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微藻胞外聚合物与棕鞭藻絮凝效率的关系(二)
来源:济南乾来环保技术有限公司 发布时间:2021-10-25 10:21:52 浏览次数:
          2 结果与讨论 
          2.1 不同环境下棕鞭藻絮凝效率比较
           如图 1 所 示,棕 鞭 藻 在 三 种 不 同 环 境 中 由Al3+ 诱导的絮凝效率在生活污水中最高,BG11培 养基中次之,glu+BG11培养基中最低.Al3+ 投加量为15 mg/L 时,棕鞭藻在三种环境中絮凝效率 差异最为明显,生活污水中絮凝效率高达 89%,约 为BG11中絮凝效率的1.27倍,glu+BG11中絮凝 效率的1.89倍.
          Zhang等研究发现,葡萄糖的添加使得同剂量 Al3+ 条件下,藻细胞絮凝效率显著下降,其原因是微藻在混养生长时分泌了大量对絮凝有一定 抑制作用的物质,从而对絮凝效果产生影响glu+BG11培养基中微藻絮凝效率达到70%时所需的Al3+ 剂量为35mg/L,而在 BG11与生活污水中所 需的 Al3+ 剂量仅为15mg/L和11mg/L,显著降 低的絮凝剂用量和更高的絮凝效率有利于在生活 污水环境中建立高效、经济的藻细胞絮凝收获体 系.在污水环境中建立高效絮凝收获体系将进一步 降低微藻生物柴油制备的成本,对实现微藻能源产 业化应用具有重要的意义.
           2.2 不同重悬体系对棕鞭藻絮凝效率的影响
          图2描述了不同重悬体系对棕鞭藻絮凝效率 的影响.相较于 BG11培养基(A 体系),使用glu+BG11中微藻培养液离心后的上清重悬 BG11中的藻细胞(B 体 系),微 藻 絮 凝 效 率 由 A 体 系 中 的87%降低至64%,使用生活污水中微藻培养液离 心后的上清重悬 BG11中的藻细胞(C体系),微藻 絮凝 效 率 由 A 体 系 中 的 87% 升 至 95% (P <0.05).该现象说明不同环境中微藻絮凝效率有明 显差异,其中 glu+BG11培养基对于微藻絮凝有 显著抑制作用.
           与glu+BG11(D 体系)相比,使用新鲜BG11培 养基重悬glu+BG11培养液中的藻细胞(E体系)絮 凝效率由 D体系中的60%升至83%,使用新鲜glu+BG11培养基重悬glu+BG11培养液中的藻细胞 (F体系)絮凝 效 率 由 D 体 系 中 的 60% 升 至 80%(P<0.05).该现象说明在glu+BG11培养基中藻细 胞絮凝受到抑制是由于微藻在生长代谢中分泌的某 种物质,而并非是培养基中葡萄糖本身的作用.赵 菲研究发现,不同碳源对微藻自絮凝的影响有显 著差异,其中以淀粉为碳源的微藻在培养过程中分 泌较高含量的 AOM 使得微藻絮凝效率较低,其原因是在易代谢碳源缺乏的胁迫作用下促进了 AOM的产生,从而影响微藻的絮凝效率.
           2.3 不同环境下棕鞭藻 AOM 的产量 
           不同环境对棕鞭藻 AOM 产量的影响如图3 所示.在不同 pH 条件下,棕鞭藻在 glu+BG11中AOM 产量均最高,BG11 中 次 之,生 活 污 水 中 最 低.这是因为藻细胞在利用有机碳源的过程中代谢途径不同而导致的,此外在培养介质中不同 C/N 比也会对 AOM 产量产生影响.当pH 为11时,BG11、glu+BG11、生活污水三种环境中 AOM 产 量均达到最大值,分别为0.042g/L、0.109g/L、0.036g/L.当pH 为2时,glu+BG11中 AOM 产量 约为 BG11 中 AOM 产 量 的 2.5 倍,生 活 污 水 中AOM 产量的3.8倍(P<0.05).张波等研究发现,在glu+BG11培养基中当 pH 为11时棕鞭藻 絮凝效率低至21.2%,在生活污水中当pH 为2时棕鞭 藻 絮 凝 效 率 高 达 86.01%,这 与 微 藻 在 不 同 pH 条件下 AOM 的产量不同有关.Li等研究发现微藻 AOM 产量与培养基中的有机物成分有关,有机碳 源 的 添 加 会 促 进 微 藻 产 生 大 量 的 AOM.AOM 中含有大量的胞外多糖,由于胞外多糖中包 含负电荷的基团能够与溶液中带有正电荷的离子产生电中和作用,从而对微藻的絮凝产生抑制作 用.
