.01。

　　2結(jié)果

　　2.1淡水微擬球藻在不同EDR尾水中的生長和生物量

　　由圖1可見，淡水微擬球藻在兩家STP的尾水中均可生長，各處理組的藻細(xì)胞密度隨時(shí)間延長不斷增加，未出現(xiàn)延滯期，但是變化幅度因尾水來源和EDR的不同而異：在TD-STP尾水的5個(gè)處理組中（見圖1（a）），微藻生長較快，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)的藻細(xì)胞密度在（475.9~598.6）×10⁴cells·mL^-1之間，比生長速率（r）總體上隨著稀釋程度的增大（即EDR減小）而降低，最大值（0.191d^-1）出現(xiàn)在EDR100%（即未經(jīng)稀釋的尾水）處理組中（見表2）。在LC-STP尾水的5個(gè)處理組中，微藻生長較慢，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)的藻細(xì)胞密度在（323.2~488.5）×10⁴cells·mL^-1之間，只有EDR100%處理組的r值（0.165d-1）較大，為TD-STP尾水相應(yīng)EDR處理組的86.4%，隨著EDR減小，r值總體上呈降低態(tài)勢（P<0.05）（見圖1（b）和表2）。

　　根據(jù)圖2，在5種EDR的TD-STP尾水中培養(yǎng)8d后，淡水微擬球藻的生物量在0.161~0.287g·L^-1之間，最大值仍出現(xiàn)在EDR100%處理組中，顯著高于其它EDR處理組（P<0.05）。同樣，在LC-STP尾水培養(yǎng)體系中，EDR100%處理組的藻生物量最大（0.197g·L^-1），而且顯著大于其它處理組。當(dāng)EDR相等時(shí)，LC-STP尾水處理組的藻生物量總是低于TD-STP尾水處理組，差值在0.041~0.103g·L^-1之間。

　　2.2不同EDR尾水中淡水微擬球藻的油脂合成

　　由表3可見，TD-STP尾水培養(yǎng)的微藻中，油脂含量總體上隨著EDR的增大而降低，最低值（29.30%）出現(xiàn)在EDR100%處理組，最高值出現(xiàn)在EDR20%處理組（41.35%）。LC-STP尾水各處理組的微藻油脂含量之間無顯著差異（P>0.05）。但是，從微藻的油脂產(chǎn)率看，最大值均出現(xiàn)在2種尾水的EDR100%處理組中，且TD-STP尾水中的油脂產(chǎn)率（10.50mg·L^-1·d^-1）為LC-STP尾水的1.37倍。

　　2.3淡水微擬球藻對不同EDR尾水中無機(jī)氮和磷酸鹽的去除

　　圖3顯示了微藻接種于各尾水處理組中培養(yǎng)8d后的無機(jī)氮剩余濃度和去除量。從圖中可見，無機(jī)氮去除量總體上隨EDR的增大而增多，其去除率在TD-STP尾水中基本保持在60%左右，而LC-STP尾水EDR較小的處理組中無機(jī)氮去除率較高（66.7%~70.1%），在EDR較大的處理組中則明顯偏低（35.8%~45.4%）。

　　根據(jù)圖4，培養(yǎng)8d后，LC-STP尾水各處理組的無機(jī)磷均未檢出（即：去除率均達(dá)到100%）；TD-STP尾水各處理組的無機(jī)磷去除率均高于80%，在EDR80%處理組中甚至達(dá)到99.4%。

　　2.4尾水中營養(yǎng)鹽初始濃度、去除量與藻生物量、油脂合成的關(guān)系

　　根據(jù)上述結(jié)果進(jìn)行的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)（見表4），每種尾水中無機(jī)氮、磷的初始濃度均與藻生物量呈顯著正相關(guān)（P<0.01或P<0.05），而與微藻油脂含量呈負(fù)相關(guān)（在TD-STP尾水中達(dá)到顯著水平，P<0.01）。同樣，無機(jī)氮、磷的去除量與藻生物量、油脂含量之間也存在類似相關(guān)性。與LC-STP尾水相比，TD-STP尾水中氮磷指標(biāo)與生物學(xué)指標(biāo)之間具有較好的相關(guān)性。

