本發(fā)明涉及富營(yíng)養(yǎng)污水處理，特別涉及一種用于高效清除污水富營(yíng)養(yǎng)元素的小球藻及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、生產(chǎn)、生活等過(guò)程中產(chǎn)生的廢水中大多含有各種有害物質(zhì)，如果直接或未經(jīng)過(guò)處理而排放到環(huán)境中，會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化以及重金屬等有毒物質(zhì)含量升高，將對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。其中，水體富營(yíng)養(yǎng)化是指廢水中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量過(guò)多而引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在人類(lèi)活動(dòng)的影響下日益嚴(yán)重，成為當(dāng)前全球性的環(huán)境問(wèn)題之一。

2、針對(duì)富營(yíng)養(yǎng)廢水的污水處理工藝包括物理、化學(xué)和生物等多種方法。常規(guī)處理方法如水體底泥疏浚、水面人工曝氣、投加化學(xué)藥劑、引水稀釋降低營(yíng)養(yǎng)鹽水平等，雖然可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體的修復(fù)，但同時(shí)可能破壞原有生態(tài)環(huán)境，且工程量大，施工成本高，容易引起二次污染，一般只作為應(yīng)急措施使用。生物法水質(zhì)修復(fù)技術(shù)利用特定生物在代謝過(guò)程中對(duì)水體中富營(yíng)養(yǎng)元素的生物吸收、生物轉(zhuǎn)化和生物積累效應(yīng)，達(dá)到減少水體富營(yíng)養(yǎng)元素含量，提升水質(zhì)，恢復(fù)水體生態(tài)功能的目的。生物法水質(zhì)修復(fù)技術(shù)因其低投資，高效益，便于應(yīng)用和發(fā)展?jié)摿薮蠖鴤涫荜P(guān)注。

3、水體富營(yíng)養(yǎng)化常伴隨藻類(lèi)的大量生長(zhǎng)，并由此形成藻華，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響。值得注意的是，藻類(lèi)生長(zhǎng)本身是一種天然的固定和清除水體中富營(yíng)養(yǎng)元素的表現(xiàn)形式，若能應(yīng)用藻類(lèi)這一特性，同時(shí)設(shè)立工藝技術(shù)安全轉(zhuǎn)移固定于藻類(lèi)生物質(zhì)中的氮磷元素，則能形成一套有效的基于藻類(lèi)的生物修復(fù)技術(shù)。實(shí)際上，利用藻類(lèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)廢水的生物處理已成為污水治理技術(shù)的新趨勢(shì)。藻類(lèi)細(xì)胞能利用無(wú)機(jī)氮和有機(jī)氮化合物作為氮源，如硝酸鹽、亞硝酸鹽和銨鹽等，這些氮源可以被藻類(lèi)用于合成氨基酸和蛋白質(zhì)；同時(shí)，磷酸鹽被藻細(xì)胞吸收后，通過(guò)多種磷酸化途徑轉(zhuǎn)化成atp、磷脂等有機(jī)物，從而實(shí)現(xiàn)磷的去除。利用藻類(lèi)清除廢水中的氮磷技術(shù)已廣泛應(yīng)用于養(yǎng)殖廢水、城市生活污水等多種廢水處理場(chǎng)景。

4、利用藻類(lèi)清除廢水中的氮磷技術(shù)雖然具有廣闊的應(yīng)用前景，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)。特別是在技術(shù)層面，具有高效脫氮除磷效果的功能藻種選育不完善，自然界中純化分離獲得的藻類(lèi)往往清除效率偏低，難以適應(yīng)高濃度的污水環(huán)境。造成這一問(wèn)題的原因有多種，例如：

5、①種質(zhì)資源有限：盡管自然界中存在大量不同藻類(lèi)，但并非所有藻類(lèi)都具備高效去除氮磷的能力。同時(shí)，當(dāng)前對(duì)于具有高效清除氮磷能力的藻種資源發(fā)掘不足，導(dǎo)致在選育過(guò)程中可選擇的范圍有限。

6、②篩選難度高：從大量的藻類(lèi)中篩選出具有高效去除氮磷能力的藻種需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和資源。同時(shí)，篩選過(guò)程中需要建立科學(xué)的評(píng)價(jià)體系，以準(zhǔn)確評(píng)估不同藻種的去除效率和適應(yīng)性。

7、③遺傳穩(wěn)定性差：某些藻種在長(zhǎng)期的馴化和培養(yǎng)過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)遺傳變異，導(dǎo)致去除效率下降。遺傳穩(wěn)定性差還可能導(dǎo)致藻種在實(shí)際應(yīng)用中難以保持穩(wěn)定的去除效果。

