藻菌共培养体系优势菌株筛选及沼液处理

菌藻共生系统削减抗生素类污染物的去除途径及胁迫响应菌藻共生系统削减抗生素类污染物的去除途径及胁迫响应近年来，随着抗生素的广泛应用和滥用，抗生素类污染物成为了水体和土壤中的重要污染物之一。

这些抗生素类污染物对环境和生态系统造成了严重的威胁，因此研究和开发有效的去除途径显得尤为重要。

菌藻共生系统是指一种由细菌和藻类组成的共生关系，这种关系具有互利共生的特点。

近年来，研究人员发现菌藻共生系统具有极高的生物降解能力，可以有效去除抗生素类污染物。

这主要归功于菌藻共生系统中的两个重要成员：细菌和藻类。

细菌在菌藻共生系统中起着关键作用。

首先，菌藻共生系统中的细菌具有多样的降解代谢途径，可以降解多种抗生素类污染物。

例如，一些细菌可以通过分泌酶类降解抗生素的分子结构，从而达到去除抗生素类污染物的目的。

其次，细菌可以利用抗生素类污染物作为碳源和能源，以维持其正常的生长和代谢。

同时，细菌还可以与藻类形成复合颗粒，进一步提高降解效率。

因此，细菌在菌藻共生系统中具有重要的地位。

另一个关键成员是藻类。

藻类在菌藻共生系统中充当着“气泡增效器”的角色。

藻类可以通过光合作用产生氧气，提供给细菌进行降解代谢的需氧反应，从而增强了细菌的代谢活性和抗生素去除能力。

此外，藻类还能够吸附和固定有机物，包括抗生素类污染物，进而实现去除目标物的效果。

菌藻共生系统对抗生素类污染物的去除还受到环境胁迫的影响。

研究发现，环境胁迫可以刺激菌藻共生系统中的细菌和藻类产生抗逆性。

这种抗逆性可以帮助细菌和藻类适应恶劣的环境条件，并在一定程度上增加抗生素去除的效果。

例如，温度胁迫和pH变化可以调节菌藻共生系统中各成员的代谢途径和活性，进而影响抗生素去除效果。

总的来说，菌藻共生系统是一种具有潜在应用价值的技术，可以削减抗生素类污染物。

通过发挥细菌和藻类的共生作用，菌藻共生系统能够高效去除抗生素类污染物，并在受到环境胁迫时表现出更强的适应性和去除能力。

未来的研究还需要进一步探索菌藻共生系统的机理，并开发出更加高效、稳定和可持续的应用技术，以实现对抗生素类污染物的有效去除和环境保护的目标综上所述，菌藻共生系统是一种有潜力的技术，可以有效去除抗生素类污染物。

《污水处理中菌藻共生系统去除污染物机理及其应用进展》篇一一、引言随着工业化的快速发展，大量的污染物被排放到水体中，严重污染了自然环境，威胁着人类的生活和健康。

污水处理是一项至关重要的工作，它不仅需要高效的物理和化学处理方法，还需要采用生态友好的技术来处理复杂的有机污染物。

其中，菌藻共生系统因其独特的功能和潜力在污水处理领域得到了广泛的应用。

本文将详细探讨污水处理中菌藻共生系统去除污染物的机理及其应用进展。

二、菌藻共生系统的基本概念菌藻共生系统是一种生物处理技术，通过将微生物（如细菌）与藻类结合在一起，形成共生关系。

这种系统可以利用光合作用产生的能量和营养元素进行污水处理，去除有机物、氮、磷等污染物。

该系统结构简单、成本低廉、环保且易于维护，是当前污水处理领域的重要研究方向。

三、菌藻共生系统去除污染物的机理菌藻共生系统主要通过以下几个方面去除污染物：1. 细菌的生物降解作用：细菌利用有机物作为营养来源，通过代谢活动将其降解为无机物，从而达到降低有机物浓度的目的。