　　3討論

　　3.1STP尾水可以替代傳統(tǒng)培養(yǎng)基用于淡水微擬球藻培養(yǎng)

　　氮和磷均為微藻生長的必需營養(yǎng)物質(zhì)[20]，相應(yīng)的，配制微藻培養(yǎng)基（BG11[13]、BBM[21]等）時(shí)，必須加入氮鹽（多為硝酸鹽）和磷鹽（多為磷酸氫鹽）。例如，在BG11培養(yǎng)基中，NO₃^--N的濃度為247.1mg·L^-1，PO₄^3--P的濃度為9.2mg·L^-1，二者的比值（N/P）為26.9。根據(jù)之前的研究[22]，將該微藻（初始密度為1.5×10⁶cells·mL^-1，與本研究的1.3×10⁶cells·mL^-1十分接近）接種于BG11培養(yǎng)基中，在同樣的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)10d，測得生物量為0.44g·L^-1，r值為0.27d^-1。

　　本研究所用的STP尾水中氮磷營養(yǎng)鹽濃度（TD-STP尾水含無機(jī)氮13.83mg·L^-1、PO₄^3--P0.122mg·L^-1；LC-STP尾水中二者濃度分別為9.27和0.034mg·L^-1，大大低于BG11培養(yǎng)基（相差1~2個(gè)數(shù)量級）。即便如此，淡水微擬球藻仍可在2種尾水中生長（見圖1），而且在未經(jīng)稀釋的尾水（EDR=100%）中生長較快，培養(yǎng)8d后的生物量分別達(dá)到上述BG11培養(yǎng)基中藻生物量[22]的65.23%和44.77%，r值分別為70.74%和61.11%。換言之，這些STP尾水可以替代傳統(tǒng)培養(yǎng)基用于微藻培養(yǎng)。

　　微藻在LC-STP尾水中生長較慢（見圖1、2和表2），原因有兩個(gè)：①該尾水中無機(jī)氮、磷酸鹽的初始濃度較低，而這兩種營養(yǎng)鹽的初始濃度均與藻生物量呈顯著正相關(guān)（見表4）。特別是，該尾水中濃度過低的磷酸鹽（僅約為TD-STP尾水的1/4）在培養(yǎng)期間會(huì)很快被微藻吸收而耗盡。這從圖4可清晰看到：培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，各EDR處理組中的磷酸鹽均未被檢出，而TD-STP尾水各EDR處理組中尚殘存少量磷酸鹽。由此推測，LC-STP尾水中磷酸鹽在培養(yǎng)結(jié)束前已不存在，使微藻處于磷饑餓狀態(tài)。已有研究證明[23]，與氮饑餓相比，磷饑餓對微藻生長的抑制作用更大。這是因?yàn)椋撞粌H參與碳水化合物在藻細(xì)胞內(nèi)不同細(xì)胞器之間的轉(zhuǎn)運(yùn)，更重要的是直接參與能量（如ATP）的代謝。②兩家STP所接納處理的廢水種類不同。據(jù)調(diào)查，TD-STP主要處理生活污水，而LC-STP主要處理工業(yè)廢水。雖然兩廠均采用二級處理工藝，但是尾水中有害物質(zhì)的殘余濃度可能存在很大差異。眾所周知，與生活污水相比，工業(yè)廢水中一般含有較多的重金屬和難降解有機(jī)污染物。我國現(xiàn)行的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）[1]中的基本控制項(xiàng)目并未包括重金屬和有機(jī)污染物指標(biāo)，而大多數(shù)集中式污水處理廠在設(shè)計(jì)污水處理工藝時(shí)也未將重金屬作為進(jìn)出水的水質(zhì)指標(biāo)[24]。這就使得以處理工業(yè)廢水為主的STP尾水中有毒物質(zhì)濃度較高。有關(guān)重金屬、有機(jī)污染物對微藻生長的不利影響已有很多報(bào)道[25]，例如，Cd²⁺能抑制葉綠素合成、引起藻細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）積累進(jìn)而造成細(xì)胞氧化損傷等。再如，前期研究發(fā)現(xiàn)[26]，當(dāng)STP尾水中紅霉素（一種抗生素）濃度達(dá)到100μg·L^-1時(shí)，斜生柵藻（Tetradesmus obliquus）的生長會(huì)受到明顯抑制。因此，微藻在LC-STP尾水中生長緩慢和生物量較低，可能是磷饑餓和有毒物質(zhì)共同作用的結(jié)果。今后的研究應(yīng)加強(qiáng)2種尾水中有毒物質(zhì)種類、濃度的比較，以確定影響微藻油脂合成的污染因子。