8、④適應(yīng)性的挑戰(zhàn)：廢水中的污染物種類(lèi)和濃度復(fù)雜多變，不同廢水之間的水質(zhì)差異顯著。藻種需要具備良好的適應(yīng)性，能夠在不同水質(zhì)條件下保持高效的去除效率。

9、⑤其他方面的挑戰(zhàn)：藻種的生長(zhǎng)和去除效率受到光照、溫度、ph值、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度等多種環(huán)境因素的影響，環(huán)境因素的波動(dòng)可能導(dǎo)致藻種生長(zhǎng)受限或去除效率下降。在廢水處理系統(tǒng)中，可能存在其他微生物或藻類(lèi)與選育的藻種競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生存空間，這種競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系可能導(dǎo)致選育的藻種生長(zhǎng)受到抑制，從而影響其去除效率。

10、總而言之，藻類(lèi)本身天然分布于各類(lèi)富營(yíng)養(yǎng)水體中，利用藻類(lèi)清除富營(yíng)養(yǎng)水體中的氮磷元素具有強(qiáng)大的應(yīng)用前景，但是目前尚缺乏水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，生長(zhǎng)周期短，代謝速率快，養(yǎng)殖成本低，氮磷脫除效率高的藻種資源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種用于高效清除污水富營(yíng)養(yǎng)元素的小球藻及其應(yīng)用，通過(guò)設(shè)計(jì)一整套包含實(shí)地采樣、藻種分離鑒定、藻種培養(yǎng)、氮磷元素清除驗(yàn)證及污水處理試驗(yàn)方法，篩選出了能夠清除污水中的氮（主要為氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮等）、磷（主要為正磷酸鹽）和有機(jī)物等富營(yíng)養(yǎng)元素的小球藻，這種小球藻具有污水水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，擴(kuò)增速率快，氮磷清除效率高等優(yōu)勢(shì)。具體通過(guò)以下技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

2、本發(fā)明提供了一種小球藻（chlorella?sp.）111-4在高效清除污水富營(yíng)養(yǎng)元素中的應(yīng)用。

3、進(jìn)一步地，將小球藻接種于待處理污水中，進(jìn)行氮、磷和toc的降解。

4、本發(fā)明還提供了一種高效清除污水富營(yíng)養(yǎng)元素的方法，將小球藻（chlorellasp.）111-4接種于待處理污水中，進(jìn)行氮、磷和toc的降解；所述小球藻（chlorella?sp.）111-4已于2025年03月14日保藏于中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心，保藏編號(hào)為cctcc?no:m2025475，保藏地址為中國(guó)武漢，武漢大學(xué)。

5、進(jìn)一步地，所述待處理污水中，總氮、總磷及toc的原始含量分別不超過(guò)120.885mg/l、14.39mg/l、69.545mg/l。

6、進(jìn)一步地，以所述待處理污水體積計(jì)，所述小球藻（chlorella?sp.）111-4的接種量為0.17?mg/l。

7、進(jìn)一步地，所述降解的條件為：溫度22℃，光照強(qiáng)度30?μmol/(?m2?s)進(jìn)行持續(xù)光照，通入經(jīng)0.22?μm濾膜過(guò)濾的，含體積分?jǐn)?shù)為4%二氧化碳的空氣。

8、進(jìn)一步地，所述富營(yíng)養(yǎng)元素為氮、磷和toc。

9、進(jìn)一步地，在接種所述小球藻（chlorella?sp.）111-4之前，對(duì)所述待處理污水進(jìn)行預(yù)處理，去除顆粒雜質(zhì)，和/或調(diào)節(jié)ph值。

10、進(jìn)一步地，完成所述待處理污水中富營(yíng)養(yǎng)元素的清除后，分離、回收水體中的小球藻（chlorella?sp.）111-4，干燥，提取小球藻（chlorella?sp.）111-4中的生物油脂和/蛋白質(zhì)，或者作為有機(jī)肥料。

11、一般地，小球藻（chlorella?sp.）111-4可以通過(guò)適當(dāng)?shù)氖斋@方法（如絮凝、沉淀、過(guò)濾、離心等），從污水中分離出來(lái)，進(jìn)行后續(xù)的處理和處置；能夠避免二次污染，并提高小球藻（chlorella?sp.）111-4的生物回收利用。例如可以提取小球藻（chlorella?sp.）111-4中的生物油脂、蛋白質(zhì)等有用的成分，還可以將小球藻（chlorella?sp.）111-4用作生物有機(jī)肥料或動(dòng)物飼料。