此外，某些细菌还可以通过同化作用将氮、磷等元素转化为细胞内物质，实现营养元素的回收利用。

2. 藻类的光合作用：藻类通过光合作用利用光能将水中的二氧化碳转化为有机物，如糖类和脂肪酸等。

这些有机物可以被细菌进一步降解，从而实现水体的净化。

此外，藻类还可以吸收水中的氮、磷等营养元素，减少水体富营养化现象。

3. 菌藻共生关系：在菌藻共生系统中，细菌和藻类形成互利共生的关系。

细菌为藻类提供必要的营养物质和生长因子，而藻类则为细菌提供光能和二氧化碳等生长所需的物质。

这种共生关系有助于提高系统的稳定性和处理效率。

四、菌藻共生系统的应用进展随着对菌藻共生系统研究的深入，其在污水处理领域的应用也取得了显著的进展。

具体表现在以下几个方面：1. 污水处理工艺的改进：通过对菌藻共生系统的优化设计，如调整细菌和藻类的比例、光照强度等参数，可以提高系统的处理效率和稳定性。

《污水处理中菌藻共生系统去除污染物机理及其应用进展》篇一一、引言随着现代工业的飞速发展，大量污水未经有效处理便被排入环境中，这已经成为严重的环境问题之一。

而传统的污水处理方法大多效率较低、操作复杂且容易产生二次污染。

在此背景下，菌藻共生系统作为一种新型的污水处理技术，因其高效、环保的特性受到了广泛关注。

本文将详细探讨污水处理中菌藻共生系统去除污染物的机理及其应用进展。

二、菌藻共生系统的基本原理菌藻共生系统是一种利用微生物和藻类共同作用来处理污水的生物技术。

在这个系统中，微生物和藻类通过相互作用，共同降解有机物、吸收营养物质，从而达到净化水质的目的。

该系统主要依靠微生物的生物降解作用和藻类的光合作用及营养吸收，实现对污水中污染物的去除。

三、菌藻共生系统去除污染物的机理菌藻共生系统中，微生物通过分解有机物、消耗氧气等方式对污水中的污染物进行降解。

而藻类则通过光合作用吸收光能、二氧化碳和水，产生氧气和有机物。

在这个过程中，藻类为微生物提供生长所需的营养物质和氧气，而微生物则通过其生物降解作用帮助藻类更好地吸收营养物质。

这种互利共生的关系使得菌藻共生系统在处理污水时具有较高的效率。

具体来说，菌藻共生系统去除污染物的机理包括以下几个方面：1. 生物降解：微生物通过分泌酶等生物催化剂，将有机物分解为简单的无机物或小分子有机物。

2. 营养吸收：藻类通过光合作用产生的有机物和微生物分解产生的营养物质被其吸收利用，从而达到去除污水中营养物的目的。

3. 氧气供应：微生物分解有机物过程中消耗的氧气可通过藻类的光合作用得到补充，保持系统的正常运行。

4. 微环境调控：菌藻共生系统还可以通过调节pH值、温度等微环境因素，提高污染物的去除效率。

四、菌藻共生系统的应用进展近年来，菌藻共生系统在污水处理领域的应用取得了显著的进展。

具体表现在以下几个方面：1. 处理效率提高：通过优化菌藻种类、比例及生长条件等参数，提高系统的处理效率。

科技成果——菌-藻共生系统用于含盐水处理和营养回收技术开发单位山东大学环境科学与工程学院适用范围沿海地区海水冲厕废水（海水黑水）的直接处理，海水代用水处理和一般富营养含盐水处理。

符合2015年科技部发布的《节水治污水生态修复先进适用技术指导目录》中78-高含盐废水综合治理技术。

成果简介该技术由单级光照反应器-膜池构成，海洋菌和耐盐藻共生系统对海水冲厕废水中高浓度有机物和氮磷高效去除，并利用膜对菌，藻高效截留实现营养物的有效回收；海洋菌对氨氮高耐受和同化能力能够促进该系统对高浓度氨氮去除和回收；微藻表面碱性环境促进体系中磷以化学沉淀形式去除；藻的兼性异养特性弥补了菌处理黑水碳源不足导致的氮磷低效去除；有机物和氮磷去除效果明显高于现有含盐水处理技术。

