【摘 要】
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养猪业产生大量的重污染污水,若处理不当,会对周边居民健康和生态环境造成严重威胁。同时,全球面临能源危机,生物能源开发方兴未艾,潜力巨大。研究表明微藻可以高效处理猪场沼液中的氮磷,且藻生物质可以用于生产生物柴油。微藻培养与污水处理的耦合,不仅可以降低成本,还可以净化环境,具有良好的经济效益和生态环境效益。本研究拟通过实验室摇瓶实验筛选耐受猪场沼液的丝状蓝藻,评估藻去除沼液主要污染物的能力及利用沼液培
【基金项目】
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广东省科技计划项目(2015A020209152和2016A030303050); 中山市社会公益科技研究项目(2018B1013)
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养猪业产生大量的重污染污水,若处理不当,会对周边居民健康和生态环境造成严重威胁。同时,全球面临能源危机,生物能源开发方兴未艾,潜力巨大。研究表明微藻可以高效处理猪场沼液中的氮磷,且藻生物质可以用于生产生物柴油。微藻培养与污水处理的耦合,不仅可以降低成本,还可以净化环境,具有良好的经济效益和生态环境效益。本研究拟通过实验室摇瓶实验筛选耐受猪场沼液的丝状蓝藻,评估藻去除沼液主要污染物的能力及利用沼液培养的藻生物质生产生物柴油的潜力,同时,探究耐性藻株的耐受机理。主要研究结果如下:(1)耐性藻株筛选和鉴定:本论文从华南地区分离纯化的36株丝状蓝藻中筛选到3株适应10%猪场沼液的藻株。通过形态学和分子生物学方法鉴定为Nostoc piscinale、Nostoc sp.和Anabaena variabilis,实验室编号分别为B、J和L。(2)丝状蓝藻耐受猪场沼液的生长特性:B、J和L的比生长速率分别为0.14、0.19和0.21d-1;生物量分别为:67.50、196.30和140.00 mg干物质L-1;叶绿素a含量分别为0.53、0.67和0.51 mg L-1。说明3株藻耐受10%猪场沼液能力大小顺序为:J>L>B。(3)藻株净化10%猪场沼液中污染物效果评估:B、J和L处理14 d对氨氮的去除率分别为82.33%、92.46%和97.97%;对总氮去除率分别为54.06%、73.79%和79.90%;对总磷去除率分别为97.03%、98.46%和97.14%。但对于COD,处理12d时去除率分别为61.87%、20.94%和57.11%,但14d时,沼液的COD回升。B、J和L对Pb去除率分别为74.94%、80.37%和82.04%,对As的去除率分别为50.55%、49.34%和55.83%。说明藻株能去除猪场沼液中的主要污染物,且J和L的去除能力强于B。(4)藻株产脂能力和生物柴油特性评估:B、J和L在稀释猪场沼液中的生物质产率分别为4.82、14.03和10.00 mg L-1d-1;脂质含量分别占藻细胞干重的7.97%、4.82%和4.91%;脂质产率分别为0.38、0.69和0.48 mg L-1d-1。B、J和L的十六烷值分别为37.23、43.14和43.26,除B外,J和L均具有较好的十六烷值(40~65);B、J和L的密度(ρ)分别为0.88、0.88和0.88 g m-3;运动学粘度(ν)分别为3.15、3.33和3.28 mm~2s-1。3株藻的ρ和ν值均达到美国生物柴油标准。综合脂质产率和生物柴油特性可知:藻J的生物质最适合生物柴油生产,L次之。此外,这3株藻均能产生较高浓度的十七烷。(5)藻株耐受猪场沼液的机理:(i)藻丝和细胞形态:在猪场沼液中藻株J的藻细胞分泌大量胞外物质,使藻丝聚集成团,形成利于应对沼液污染物胁迫的微环境。(ii)光系统II:相比B和L的Fv/Fm、Fv/Fo和Yield值显著降低,藻J在猪场藻液胁迫条件下Fv/Fm和Fv/Fo下降幅度非常小,Yield值则差异不显著。这说明猪场沼液胁迫对J的实际光能转化效率影响较小。(iii)抗氧化系统:在沼液胁迫下J的SOD和POD活性相对于在BG110培养基中显著降低,而CAT和GR活性及MDA含量均没有显著差异。说明猪场沼液胁迫没有破坏细胞膜造成脂质过氧化,没有激活其抗氧化酶系统。推测丝状蓝藻经过沼液的驯化,其藻细胞已经将沼液环境当作了非胁迫环境。(iv)脂类组成:在猪场沼液中培养的藻J细胞中单饱和脂肪酸(MUFA)含量相对于BG110培养基中的显著增加,多不饱和脂肪酸(PUFA)则降低。推测是胁迫环境使得藻细胞中抗氧化能力更强的PUFA消耗,部分转化为MUFA,可能是其适应沼液胁迫的一种策略,而这对生物柴油的氧化稳定性有利。
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