12、本發(fā)明還提供了一種小球藻（chlorella?sp.）111-4，其特征在于，所述小球藻（chlorella?sp.）111-4已于2025年03月14日保藏于中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心，保藏編號(hào)為cctcc?no:m?2025475，保藏地址為中國(guó)武漢，武漢大學(xué)；所述小球藻（chlorella?sp.）111-4用于高效清除污水富營(yíng)養(yǎng)元素。

13、本發(fā)明提供的小球藻（chlorella?sp.）111-4，是在污水處理廠的曝氣池、沉淀池或生物反應(yīng)池等處理單元中分離、篩選、培養(yǎng)出的，具有高效降解氮、磷和toc能力的原位培養(yǎng)藻類(lèi)。

14、一般來(lái)說(shuō)，藻種選擇、光照條件、溫度和酸堿度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水力停留時(shí)間等因素是影響藻類(lèi)清除水體富營(yíng)養(yǎng)元素效率的關(guān)鍵。本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化所述小球藻（chlorellasp.）111-4的生長(zhǎng)條件，例如調(diào)節(jié)污水中的光照、溫度、ph值、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（如氮、磷、碳源等）的濃度以及曝氣量等參數(shù)，優(yōu)化小球藻（chlorella?sp.）111-4的生長(zhǎng)環(huán)境，能夠顯著提高其對(duì)氮磷的吸收效率。

15、其中，光照是藻類(lèi)光合作用的重要影響因子。本發(fā)明中，在適當(dāng)?shù)墓庹諘r(shí)間和光照強(qiáng)度下（如光暗對(duì)比為12h:12h、光照強(qiáng)度為4000?lux），小球藻（chlorella?sp.）111-4對(duì)污水中的氨氮的去除率可達(dá)較高水平。

16、小球藻（chlorella?sp.）111-4對(duì)酸堿度也具有一定的適應(yīng)性，但通常在中性條件下生長(zhǎng)更好；過(guò)高或過(guò)低的酸堿度都可能對(duì)藻類(lèi)的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。

17、溫度通過(guò)影響酶的活性和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用等進(jìn)而影響藻類(lèi)的生長(zhǎng)發(fā)育。本發(fā)明提供的小球藻（chlorella?sp.）111-4在適宜的溫度范圍內(nèi)（如24-28℃），藻類(lèi)的生長(zhǎng)和氮磷去除效果最佳。

18、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（toc）的濃度和組成對(duì)藻類(lèi)的生長(zhǎng)及發(fā)育有重要作用。在自養(yǎng)和異養(yǎng)模式下，小球藻（chlorella?sp.）111-4對(duì)氨氮的去除率存在差異。

19、氮磷比例也會(huì)影響磷的吸收速率。

20、污泥停留時(shí)間對(duì)小球藻（chlorella?sp.）111-4的水處理效能具有較大影響。適當(dāng)?shù)奈勰嗤Ａ魰r(shí)間有助于維持系統(tǒng)中藻類(lèi)的穩(wěn)定生長(zhǎng)和高效的氮磷去除率。利用藻類(lèi)在生長(zhǎng)過(guò)程中自然吸收污水中的氮（包括氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮等）和磷（主要是正磷酸鹽）的特性，通過(guò)延長(zhǎng)污水與藻類(lèi)的接觸時(shí)間和增加藻類(lèi)的生物量，能夠進(jìn)一步提高氮磷的去除率。

21、（5）水質(zhì)監(jiān)測(cè)與工藝調(diào)整：每天監(jiān)測(cè)處理水質(zhì)參數(shù)，包括但不限于氮磷濃度、化學(xué)需氧量(cod)以及藻類(lèi)的生長(zhǎng)狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果適時(shí)調(diào)整處理工藝參數(shù)，以確保氮磷去除效率的穩(wěn)定性和優(yōu)化。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于：

23、1、本發(fā)明所提供的小球藻，在降解總氮、總磷、toc方面，比其他所報(bào)道的小球藻污水處理效果更加顯著，7天內(nèi)對(duì)廢水中的氮磷降解率高達(dá)97%以上，是一株具有高效凈化水體的原位藻。

24、2、本發(fā)明所提供的小球藻能夠很好適應(yīng)污水處理廠原位水質(zhì)，具有極快的生長(zhǎng)速率。