工艺流程工艺流程包括单级光照反应池-膜池。

先通过批次实验和统计分析，以模拟海水冲厕废水（海水黑水）为目标废水，优化有机物和营养物同时去除最佳时的菌，藻接种量，从而建立海洋菌和耐盐藻的菌藻共生系统。

菌，藻接入废水初期，由于废水中氨氮浓度过高，对藻的生长和营养物的摄取有一定的抑制作用，此时海洋菌对高浓度氨氮的耐受和同化能力使体系运行初期氨氮就有大幅度下降；于此同时，缺氮生长的藻过量摄取磷作为营养物质用于储存能量，且藻体表面微域内碱性环境促进部分磷以化学沉淀形式去除；随着体系中氨氮浓度的降低，藻生物量的增加，藻对营养物质的同化能力得到充分发挥。

并且，在整个过程中，该海洋菌对有机物的高效去除和藻兼性异养能力，使体系中COD深度去除且一直处于较低水平。

进入膜池以后，膜对同化了大量营养物质的菌，藻同时截留并回收再利用，在保证稳定出水水质的同时，回收高油脂高蛋白质的生物量可后续再利用。

关键技术海洋菌和耐盐藻用于海水冲厕废水等富营养含盐水处理，有效克服了传统生物法深度处理时由于盐度导致的反硝化细菌和聚磷菌失效。

菌-藻共生系统，藻光合作用释放的氧气与纯好氧高效脱氮除磷菌的有效结合，实现了低能耗营养物去除。

废水处理中的优势藻种筛选铀是一种具有放射性和高毒性的重金属元素，对生态环境和人体健康存在极大威胁. 在核工业生产(如核电站)的各个环节及核事故中，均会产生一定量的含铀放射性废水[1]. 因此，需要对含铀放射性废水进行妥善处理与处置.传统的放射性废水处理技术大多采用物理法或物理化学法. 用于处理低、中放射性废水的技术主要包括化学沉淀、蒸发、离子交换和膜分离(低放废水)等[2]. 虽然传统的放射性废水处理技术在大部分情况下对放射性核素的去除效率较高，并且技术发展较为成熟，但仍存在处理低浓度废水时效率较低[3]、药剂消耗大(化学沉淀)、能耗高(蒸发)、易腐蚀与结垢(蒸发)、易产生二次污染[4]等局限性.除上述传统技术外，吸附技术因操作简单和处理效率高等优点，在放射性废水处理领域研究较多[5]，尤其生物吸附技术更是引起了广泛关注[6, 7, 8]. 许多微生物如细菌、放线菌、真菌和微藻等，均可作为生物吸附剂[9, 10, 11, 12, 13, 14]. 其中，利用微藻作为吸附剂具有独特的技术优势：易于培养，可利用太阳光将CO2直接转化为生物质，甚至可以在经过预处理的生活污水中生长[15, 16]; 藻细胞易于分离收获; 能耗低; 无二次污染，环境生态友好; 有可能对有价值的重金属进行回收[6, 17, 18, 19, 20]. 因此，利用微藻作为生物吸附剂处理含铀放射性废水，已成为近年来放射性废水处理领域的研究热点.获得吸附铀的优势藻种是研究和应用微藻生物吸附技术的前提和基础. 从实际工程应用的角度出发，优势藻种的筛选原则应综合考虑多种因素.(1)吸附容量大单位藻细胞生物质对铀元素的吸附量尽可能大，从而减少微藻吸附剂的投加量，同时提高含铀放射性废水的处理效率.(2)培养成本低微藻培养的成本较高，限制了其在污水处理和生物能源生产等领域的工程化应用. 微藻生长对水和氮磷无机盐的大量消耗是造成其高培养成本的首要因素[21]. 若藻种能在生活污水一级、二级处理出水中生长，则可充分利用其中的水和氮磷资源，从而降低培养成本.(3)生物质产量高藻种可在生活污水二级处理出水等低氮磷水体中生长，且生物质产量高.(4)沉降性能好藻种在培养进入稳定期后，藻细胞沉降速率快，以利于分离收获.本研究以上述筛选原则为基础，选择了11株备选藻种进行吸附铀的优势藻种筛选工作，以期为后续研究提供材料基础.1 材料与方法1 材料1.1.1 藻种备选藻种共计11株，包括8株实验室分离藻种和3株购买藻种.