　　3.2STP尾水的來源及其稀釋比對淡水微擬球藻油脂合成影響很大

　　對于TD-STP尾水，EDR較低（20%、40%）的處理組中微藻的油脂含量較高。這主要是因?yàn)?，較大程度的稀釋造成尾水中營養(yǎng)鹽初始濃度降低。表4的結(jié)果支持這種判斷：該尾水的初始氮、磷濃度均與微藻的油脂含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）。很多研究已證實(shí)[23，27-28]，氮、磷缺乏造成的脅迫會(huì)促進(jìn)藻細(xì)胞中的脂質(zhì)積累。而且氮、磷的缺乏程度越大，微藻越容易積累油脂[27]，嚴(yán)重逆境脅迫下微藻將以脂質(zhì)（而非淀粉）作為主要儲(chǔ)能物質(zhì)，這有利于抵御外界環(huán)境變化，實(shí)現(xiàn)機(jī)體自我保護(hù)[22]。但是，在LC-STP尾水的各處理組中，這種負(fù)相關(guān)性并不顯著（即：油脂含量并未隨著EDR降低而明顯增加）。這是因?yàn)?，雖然LC-STP尾水中初始濃度較低的營養(yǎng)鹽有利于油脂積累，但是尾水中較多的有害物質(zhì)（見3.1節(jié)的分析）可能會(huì)抑制油脂合成。有研究指出[25]，某些重金屬在中、低濃度時(shí)能夠促進(jìn)微藻合成油脂，而過高濃度的重金屬反而抑制油脂合成。例如，楊金水等[25]報(bào)道，將產(chǎn)油微藻（Auxenochlorella protothecoides UTEX 2341）在含Cd²⁺的IM培養(yǎng)基中培養(yǎng)7d，當(dāng)Cd²⁺濃度在0.6~3mmol/L（即0.067~0.336mg·L^-1）的范圍內(nèi)時(shí)，微藻的油脂產(chǎn)量隨Cd2+濃度增大逐漸增加，但是當(dāng)Cd²⁺濃度繼續(xù)增大時(shí)，油脂產(chǎn)量顯著降低。至于LC-STP尾水中哪些有毒物質(zhì)能夠抑制微藻中油脂的合成，則需要通過全面的水質(zhì)監(jiān)測確定濃度較高的有毒成分，進(jìn)而逐一進(jìn)行它們對微藻油脂合成的影響試驗(yàn)才能確定。

