養(yǎng)豬沼液的滅藻效果及微藻養(yǎng)殖的預處理

養(yǎng)豬沼液的滅藻效果及微藻養(yǎng)殖的預處理

生豬沼氣的成分復雜，氮和磷含量高，具有豐富的有機物質(zhì)。在開放自然環(huán)境中,養(yǎng)豬沼液非常有利于一些細菌、雜藻等微生物的生長繁殖,而這些微生物的出現(xiàn)又促進了其掠食者原生動物(如鐘蟲)、微型后生動物(如輪蟲、線蟲),甚至各種無脊椎動物幼蟲(如孑孓)等的出現(xiàn),從而構(gòu)成了非常復雜的食物鏈［２］。在資源化利用養(yǎng)豬沼液的過程中,如果直接將微藻接種到養(yǎng)豬沼液中,就增加了食藻害蟲的食源,同時微藻的快速繁殖也會促進養(yǎng)豬沼液中溶氧量的提高,刺激捕食者數(shù)量猛增,使得微藻被吞食而抑制生長,甚至全部消失。養(yǎng)豬沼液中的食藻害蟲可以捕食其中的細菌、藻類和其他浮游動物［３］,而且有一部分原生動物能將微藻作為唯一的食物來源［４－５］。這些食藻害蟲對不利環(huán)境的抵抗能力強［６］,可以通過分泌膠體形成包囊來抵抗不利環(huán)境,一旦環(huán)境好轉(zhuǎn),又開始迅速繁殖［７］,這也是養(yǎng)豬沼液中食藻害蟲難以處理的原因之一。目前,已有較多關于食藻害蟲治理的報道。如賈述竟［８］用制霉菌素處理鐘形蟲;徐曉平等［９］用溴氰菊酯處理輪蟲;甘志凱等［１０］研究了pH對草履蟲的殺滅作用,這些方法都取得了很好的殺蟲效果。但是養(yǎng)豬沼液中的食藻害蟲種類比較復雜,而且養(yǎng)豬沼液的成分也復雜,以上方法均不適于養(yǎng)豬沼液的滅蟲。因此,觀察養(yǎng)豬沼液養(yǎng)殖微藻過程中出現(xiàn)的食藻害蟲種類,并針對這些食藻害蟲找到簡單方便、高效環(huán)保的防控方法非常有必要。本課題組在以往的研究過程中發(fā)現(xiàn),利用養(yǎng)豬沼液養(yǎng)殖微藻的一個關鍵難點就是控制這些食藻害蟲的繁殖。因此,對養(yǎng)豬沼液進行適當?shù)念A處理很有必要?？紤]微藻養(yǎng)殖和養(yǎng)豬沼液凈化的雙重需求,預處理必須滿足如下要求:(1)處理的藥物成本、設備成本,以及處理方法的能耗要低;(2)處理后養(yǎng)豬沼液不能影響后期的微藻繁殖生長。本研究比較了不同預處理方法對養(yǎng)豬沼液的滅蟲效果和后期微藻養(yǎng)殖的影響,擬優(yōu)選出較佳的預處理辦法,以期為利用養(yǎng)豬沼液實現(xiàn)規(guī)?；B(yǎng)殖微藻找出有效的途徑。本實驗藻種小球藻(Chlorellavulgaris)FACHB-31(簡稱小球藻)由中國科學院武漢水生研究所淡水藻種庫提供。所用養(yǎng)豬沼液取自南昌市某公司的養(yǎng)豬場。漂白粉,氨水,生石灰,鹽酸,洗潔精,雙效靈(主要成分是阿維菌素溶液)、魚蟲凈(主要成分是溴氰菊酯溶液),甲維特殺(主要成分是甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽溶液),蟲克AEC(主要成分是伊維多拉菌素原粉)。1.2主要設備UV9100系列紫外—可見分光光度計、LWD200-37FT熒光倒置顯微鏡、MettlerToledo320-SpH計。1.3實驗方法1.3.1生物多樣性測定將小球藻按照20%(體積分數(shù),下同)接種量接入100L用300目紗布過濾的養(yǎng)豬沼液中,置于玻璃溫室內(nèi)的開放式平板反應器中培養(yǎng)21d,每天攪拌3~4次,監(jiān)測藻液中的生物種類和數(shù)量,并查閱相關文獻和資料進行比對［１１－１２］。