在8株实验室分离藻种中，栅藻LX1 由长期储存的自来水中分离获得; 小球藻ZTY1、小球藻ZTY2、斜生栅藻ZTY和椭圆栅藻ZTY由城镇生活污水一级出水中分离获得; 栅藻、栅藻ZSF2和羊角月牙藻ZSF由以再生水为补充水源的景观水体(北京高碑店湖)中分离获得. 由上述8株藻种的分离环境可以看出，本研究旨在获得1株既对铀有良好的吸附性能、又可在低氮磷水体(以城镇生活污水处理出水为代表)中生长的优势藻种，以降低工程化应用时的藻细胞培养成本.其余3株藻种均购自中国科学院水生生物研究所淡水藻种库.11株备选藻种的具体情况如表 1所示.表 1 11株备选藻种1.1.2 藻细胞培养基采用低氮磷水平的mBG11培养基，模拟城镇污水处理厂污染物排放一级A标准的氮磷浓度限值(TN为15 mg ·L-1，TP为1.5 mg ·L-1). 成分组成为：NaNO3 91.1 mg ·L-1、K2HPO4 ·3H2O 11 mg ·L-1，其余组分同稀释50%的BG11培养基，包括MgSO4 ·7H2O 37.5 mg ·L-1、 CaCl2 ·2H2O 18 mg ·L-1、柠檬酸3 mg ·L-1、柠檬酸亚铁铵3 mg ·L-1、EDTA(乙二胺四乙酸)0.5 mg ·L-1、 Na2CO3 10 mg ·L-1、 A5+Co溶液1.0 mL ·L-1. A5+Co 溶液的组成为：H3BO3 2.86 g ·L-1、 MnCl2 ·4H2O 1.81 g ·L-1、 ZnSO4 ·7H2O 222 mg ·L-1、CuSO4 ·5H2O 79 mg ·L-1、 Na2MoO4 ·2H2O 390 mg ·L-1、 Co(NO3)2 ·6H2O 49 mg ·L-1.1.1.3 主要仪器设备人工光照培养箱(HPG-280H)、高温灭菌锅(SANYO MLS-3750)、离心机(HITACHI CF 16RX Ⅱ)、超净工作台(AIRTECH VS-1300L-U)、恒温水浴锅(ANPEL DC-12H)、精密电子分析天平(岛津AUY220)、冷冻干燥机(FDU-1100)、 pH计(Sartorius PB-10)、双功能水浴恒温振荡器(SHA-B)、紫外可见分光光度计(UV-2401PC).1.2 方法1.2.1 藻细胞培养向500 mL锥形瓶中加入200 mL mBG11培养基，高温高压灭菌(121℃，30 min,除特别指出，所有水样在微藻培养前均经过高温高压灭菌处理)，取5 mL藻种液接种至上述培养基中，放入光照培养箱中培养.培养条件：光照强度56 μmol ·(m2 ·s)-1，光暗比14 h ∶10 h，温度25℃.1.2.2 藻种分离藻种分离的方法为平板划线法.向50 mL mBG11液体培养基中接种藻种，培养3-4 d后，将藻种液分别稀释1、 2、 5、10和20倍，然后划线涂在mBG11固体培养基(琼脂含量2.5%)平板上，再置于光照培养箱中培养，培养条件同1.2.1节.待固体平板上长出单个藻落后，挑取单个藻落再次进行划线分离和培养. 反复3次后得到纯藻种.1.2.3 藻细胞干重测定将孔径为0.45 μm的滤膜浸泡在高纯水中并煮沸，重复3次以除去滤膜中的杂质. 将煮后的滤膜在105℃烘箱中烘干24 h，在干燥器中晾至室温后用千分之一天平称取其重量. 取适量藻液用上述滤膜过滤，将截留藻细胞的滤膜在105℃烘箱中烘干24 h，在干燥器中晾至室温后用千分之一天平称取其重量. 前后两次测得的滤膜质量差即为藻细胞干重.1.2.4 藻细胞沉降性测定待藻细胞生长进入稳定期后，测量藻细胞干重. 在室温下取200 mL摇匀藻液，置于Imhoff沉降管中静置沉降60 min，将上清液(180 mL)倒出，利用滤膜法测量底部20 mL浓藻液的藻细胞干重，再根据式(1)计算沉降率S.