　　Li等[29]將養(yǎng)豬廢水（NH₄⁺-N：（477±3）mg·L^-1、TN：（519±7）mg·L^-1、PO₄^3--P：（31±1）mg·L^-1）與厭氧消化后的養(yǎng)豬廢水（NH₄⁺-N：（720±6）mg·L^-1、TN：（792±4）mg·L^-1、PO₄^3--P：（33±0.1）mg·L^-1）分別按不同比例（5%~20%和2.5%~10%）稀釋后，用于培養(yǎng)鏈帶藻（Desmodesmussp.EJ8-10），14d后，各處理組的油脂含量在18.7%~28%左右，油脂產(chǎn)率在2.9~5.7mg·L^-1·d^-1。與之相比，本研究使用的STP尾水中氮磷濃度遠(yuǎn)低于上述文獻(xiàn)中的養(yǎng)殖廢水，但是接種淡水微擬球藻培養(yǎng)8d后能夠獲得更高的油脂含量與油脂產(chǎn)率。這表明STP尾水比養(yǎng)殖廢水更適于產(chǎn)油微藻培養(yǎng)，而且，培養(yǎng)周期縮短意味著培養(yǎng)裝置體積和占地面積的減少，有利于降低基建投資。還有學(xué)者[30]在TAP培養(yǎng)基中額外添加甲醇與乙醇（各10g·L^-1），進(jìn)行異養(yǎng)微藻培養(yǎng)，18d后，兩個(gè)試驗(yàn)組的油脂產(chǎn)率分別為9.4與8.9mg·L^-1·d^-1，低于本研究中未經(jīng)稀釋的TD-STP尾水處理組水平（10.5mg·L^-1·d^-1）。這也說明廉價(jià)的STP尾水在培養(yǎng)產(chǎn)油微藻方面具有較大優(yōu)勢。在TD-STP尾水各處理組中，雖然EDR100%處理組的微藻油脂含量最低，但是油脂產(chǎn)率卻最大，這是由于該處理組的藻生物量最高所致。另外注意到，與之前采用BG11培養(yǎng)基培養(yǎng)同種微藻時(shí)的油脂含量（20.58%）[22]相比，所有尾水處理組的微藻油脂含量（29.30%~41.35%）均明顯提高?？梢?，利用尾水替代傳統(tǒng)培養(yǎng)基培養(yǎng)微藻，能夠促進(jìn)油脂合成。這其中固然有氮磷營養(yǎng)鹽缺乏的貢獻(xiàn)，但是與氮磷共存的成分也可能影響到油脂的合成，需要進(jìn)一步研究才能明確。

　　3.3微藻作用下STP尾水中氮磷的去除

　　在未經(jīng)稀釋（即EDR=100%）情況下，TD-STP尾水中的無機(jī)氮、磷濃度分別為13.83和0.12mg·L^-1，LC-STP尾水中無機(jī)氮、磷濃度分別為9.04和0.03mg·L^-1，其它EDR處理組中無機(jī)氮、磷的初始濃度隨EDR減小而相應(yīng)降低。接種微藻8d后，各處理組的無機(jī)氮、磷均有明顯去除。營養(yǎng)鹽去除的機(jī)制包括微藻同化作用及其介導(dǎo)的物理化學(xué)過程兩方面[31]：①微藻可以直接吸收尾水中的NH₄⁺-N（含NO₂^--N和NO₃^--N轉(zhuǎn)化生成的NH₄⁺-N）和正磷酸鹽（磷在污水中的存在形式之一[32]），并利用外部光照和空氣中CO₂進(jìn)行光合作用，合成微藻自身的生物質(zhì)。②光合過程必然伴隨著體系pH的升高[33]，當(dāng)pH值大于9時(shí)，氨揮發(fā)和磷酸鹽沉淀等過程會(huì)對營養(yǎng)鹽去除產(chǎn)生較大影響[34-35]。有研究認(rèn)為，氨揮發(fā)可造成廢水中高達(dá)32%的無機(jī)氮去除[36]。Wang和Lan[37]認(rèn)為，廢水中初始濃度高的NH₄⁺有利于pH值穩(wěn)定，因?yàn)槲⒃鍖H₄⁺的吸收會(huì)引起pH值下降，從而阻止pH值上升。但是，本研究所用的STP尾水中NH₄⁺-N濃度不足4mg·L^-1，在微藻培養(yǎng)1d后即觀察到pH上升，第2天以后基本維持在pH=10.5（TD-STP尾水）和pH=10.0（LC-STP尾水）左右（數(shù)據(jù)未列出）。因此認(rèn)為，微藻對NH₄⁺-N的吸收利用和氨揮發(fā)共同造成尾水中無機(jī)氮的去除。至于培養(yǎng)結(jié)束后EDR100%的處理組中無機(jī)氮尚有一定剩余、而磷酸鹽已基本耗盡，主要是由于尾水中的初始N/P比（質(zhì)量濃度比：TD-STP115.3、LC-STP265.9）過高所致。Zhang等[38]利用人工配制的模擬尾水培養(yǎng)小球藻（Chlorellasp.HQ）30d發(fā)現(xiàn)，最適于尾水中營養(yǎng)鹽去除的初始N/P范圍為8~20；當(dāng)控制N的初始濃度為15mg·L^-1、而P的濃度由1.3mg·L^-1逐漸降為0.3mg·L^-1時(shí)，N的去除率將由90.7%減少為72.4%。由此可見，在利用STP尾水培養(yǎng)微藻時(shí)，通過調(diào)整污水處理工藝，優(yōu)化STP尾水中的氮磷含量及比例，將降低初始N/P比而使無機(jī)氮去除效果得到明顯改善。此外，培養(yǎng)期間并未觀察到體系中生成沉淀物，這與Diniz等[33]的試驗(yàn)結(jié)果相同，可能是由于尾水中磷酸鹽初始濃度較低以及微藻的快速吸收所致。

