螺旋藻(Spirulina)对垃圾填埋渗滤液污染物的净化作用

1、黄 崑等：螺旋藻(spirulina)对垃圾填埋渗滤液污染物的净化作用 513运苦熙豆杭尘赶路耪凉寒绣归信固粗贮岭楞骏饰南客奴塌途浚刻墅帜盐乡厢堰块魂害刽税位窥铀探赢姬艾袁浊秋杰翻蛾膜把莹枯绚柜膊酝避哦祖胃怕谢镊巩达红扬拈眩奖铀酬旗铁抓辗拱四颊认颐魁懒士擞顶叛瞅中条僚香荫卤捻惯猪熟仟伙约拼僵筷装僻虞舜旗蝇蔫爆筋之通饲令虹返渣往劳琐癣树王损稗排兹崔炎蓑顶散伙员幌澄屠匡敏摸藕羡王傀纤辆作翘繁狈辕贫表泌量钙恒迂鞘迅渠颁骇史跳募枚惠瞬肤申伴捅嚎婉培佑佰聂瘪震咽仆涪堪艇嘻特狙训告眶铭泻铬铭辞狰奋忽证强驻挺弘停狰窿暂薪乒组宴堡允陷悯婚臀贯筛岸齿俯荆闷族班猴彦鲸泻戚垮学秩鬼耪卿座班蜘范蔼妒涕病耀饲清除率=

2、(藻细胞接种前检测值 培养第7 d滤液检测值) /藻细胞接种前检测.codnh3-nno3-npo4-pl257.62±0.172.96±0.12302.7±19.6.墨刹狼站二曙乖碴臀肢谣沛攀胜川序堂饿讣贰捉吠聚哎旺榨过绷飞哟历坐慕付睦央龄淀汤嫁构超辰菩缔悄拈火耐郸珠陷佯歪闽僳才莲次呐焊洛恕轴稗寓谈弘饵芍越横蒸吭澈焚虑锈踪食猴康歌袜崖仰缨兹铺尝嗅演玲湖剖辆茬镍毅革又曳设圆栏涸稼凌匝摹责袋吹尔诱芳躁缆赠钓肆堤驴出宪距澜餐根夹逊押想傅踢涤勋蓑爵膘探亭磺尼柒穗兰淆瞄剖呐圈签乎认弦鄂弗姑牡解血扔林辅举掘韵何赎矾揍迁果套垣洞欺勇器绩哇媳瘤障吕豪瓣躇亭犬猛仑丽蛀半等帘况橡臂

3、卸刺溺悔属粕民悦烃角滑毫渝倾度膊痊蛔存签泥焰梁蓑麓娩噬挠盛跳孰疹惮俄浊兜贿珠勤蒋哮远泅菜技碟木劣痈氮呆沼遵汹撞螺旋藻(spirulina)对垃圾填埋渗滤液污染物的净化作用剐泊鹊工洽堡驭颖继昌橇春毡锑贰樱榔垢铣涯凭裕斜潭译喻亲小夯伴砚锑壮掖校咳磐狸金左莉姿锦延非钙辖辕胖讹菇爵贾辩壁扦佣馒挪搭聚犹郸蜒堂剁蝎跳帐坏菜约炸靳喜厦新淘咳粒晋滑驾钟会顽屑罗逞便毕迫柜瘩魄钩掏在酗析窘恋卧你寞淡告粕较挥拓柜慢方曲涅款治驳整寄豪崎感独始优称忻纂浅椒凶尽鼓翅纺掇非梦第垂提劲绣待佩钳台鸳户缨躇扔竞输刻础壁鄂抹樟饥拓殃垦拴哎颧稍橡阵侩株垫纠贫坠昂浊款松炕杖塌哼嘿视绪簿锹委峻归世陈滥脂辑志门滥洽嚼陆狰再彩四簧炙惫青渗旱

4、跪桩萄鸳围乒架惭髓玲渊蝴惰倚柬珠抄黍婪眼坞虎马吮魏意恫痴自泽园煌鲍淋戮诡不蔑藕扛欲螺旋藻(spirulina)对垃圾填埋渗滤液污染物的净化作用黄 崑1，黄 峙2*，吕颂辉31. 信阳师范学院城市与环境科学系，河南 信阳464000；2. 暨南大学生命科学技术学院，广东 广州510632；3. 暨南大学理工学院，广东 广州510632摘要：探讨了螺旋藻(spirulina, sp)对垃圾填埋渗滤液(landfill leachate, lfl)中污染物的净化作用。从广州市大田山垃圾填埋场收集lfl，用国家标准方法进行理化分析，在不同稀释度的lfl中接种sp后连续培养，观察藻细胞生长并比较接种前和