式中，S：表征藻液中可沉降部分占总生物质的比例，%; Xm：原藻液的藻干重，g ·L-1; m：Imhoff沉降管底部20 mL浓缩藻液的藻干重，g ·L-1.沉降率S的值越大，表明藻细胞的沉降性越好.1.2.5 溶液中 U(Ⅵ)含量的测定溶液中 U(Ⅵ)含量的测定采用5-Br-PADAP分光光度法，具体测定步骤如下.(1)配制试剂①混合掩蔽剂溶液：称取12 g环己二胺四乙酸(CyDTA)，溶于150 g ·L-1的氢氧化钠溶液，加入3 g氟化钠、 32 g磺基水杨酸和400 mL水. 待全部溶解后，调节溶液 pH 至8，然后加水稀释至500 mL. ②酚酞指示剂：0.1 g ·L-1乙醇溶液. ③三乙醇胺缓冲溶液：取100 mL三乙醇胺溶于300 mL水中，调节溶液pH至8，再加水稀释至500 mL，混匀.④丙酮：纯丙酮试剂. ⑤显色剂Br-PADAP乙醇溶液：称取0.25 g Br-PADAP溶于500 mL 无水乙醇溶液.(2)绘制标准曲线取6个50 mL容量瓶，分别加入含有0、 10、 20、 30、 40、 50 μg铀的标准溶液[硝酸双氧铀，UO2(NO3)2 ·6H2O]; 加入5 mL混合掩蔽剂溶液和1滴酚酞指示剂; 先用400 g ·L-1的氢氧化钠溶液调至粉红色，再用1 mol ·L-1的盐酸调至无色; 加入3 mL三乙醇胺缓冲溶液、 10 mL丙酮和3 mL显色剂Br-PADAP乙醇溶液; 用水稀释至刻度，摇匀. 放置30-60 min后，以空白溶液为参比，测定铀标准溶液在580 nm下的吸光度值D580，并建立D580与铀质量(μg)关系的标准曲线，如图 1所示.图 1 铀标准溶液在580 nm下的吸光度D580和U(Ⅵ)质量的关系曲线1.2.6 藻细胞对铀的吸附容量测定[22]待藻细胞在mBG11培养基中生长进入稳定期后，对藻细胞进行离心收获、冷冻干燥、研磨，制成藻干粉.用移液管量取50 mL已知质量浓度的铀溶液至100 mL带塞锥形瓶中，用 0.1 mol ·L-1的盐酸和NaOH溶液调节pH值至4，加入一定量的藻粉，置于30℃水浴恒温振荡器中振荡60 min. 吸附过程结束后，取一定量混合液离心(10 000 r ·min-1，10 min，4℃)，取上清液用5-Br-PADAP分光光度法测定其吸光度D580，并根据吸光度D580和U(Ⅵ)质量的关系曲线计算上清液中的铀离子含量. 藻细胞对铀离子的吸附容量qt (mg ·g-1)可通过式(2)计算：式中，qt：藻细胞对铀离子的吸附容量，mg ·g-1; c0：铀溶液的初始浓度，mg ·L-1; ct：上清液中的铀浓度，mg ·L-1; V：铀溶液的体积，L; m：加入藻粉的质量，g.1.2.7 试验数据处理每组试验均做3个平行样，并对试验数据进行误差分析.2 结果与分析 2.1 不同藻种对铀的吸附容量比较藻细胞对铀的吸附容量是筛选优势藻种需要考虑的首要因素. 分别取11株备选藻种的25 mg藻干粉加入50 mL初始铀浓度为50 mg ·L-1的铀溶液中，在30℃水浴恒温下振荡60 min后，不同藻种对铀的吸附容量对比如图 2所示. 从中可见，在11株备选藻种中，栅藻LX1对铀的吸附容量最大，为40.7 mg ·g-1，其次是普通小球藻.图 2 不同藻种对铀的吸附容量对比2.2 不同藻种在mBG11培养基中的最大生物量比较11株备选藻种在mBG11培养基中生长16 d、进入稳定期后的最大生物量对比如图 3所示，可代表藻种在城镇生活污水二级处理出水中的最大生长潜力. 除月牙藻ZSF的最大生物量较低(仅0.16 g ·L-1)外，其余所有藻种的最大生物量均在0.27 g ·L-1以上，尤其是栅藻ZSF1、小球藻ZTY2、栅藻LX1等8株藻种的最大生物量达到了0.30-0.40 g ·L-1之间.