　　3.4利用STP尾水培養(yǎng)產(chǎn)油微藻與深度凈化尾水的可行性

　　在以處理生活污水為主的STP所排尾水中，產(chǎn)油微藻可以快速生長并獲得較高油脂產(chǎn)率。利用這種培養(yǎng)介質(zhì)替代傳統(tǒng)培養(yǎng)基，能夠大大降低產(chǎn)油微藻的養(yǎng)殖耗費(fèi)（因?yàn)闊o需專門提供水源和投入養(yǎng)分），由此可使藻基生物柴油的生產(chǎn)成本降低40%左右[7]，有利于縮小藻基生物柴油與石油來源的柴油在價(jià)格上的差距，加快實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化生產(chǎn)的目標(biāo)。此外，這種舉措能夠在不改變污水處理廠現(xiàn)有工藝流程（只需將尾水轉(zhuǎn)入含微藻的反應(yīng)器中即可）的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步去除尾水中的氮磷營養(yǎng)鹽，降低尾水受納水域的污染負(fù)荷，獲得經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的雙贏效果。今后應(yīng)在適當(dāng)增大培養(yǎng)規(guī)模的基礎(chǔ)上，通過微藻收獲、油脂提取、轉(zhuǎn)酯化過程，獲得生物柴油成品，進(jìn)而根據(jù)整個(gè)過程中的原材料消耗量、產(chǎn)品生成量以及市場價(jià)格，進(jìn)行效費(fèi)分析，以系統(tǒng)評價(jià)STP尾水替代傳統(tǒng)培養(yǎng)基的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

　　4結(jié)論

　?。?）STP尾水中無機(jī)氮、磷酸鹽的濃度雖然遠(yuǎn)低于BG11培養(yǎng)基，但仍能支持淡水微擬球藻的生長，而且微藻在未經(jīng)稀釋的尾水中更具生長優(yōu)勢，在相似的培養(yǎng)條件下，TD-STP和LC-STP尾水中的藻生物量可分別達(dá)到BG11培養(yǎng)基的65.23%和44.77%。

　?。?）在稀釋后的STP尾水中，營養(yǎng)鹽較為缺乏，有利于微藻細(xì)胞中脂質(zhì)的積累，但是油脂產(chǎn)率仍以未經(jīng)稀釋的尾水處理組最高，其中，微藻在TD-STP尾水中的油脂產(chǎn)率達(dá)到LC-STP尾水的1.37倍。

　?。?）在微藻作用下，未經(jīng)稀釋TD-STP和LC-STP尾水中磷酸鹽的去除率達(dá)到94.8%以上，而無機(jī)氮去除率較低（59.2%和45.4%），這可能與尾水的初始N/P較高有關(guān)。