無脊椎動物個體較大,采用五點取樣法直接計數(shù),樣方大小為20cm×20cm×20cm,然后取平均值作為密度;其他生物個體較小,計數(shù)時采用五點取樣法,5個取樣點分別用膠頭滴管取一滴管(0.05mL,下同)藻液在顯微鏡下觀察計數(shù),再取平均值作為密度。1.3.2食藻害蟲加樣處理將小球藻按照20%接種量接入10L用300目紗布過濾的養(yǎng)豬沼液中,當藻濃度明顯開始下降、在顯微鏡觀察下可以發(fā)現(xiàn)許多食藻害蟲時,將藻液混合均勻,各取300mL藻液加入到12個500mL的錐形瓶中,編號為1~12號,各組處理方法見表1。處理10、24h后分別在顯微鏡下觀察各組藻液中的食藻害蟲數(shù)量。1.3.3食藻害蟲密度將小球藻按照20%接種量接入10L用300目紗布過濾的養(yǎng)豬沼液中,當藻濃度開始下降、顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)許多食藻害蟲時,進行計數(shù)。將藻液混合均勻,分別取3滴管藻液進行計數(shù),然后取平均值計算食藻害蟲密度。再各取2L混均的藻液依次加入5個5L錐形瓶中,編號為1~5號,并分別按0、10、20、30、40mg/L加入漂白粉,10、24h后在顯微鏡下觀察食藻害蟲密度。1.3.4食藻害蟲群落檢測取500mL錐形瓶5個,分別編號為1~5號。其中,1號加入200mL靜置10d的養(yǎng)豬沼液上清液;2號加入200mL經(jīng)煮沸3min后再冷卻至室溫的養(yǎng)豬沼液;其他加入200mL用300目紗布過濾的養(yǎng)豬沼液。3號不處理作為對照組;4號加入40mg/L漂白粉;5號用生石灰調(diào)節(jié)pH至12.00,2h后用鹽酸調(diào)回pH至8.00。然后將小球藻按照20%接種量接入各個錐形瓶,每天檢測藻濃度(以680nm處的吸光度(OD６８０)表征),并用顯微鏡觀察各組的食藻害蟲群落變化。其中,4號接種后的第6天再次接入10%的小球藻。1.3.5養(yǎng)沼液的過濾取500mL錐形瓶4個,分別編號為1~4號,分別加入用300目紗布過濾的養(yǎng)豬沼液200mL。1~4號分別投加40mg/L漂白粉后放置0、2、4、5d,然后將小球藻按照10%接種量接入各個錐形瓶,每天檢測藻液的OD６８０,并用顯微鏡觀察各組的食藻害蟲群落變化。2結(jié)果與分析2.1微生物及原生動物對藻液的影響實驗發(fā)現(xiàn),在培養(yǎng)的初始幾天,小球藻迅速生長,藻液越來越濃綠,但是培養(yǎng)兩周時,藻液由綠色轉(zhuǎn)變?yōu)榈S褐色,藻濃度迅速降低,且底部有很多絮凝沉淀。在前期的藻液中發(fā)現(xiàn)了輪蟲、草履蟲、鐘蟲、變形蟲、漫游蟲等生物,數(shù)量增加迅速,而小球藻濃度迅速下降,說明藻液中的微型后生動物和原生動物對小球藻的養(yǎng)殖有很大的危害。此外,還可以看見少量的斜生柵藻、四尾柵藻等雜藻,后期藻液中還出現(xiàn)了蚊子幼蟲、線蟲等(見表2)?？梢?養(yǎng)豬沼液在開放環(huán)境中儲存一定時間后,易出現(xiàn)原生動物、微型后生動物和其他無脊椎動物,而對微藻生長影響較為嚴重的主要是原生動物和微型后生動物。2.2不同藥劑用量的滅蟲效果比較不同預處理方法在沼液養(yǎng)殖微藻過程中的滅蟲效果見表3。由表3可見,3、4、5、7號實驗組均有較好的滅蟲效果,而其他各組的滅蟲效果均不理想。