图 3 不同藻种在mBG11培养基中生长16 d后的最大生物量对比在一般的微藻培养体系中，典型的藻细胞生物量水平[23]为0.30-0.40 g ·L-1. 可见，除月牙藻ZSF外，绝大部分藻种均在城镇生活污水二级处理出水中有较大的生长潜力. 其原因为，从污水处理厂或实际水体中分离得到的藻种，往往能够更好地适应实际水体环境，生长状况更好[24].2.3 不同藻种的沉降性能比较沉降率S表征了藻液静置60 min后，易于自然沉降的藻细胞生物质占总生物质的比例. 重力沉降是最简单、最常用的藻细胞收获方式之一，沉降率S越高，表明藻细胞越易于通过重力沉降收获. 11株备选藻种生长进入稳定期后的沉降率对比如图 4所示.图 4 不同藻种生长进入稳定期后的沉降率对比可见，雨生红球藻和所有栅藻的沉降率普遍较高，均在40.0%以上; 其中，栅藻ZSF1、雨生红球藻和栅藻LX1的沉降率较高，分别为48.7%、 47.9%和45.3%. 小球藻的沉降率相对较低，均在30.0%左右. 羊角月牙藻的沉降率最低，仅为24.6%.3 讨论3.1 藻细胞对铀的吸附容量Kalin等[25]总结了不同藻种对U(Ⅵ)的吸附能力，如表 2所示. 其中，Pseudomonas 对铀的吸附容量最大，为96 000 mg ·g-1; 吸附容量在100-600 mg ·g-1之间的藻种有13株，占总数的56.5%; 吸附容量在100 mg ·g-1以下的藻种有9株，占总数的39.1%. 栅藻LX1对铀的吸附容量在表 2中属于后40%，与表中栅藻的吸附容量(75 mg ·g-1)同属一个数量级.编号藻种吸附容量/mg ·g-1吸附过程pH1 Pseudomonas96 0002 Saccharomyces5713 Sargassum560 44 Pseudomonas541 冻干5 Sargassum5246 Aspergillus4237 Pseudomonas410 58 Saccharomyces3609 Sargassum330 3.210 Talaromyces323 511 Rhizopus>180 412 Kluyveromyces18013 Sargassum150 2.614 Saccharomyces13815 Scenedesmus7516 Rhizopus arrhizus42.3 3.517 Peltigera42 4.0-5.018 Aspergillus40 4.0-5.019 Cladonia2920 Chlorella28.5 3.521 Penicillium spp. 20.3 3.522 Chlorella15.623 Umbilicaria10表 2 藻种对U(Ⅵ)的吸附容量对比虽然栅藻LX1对铀的吸附容量与已有报道的藻种相比并不具有优势，但如前文的筛选原则所述，面向实际应用，不能仅关注吸附容量，还应综合考虑藻细胞培养成本、藻细胞易培养性、藻细胞沉降性能等多种因素.3.2 吸附铀的优势藻种确定藻种对铀的吸附容量及其在低氮磷水体(城镇生活污水处理厂二级处理出水)中的生长潜力，是藻种筛选的两项主要指标. 以不同藻种在mBG11培养基中的最大生物量为横坐标、对铀的吸附容量为纵坐标，绘制优势藻种筛选图，如图 5所示.图 5 吸附铀的优势藻种筛选对比越靠近上方的点，表明藻种对铀的吸附容量越高; 越靠近右方的点，表明藻种在低氮磷水体中的生长潜力越大. 根据筛选原则，应选择右上方的点作为优势藻种.通过图 5可以看出，栅藻LX1处于图中的右上方位置：其对铀的吸附容量最高，并且在低氮磷水体中的生长潜力也较大. 同时，栅藻LX1在生长进入稳定期后的沉降性能也较好. 因此，在本研究范围内，可确定栅藻LX1为放射性废水处理中吸附铀的优势藻种.具体参见污水宝商城资料或更多相关技术文档。