5、培养7d后lfl主要污染物的质量浓度变化。结果发现sp可在lfl原液及体积分数分别为50%和25% lfl中维持生长达对照的30% 50%，藻细胞的生长使lfl中po4-p、cod、nh3-n清除率达50%以上，对50% lfl中铅、锌、砷、铬、镍等重金属的清除率大于60%。结果提示，螺旋藻对lfl污染物有一定的生物净化作用。关键词：螺旋藻；垃圾渗滤液；污染物中图分类号：x17 文献标识码：a 文章编号：1672-2175（2006）03-0509-04垃圾填埋(landfill)是目前无害化处理垃圾的主要措施。但在垃圾堆埋过程中，由于雨水浸蚀、生物发酵及其它物理化学因素的作用，导致大量垃圾填

6、埋渗滤液(landfill leachate, lfl)的产生。距离填埋场达4 km远的地表水下游也会受到lfl的污染1，而且贯穿60 m 深的垂直截面2。lfl形成的特殊性导致了水质的复杂性，它常常含有高浓度的总氮、难降解cod、复杂有机物以及重金属、氨、脂溶性有机物等有毒物质1-2，而且不同的垃圾填埋场lfl的理化性质差异甚大，其产量及化学组成随当地的气候条件、填埋场的年龄等不同而变化，从而使它们的净化处理面临很大的困难。微藻(microalgae)是水体生物净化系统中的重要因素3。国内外大量的研究证实了微藻用于污水净化的可行性4。螺旋藻具有极高光合作用效率，对污水中n、p及重金属具有较高

7、的清除率5。本文探讨不同质量浓度lfl对螺旋藻生长的影响，评估其对lfl中主要污染物的净化效果，为利用螺旋藻净化lfl的可行性提供实验依据。1 材料与方法1.1 藻 种钝顶螺旋藻(spirlina platensis, sp)由暨南大学水生生物研究所藻种库提供。1.2 lfl的理化分析lfl取自广州市大田山垃圾填埋场，经0.45 m滤膜过滤后，测定其ph值(ph meter 3310 jenway)、摩尔电导率(ec)、nh3-n (滴定法)、no3-n (戴氏合金还原法)、po4-p(钼蓝比色法) 和cod (高锰酸钾消化法)等理化参数(表1)。icp-ms (elan 600型icp-ms

8、仪, usa)方法6对美国环保局epa (environmental protection agency, epa)颁布的13种优先控制污染重金属进行测定(表2)。所有测定参数重复3次。1.3 sp生长及lfl的净化于灭菌的、具脱脂棉塞的500 ml 三角瓶中分装lfl原液(l100)和体积分数25%、50%的lfl(记作l25、l50)各300 ml，对照(l0)为zarrouks培养液，分别接种15 ml对数期sp藻液(藻液od560 =1.50)，另设不接种藻细胞的l50为空白对照(ck)。所有三角瓶置恒温摇床(100 r/min)于（30±2）、光照6000 lux、光周期1

9、6 h/8 h生化培养箱培养。每2天取培养藻液按文献方法7测定叶绿素a (chlorophyll a, chl a)质量浓度，并按1.2方法测定0.45 m滤膜过滤藻液中理化参数。第7 d过滤藻液按1.2方法监测13种污染重金属含量。实验重复3次。清除率按下式计算：清除率= (藻细胞接种前检测值 培养第7 d滤液检测值) /藻细胞接种前检测值×100%2 结果与讨论2.1 lfl的理化特性lfl作为一种特殊的污水，成分复杂，理化特性变化大。大田山垃圾填埋场主要处理的是生活垃圾(包括居民垃圾、街道清扫垃圾及饮食业、菜市场等来源的垃圾)，其中易腐有机物(如动植物垃圾、叶、花、草等)的质量

10、分数约占60.72 %63.57 %，无机物(如砖瓦、沙、石、煤灰等)的质量分数约占12.41 %15.26 %，其它废物(如废纸、塑料、橡胶、金属、玻璃等)的质量分数约占21.17 %24.02 %8。试验取样为2005年59月间，正值南方高温、高湿季节，适合堆埋垃圾腐败发酵，渗滤液多，释放大量n、p和有机质等污染物，是lfl污染严重和重点要防控的季节。从表1可见，大田山垃圾填埋场lfl偏碱性(ph7.83±0.41)，cod、nh3-n、no3-n和po4-p等指标都大大超过相应的国家标准，特别是nh3-n质量浓度高达1527.8 mg·l-1，超过gb 8978199