          2.4 不同环境下棕鞭藻 AOM 的组分分析
           2.4.1 AOM 中多糖与蛋白质含量
           如图4所示,用不同环境培养的微藻 AOM 中 多糖含量为 0.002~0.021g/L,多糖含量差异明显.glu+BG11培养基中多糖含量最高,BG11培养基次之,生活污水最低.DriesVandamme等研究发现,斜生栅藻自絮凝过程受到抑制是因为溶液中的多糖与磷酸盐竞争从而干扰 Ca3(PO4)2 晶体 的形成,且多糖中主要是阴离子多糖发挥抑制絮凝 作用,如葡萄糖醛酸.
           BG11、glu+BG11、生活污水三种环境中蛋白质含 量 较 为 接 近,蛋 白 质/多 糖 的 比 例 依 次 为4.429、1.571、15(P<0.05).Huang等研究表明AOM 中蛋白质是疏水官能团的重要来源,对藻细 胞的桥接具有一定作用,蛋白质/多糖越高,微藻细 胞之间连接就越紧密,从而促进了絮凝.这与图1 中棕鞭藻在三种不同环境下由 Al3+ 诱导的絮凝效 率在生活污水中最高,BG11培养基中次之,glu+BG11培养基中最低结果相一致.
           2.4.2 AOM 中单糖组成及含量
           表1描述了棕鞭藻在不同环境中所产 AOM的单 糖 组 成 以 及 含 量.glu+BG11 培 养 基 所 产AOM 的单糖种类最多(5种),其次为生活污水(4 种)、BG11培养基(3种).陈潮州[19]研究发现以葡萄糖为碳源的微藻 AOM 检测到6种单糖、以乙酸 钠为碳源的微藻 AOM 中检测到8种单糖;Alam等发现了小球藻的多糖由葡萄糖、甘露糖和半 乳糖组成;Mishra等发现 D.salina胞外多糖中 含有 半 乳 糖、葡 萄 糖、木 糖 和 果 糖 四 种 单 糖;Shi等发现 C.pyrenoidosa的多糖主要由甘露糖和葡萄糖组成.由此表明,不同环境、微藻种属差异会 对 AOM 单糖的组成产生重要影响. 
           在glu+BG11培养基中,阿拉伯糖产量最多, 鼠李糖产量最少仅为0.973 mg/L,阿拉伯糖的产 量约为鼠李糖的13倍.在生活污水中,鼠李糖的含量最高约为1.574 mg/L,半乳糖的含量最少仅为0.032mg/L,鼠李糖的含量高于岩藻糖、葡萄糖、 半乳糖总含量之和.微藻 AOM 中单糖组成的差异会影响藻细胞的絮凝效率,Rashid等研究发现 岩藻糖比其他单糖亲水性弱、疏水性强,阿拉伯糖 能够抑制细胞聚集特性,鼠李糖与半乳糖为藻细胞 生长提供能源.
          2.4.3 AOM 的三维荧光光谱分析
           棕鞭藻所产 AOM 的三维荧光光谱图如图5所 示.结果发现,不同环境下棕鞭藻所产 AOM 均存在类蛋 白 荧 光 峰 (A 峰,λex/em =225~250/280~360nm)与酪氨酸荧光峰(B峰,λex/em=260~290/300~330nm),可见富里酸荧光峰(C峰,λex/em =240~260/430~460nm)仅存在于BG11培养基中.
            glu+BG11培养基中棕鞭藻所产 AOM 的类蛋白 A 峰、酪氨酸 B 峰荧光强度明显高于 BG11培养基、生活污水,这与有机碳源促进棕鞭藻生成大量的 AOM 有关.在 glu+BG11培养基中,棕鞭藻细胞快速生长,使得藻细胞更快达到生长衰减 期,衰老、死亡的藻细胞会释放出大量的荧光物质,从而导致荧光物质强度增强.类蛋白与可溶性微生物副产物较易被微生物降解利用,并且微生物在利用糖类、蛋白类化合物时,会造成腐殖酸等大分子 物质的积累.同时,藻类胞外有机物所含荧光物质 的强度、类型与藻种、生长阶段、生长环境均有关,曾滟研究发现,铜绿微囊藻在生长稳定期会较 多地利用荧光物质中容易吸收的酪氨酸和类色氨 酸维持生命,而在生长适应期或衰亡期更多的是利 用溶液中的非荧光物质维持生长繁殖.
             3 结论
            棕鞭藻在生活污水中具有最高的絮凝效率与 最低的 AOM 产量,在含糖体系中由于葡萄糖的添 加使得微藻 AOM 产量显著增加,进而对藻细胞絮 凝产生强烈抑制.与此同时,含糖体系中的 AOM所含的单糖种类最多且阿拉伯糖含量最高,而生活 污水中 AOM 单糖组分以鼠李糖为主.
            原标题:微藻胞外聚合物与棕鞭藻絮凝效率的关系
            原作者:张安龙,文 然,苏琰儒,张 波