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微藻富含碳水化合物,其中淀粉和多糖含量高,并且由于其具有太阳能利用效率高、繁殖迅速、对环境适应性强等特点,作为生物乙醇的原料被广泛关注。然而,目前微藻的高培养成本已逐步成为限制其大规模培养的瓶颈问题。在工业污水处理过程中会产生大量的剩余污泥,富含有机物与氮、磷等营养盐。且当进水为高浓度有机废水时,污泥中会积累显著的有机物,造成污泥毒性。如果处置不当,容易造成二次污染。因此,本试验将剩余污泥进行超声破碎制成污泥提取液,利用污泥提取液氮磷营养丰富的特性,使其作为微藻替代培养基,不仅可实现低成本养藻,还可实现污泥提取液资源化处理。 试验考察污泥提取液培养小球藻的可行性,以普通培养基BG11作为对照组,分别对低毒性与高毒性混合氯酚污泥提取液进行了研究。研究结果表明,在低毒性混合氯酚污泥提取液培养条件下,在适应期和对数期,纯污泥提取液对小球藻的生长有促进作用,第5d时,纯污泥提取液组细胞密度为28.7×106cells/mL,而BG11中小球藻细胞密度为17.1×106cells/mL;在稳定期和衰亡期,当污泥提取液比例大于50%时,体现为抑制细胞继续增殖,第30d时,BG11中的细胞密度达82.0×106cells/mL,而纯污泥提取液中仅为36.2×106cells/mL;低毒性混合氯酚污泥提取液中,小球藻的类囊体膜清晰,叶绿素a含量增多,光合作用加强,淀粉和多糖的总量高达103mg/L和125mg/L;小球藻对提取液中的N、P利用速率和利用量均增加。当提取液为高毒性混合氯酚污泥提取液时,小球藻的最适污泥提取液比例为50%;此时,小球藻的淀粉和多糖含量均达到最大值,分别为20mg/L、65mg/L;水相中TN、TP以及TOX的去除率分别为77.9%、35.6%、52.2%。不同毒性混合氯酚污泥提取液养藻条件下,采用污泥提取液部分或完全替代BG11来养藻均具有可行性,且小球藻对提取液中的污染物质有一定的去除效果。 本试验研究了高配比、高毒性污泥提取液培养小球藻,为严格考察毒性对小球藻的影响,进行对照组筛选实验。发现在以葡萄糖、氯化铵、磷酸氢二钾构成的配水中小球藻长势不好,无法做对照组,而以甲醇培养的空白污泥提取液组,小球藻长势较好,且考虑到空白污泥提取液中营养元素及形态与毒性污泥提取液相近,确定以空白污泥提取液作刘照组,以间苯二酚毒性污泥提取液为实验组,分别从宏观和微观角度分析毒性对小球藻的影响机制。结果表明,以空白污泥提取液为对照时,随着毒性的增强,小球藻的生长受到了抑制,淀粉和多糖的合成量明显降低,分别下降了47.9%、48.4%。在间苯二酚污泥提取液中,小球藻对TOX的去除率为42%,引起毒性的有机物分子量主要在500~5k之间。通过同位素标记相对和绝对定量技术(iTRAQ)以及亚显微结构研究发现,其抑制作用主要体现在小球藻的呼吸代谢、初级产物以及能量的合成。其中,呼吸代谢主要是糖酵解与三羧酸循环受抑制;初级产物及能量的合成主要是光合作用受抑制,从而影响了淀粉和油脂的产生。