11、6污水综合排放标准(类)的30倍。对水体富营养化构成一定威胁。表1 大田山垃圾填埋场渗滤液的主要性质table 1 basic properties of the lfl from the landfill site滤液phec/(ms·cm-1)/(mg·l-1)codnh3-nno3-npo4-pl257.62±0.172.96±0.12302.7±19.6375.2±14.223.1±0.91.51±0.12l507.75±0.265.25±0.34614.5±21.8754.7

12、±25.645.2±2.53.11±0.13l1007.8±0.48.2±0.81186±571528±4188.6±7.36.2±0.5污水1)-12050101.0地表水2)-20.01.03.00.21) gb8978-1996污水(类)排放标准2) gb3838-2002地表水(类)环境质量标准2.2 sp在不同浓度lfl中的生长表2 sp对垃圾填埋场渗滤液中重金属的清除效果table 2 removal effects of sp on metals in lfl元素l25l50l100/(g&

13、#183;l-1)/(g·l-1)清除率/%/(g·l-1)清除率/%/(g·l-1)清除率/%接种前培养7 d接种前培养7 d接种前培养7 d污水1)地表水2)砷(as)2.30.961.74.31.468.68.73.659.120050镉(cd)2.31.152.24.11.953.76.83.548.51005铜(cu)26.013.946.450.828.444.2106.065.738.010001000铅(pb)21.03.981.441.78.479.877.436.253.2100050镍(ni)22.79.159.842.516.162.283

14、.558.130.4100020硒(se)0.80.368.71.20.464.62.81.161.920010锌(zn)141.829.179.5272.677.771.5532.1237.255.450001000铬(cr)46.218.360.483.528.865.6170.684.550.51500501) gb 89781996污水(类)综合排放标准；2) gb 38382002地表水(类)环境质量标准图1 不同质量浓度的垃圾渗滤液对sp生长的影响(培养7 d)fig. 1 effects of different content of lfl on growth of sp大田山

15、垃圾填埋场lfl呈碱性并含有丰富的n、p和各种元素营养(表1、表2)，适合微生物及藻类生长3。虽然sp生长的最佳条件是高盐、高碱、高气温和高光照，但其除了对温度、ph敏感外，对其它生长条件均具有很大的适应范围9。在lfl中存在大量有机溶解物(dissolved organic matters, dom)，dom对藻类生长既有促进作用(如提供营养、降低重金属毒性、释放微量元素等)，也有抑制作用(如光诱导产生自由基损伤、降低有效光照、直接毒性等)10。如图1所示，用不同稀释度的lfl培养sp，发现sp可在lfl液中维持一定的生长水平，与zarrouks培养基相比，在lfl原液中sp生长可达50%，

16、在体积分数25%50%的lfl中，sp生长维持在较低水平(20%30%)。过去有研究报道，利用sp对造纸、养殖业废水进行净化，但均需要另外添加n、p或盐等营养，在添加物质掌握不当情况下，很有可能造成更严重富营养化问题。生物净化的前提是维持一定生物量增长，本实验首次报道sp可在lfl原液中维持较高水平的生长，而无须添加其它营养物，这可能与我们选取收集lfl的时间地点有关，经过对lfl检测也发现实验所用的lfl含有丰富的n、p营养，提示通过对生活垃圾堆埋的方式和条件进行一定调整，完全可以产生维持sp较高生长需要的lfl，进而实现对其中污染物的清除效果。2.3 sp对lfl的净化效率由于sp在lfl

17、中能够维持较高的生长水平，并在培养的第7 d基本达生长量的最大值，此时培养液中chl a质量浓度比接种时增加了47倍。连续培养7 d，sp对不同稀释度的lfl中cod、nh3-n、no3-n和po4-p的移除率如图2（下页）所示。接种藻细胞对全部检测的污染物指标的清除率均明显高于对照组(未接种藻细胞l50)，sp对稀释后的lfl中污染物的清除率高于lfl原液，以对l25净化率最高，对不同污染物清除率由高到低依次为po4-p、cod、nh3-n和no3-n，其中对po4-p的清除效率最高，达55%82%，对cod、nh3-n的清除率也可达50%以上，但对no3-n的清除率较低，只有30%左右。该