由表4可見,7號實驗的耗能太大,不適于大規(guī)模養(yǎng)豬沼液的滅蟲處理;4號實驗雖然藥劑添加量少、成本低,但是會增加沼液的氮含量,惡化水質(zhì),而且殘留氨會對后期微藻生長繁殖產(chǎn)生不利影響;3、5號實驗處理方法的滅蟲效果很好,而且藥劑添加量少、成本低、操作簡單,比較適合養(yǎng)豬沼液的滅蟲處理。2.3漂白粉濃度對養(yǎng)沼液食藻害蟲的影響不同食藻害蟲對漂白粉的耐受能力存在差異。處理前的藻液中發(fā)現(xiàn)了草履蟲、鐘蟲、變形蟲、漫游蟲、輪蟲,密度分別為13、2、7、1、2個/滴。從表5可以看出,隨著漂白粉濃度的增加,對藻液中食藻害蟲的傷害也越來越大,當漂白粉質(zhì)量濃度達到40mg/L(每噸養(yǎng)豬沼液的處理成本僅為0.0500元)時,已基本可以殺滅所有食藻害蟲,而且在后續(xù)觀察中沒有再發(fā)現(xiàn)這些食藻害蟲的出現(xiàn)。同時還發(fā)現(xiàn),個體小的食藻害蟲對漂白粉的耐受力相對較弱。2.4增加了氧漂白粉常見的小球藻養(yǎng)豬沼液上清液中一般食藻害蟲數(shù)量較少［１３］。由圖1可見,1號實驗的藻濃度先上升,而后隨著蟲害爆發(fā),藻的生長繁殖受到一定抑制,藻濃度趨于平穩(wěn);3號實驗作為對照,未做滅蟲處理,藻濃度先上升后受到嚴重抑制,因為隨著藻濃度的增加,食藻害蟲快速繁殖生長,吞食小球藻。4號實驗在前5天藻濃度有所下降,且看不到藻的生長跡象,因為漂白粉中的次氯酸鹽對小球藻有很大的傷害,但次氯酸鹽在開放式環(huán)境中見光易分解,因此在第6天嘗試再次接入10%的小球藻作為藻種,小球藻開始生長繁殖,藻濃度逐漸上升。可見,在漂白粉處理5d以后,藻液中的余氯不再對小球藻的生長產(chǎn)生傷害?？傮w來看,2號和再次接種的4號實驗保持著較高的藻生長速率,且最終獲得的藻生物量也較其他實驗組高,說明這兩種預處理方法不僅很好殺滅了養(yǎng)豬沼液中的食藻害蟲,而且對養(yǎng)豬沼液中的營養(yǎng)物質(zhì)破壞較少。5號實驗中小球藻的生長速率相對較慢,而且最終獲得的藻生物量不高,可能是因為在調(diào)節(jié)pH至12.00時,養(yǎng)豬沼液中出現(xiàn)了一些絮凝沉淀,使某些營養(yǎng)物質(zhì)遭到了破壞而不能被小球藻有效利用。綜合小球藻的養(yǎng)殖效果、滅蟲處理成本和連續(xù)性處理能力來看,4號實驗的滅蟲處理方法最為理想。因為漂白粉添加量少、成本低,而且易分解、實驗操作容易,適用于大規(guī)模、連續(xù)化處理養(yǎng)豬沼液。但是投加漂白粉后需要放置一段時間之后才可以接種藻液,否則小球藻會被殘留的次氯酸鹽抑制,因此需要明確漂白粉預處理養(yǎng)豬沼液的最佳培養(yǎng)時間。2.5投加漂白粉后再接種藻液對小球藻生長的影響隨著時間的推移,漂白粉中的次氯酸鹽可以轉(zhuǎn)化為易揮發(fā)或無害的成分。從圖2可以看出,1號實驗在投加漂白粉后馬上接種藻液,藻濃度持續(xù)下降;2、3、4號實驗的小球藻在初始的2d生長較慢,從第3天開始均出現(xiàn)了較快的生長趨勢,3、4號實驗的生長速率相差不大,均大于2號實驗。這說明投加漂白粉后放置2d再接種藻液,就不會完全殺死小球藻,但仍然會對其生長產(chǎn)生一定抑制作用,而放置4、5d后再接種藻液,則基本不會對小球藻后期的生長造成傷害?？梢?40mg/L漂白粉處理養(yǎng)豬沼液后,養(yǎng)豬沼液需至少放置4d,才可進行接種、培養(yǎng)微藻。3間后微藻的生長(1)養(yǎng)豬沼液在開放環(huán)境中儲存一定時間后,易出現(xiàn)原生動物、微型后生動物和其他無脊椎動物,對微藻生長影響較為嚴重的主要是原生動物和微