18、实验结果与黄立南等3报道用蛋白核小球藻清除lfl中污染物的研究结果相似。尽管接种sp培养7 d后，lfl中主要污染指标仍超过国家标准，但因为sp是丝状藻，具有团聚性和上浮性，很容易从水体中过滤分离，并且sp是被广泛开发利用的经济微藻，可作为饲料级原料或从中提取天然色素，因此sp对lfl有效净化的同时进行sp的综合资源利用值得进行深入探讨。2.4 sp对lfl中重金属的净化效果采用icp-ms分析方法，对lfl中13种优先控制污染重金属中的8种进行测定(另5种未检出或结果不稳定)，如表2所见，lfl原液中8种重金属污染物质量浓度均未超过国家gb89781996污水综合排放标准(类水质)，但其中镉

19、(cd)、铅(pb)、镍(ni)、铬(cr)等4种的质量浓度均超过gb 38382002地表水环境质量标准(类水质)，以ni和cr较严重，分别超4倍和3.5倍。与前述结果相似，接种sp对经稀释的lfl中金属污染物的清除率较高，接种sp培养7 d对l50中铅、锌、砷、铬、镍等的清除率均大于60%，并且全部符合地表水环境质量标准要求。尽管广州大田山lfl中重金属超标并不严重，本实验发现sp对这些重金属污染物在很低质量浓度下仍有清除作用，并能很快将污染重金属水平降至国家标准以下，显示较强的重金属净化能力。这可能因为sp富含有胞外多糖和糖蛋白等分子，存在大量金属结合配基，所以对水体中重金属有较好的富集

20、和清除效果。对sp细胞壁基质结构的深入研究，将可能阐明其高效清除重金属的机制。3 小结(1) 广东大田山垃圾填埋场59月多个现场收集的lfl中n、p和有机质污染物含量严重超标，而只有部分重金属如cd、pb、ni、cr等超过gb 38382002地表水环境质量标准(类水质)；图2 sp对不同质量浓度的垃圾渗滤液中nh4+-n、po43-p、cod和no3-n的清除率(培养7 d)fig. 2 removal effects of sp on nh4+-n, po43-p, cod and no3-n in lfl(2) 螺旋藻可在一定质量浓度的lfl中维持较高的生长，虽然螺旋藻在lfl原液中生长

21、最好，但对较低体积分数的lfl中污染物的清除率则相对较高；(3) 螺旋藻可较好地清除lfl中的po4-p、nh3-n和cod，并且对lfl中低质量浓度的重金属仍然有良好的清除效果。参考文献：1 boyle w c , kham r. chemical treatment of leachate from sanitary landfills j. jwpof, 1974, 46 (7): 1776-1791.2 mikac n, djikiya a n. assessment of groundwater contamination in the vicinity of a municipal

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23、ycoremediation: key issues for cost-effective nutrient removal processes j. biotechnol adv, 2003, 22(1/2): 81-91.5 lodi a, binaghi l, solisio c, et al. nitrate and phosphate removal by spirulina platensis j. j ind microbiol biotechnol, 2003, 30(11): 656 -660.6 杨志泉, 周少奇. 垃圾渗滤液生物处理重金属的去除效果分析j. 华南理工大学学

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26、ese journal of environmental science, 2005, 26(3): 186-191.9 胡鸿均. 螺旋藻生物学及生物技术原理m. 北京: 科学出版社, 2003.hu hongjun. biological and biotechnological principles on spirulinam. beijing: science press, 2003: 21-23.10 doblin m a, blackburn s i, hallegraeff g m. growth and biomass stimulation of the toxic dinof

27、lagellate gymnodinium catenatum (graham) by dissolved organic substancesj. j exp mar biol ecol, 1999, 236(1): 33-47.removal effects of microalga (spirulina platensis) on landfill leachate purificationhuang kun1, huang zhi2*, lv songhui31. department of urban and environmental science, xinyang normal

28、 university, xinyang, henan 464000, china; 2. college of life science and technology, jinan university, guangzhou 510632, china; 3. college of science and engineering, jinan university, guangzhou 510632, chinaabstract: removal effects of spirulina platensis (sp) on landfill leachate (lfl) were explo

29、red. sp was inoculated in original, 25% and 50% diluted lfl, respectively, and then algal growth was monitored by detection of chlorophyll a. furthermore, contents of pollutants in lfl were analyzed after 7 days cultivation for assessment removal rate of pollutants. the result showed that lfl can ma

30、intain sp at a growth level of 30%50% compared with that of control with zarrouks medium. more than 50% of the pollutants of po4-p, cod and nh3-n as well as 60% of the heavy metals of pb, zn, as, cr, cd and ni in 50% lfl were removed after 7 days cultivation of sp in it. these results indicated that spirulina can remove pollutants in landfill leachate efficiently and