易收集性同样是藻类整治技术应用于城市水体处理工程的关键。选取适当的载体有助于藻类的稳定生长和对营养盐的吸收以及增加水体治理的可控性。天津大沽河是天津市南部主要的排污排沥河道，担负两个污水处理厂出水及沿线各区雨污水排放任务，水体富营养化严重。笔者选取聚乙烯网片和聚乙烯孔板作为载体材料，以混合着生藻（水网藻和丝藻）为主体，研究不同载体与混合着生藻的组合对富营养化水体中磷去除效果的影响。
1 材料与方法
1.1 材料
实验用水为天津市大沽河水，其水温（26.1± 0.5）℃、pH 8.54±0.20、溶解氧（10.96±0.30）mg/L、磷酸盐（0.82±0.39）mg/L、总磷（0.96±0.31）mg/L、氨氮（9.48±0.10）mg/L、硝态氮（8.06±0.11）mg/L、总氮（18.84±0.21）mg/L。为了解该河春、夏、秋季的富营养化状态，采用综合营养状态指数法，选择3月、7月、11月的叶绿素a（Chl-a）、总磷（TP）、总氮（TN）和透明度（SD）4项指标平均值为代表进行评价，结果见表1。
表1 大沽河富营养状态评价结果
| 月份 | Chl-a/（μg·L-1） | TP/（mg·L-1） | TN/（mg·L-1） | SD/m | 营养状态指数 | 营养级别 |
| 3 | 13.67 | 1.66 | 31.92 | 32.50 | 61 | 中度富营养 |
| 7 | 96.77 | 3.43 | 14.42 | 10.00 | 75 | 重度富营养 |
| 10 | 83.03 | 1.27 | 18.76 | 10.00 | 71 | 重度富营养 |
实验用藻种采自天津市西青区大沽河。显微镜检显示，优势藻主要为水网藻和丝藻。将藻体反复清洗并筛选后，以BG11培养基扩增培养。实验前将藻体用蒸馏水冲洗，并按照湿重1:1进行混合，饥饿培养48 h作为实验材料。
着生载体的选取原则：表面粗糙利于藻类着生；生产成本低；在水中不易腐烂；能够适应多种河道情况。聚乙烯网片的网孔密度大，化学稳定性好，韧性好，成本低；聚乙烯孔板网孔密度小，孔径大。
1.2 实验方法
取大沽河水800 mL置于1 L烧杯中，向其中投放0.8 g（湿重）藻体。试验分为两组：着生藻实验组（着生藻-无载体、着生藻-聚乙烯孔板和着生藻-聚乙烯网片）和无藻对照组（无载体-无藻、聚乙烯孔板-无藻和聚乙烯网片-无藻）。聚乙烯孔板载体以斜板方式置于烧杯中。聚乙烯网片载体用纤维绳穿接，使其悬挂于水中。各实验条件设置3组平行。培养条件为：光照强度8 000~12 000 Lx，温度20~25 ℃，光暗比为16:8。每隔48 h取样，以正磷酸盐、总磷为测定指标。
1.3 磷的测定
磷的测定参考《水和废水检测分析方法》（4版），采用钼锑抗分光光度法进行测定，总磷TP经过消解后测定；溶解性无机磷DIP是通过0.45 μm滤膜过滤后直接测定磷酸盐。
1.4 数据处理
使用Microsoft office Excel 2013和Origin 8. 5和SPSS 20软件进行数据分析与绘图。
2 结果与讨论
图1
图2
实验进行的前3 d，着生藻实验组中PO43--P浓度下降较快，而后缓慢下降直至趋于零。实验结束时，PO43--P去除率均在90%以上。其中，以聚乙烯网片为载体的效果最好，去除率达到98.72%以上，培养基残留质量浓度小于0.01 mg/L。TP浓度变化与PO43--P有相似的趋势。
表2 磷酸盐去除率T检验结果
| 不同组别 | 时间 | |||
| 3 d | 5 d | 7 d | 9 d | |
| A0-A1 | 0.022a | 0.088 | 0.315 | 0.017a |
| A1-A2 | 0.013a | 0.036a | 0b | 0.006b |
| A2-A0 | 0.001b | 0.007b | 0.026a | 0.051 |
| 不同组别 | 1 d | 3 d | 5 d | 7 d |
| N0-N1 | — | — | — | — |
| N1-N2 | 0.009b | 0.216 | 0.009b | 0.019a |
| N2-N0 | — | — | — | — |
表3 总磷去除率T检验结果
| 不同组别 | 时间 | |||
| 3 d | 5 d | 7 d | 9 d | |
| A0-A1 | — | — | — | 0.098 |
| A1-A2 | 0.428 | 0.345 | 0.22 | 0.029a |
| 不同组别 | 时间 | |||
| 1 d | 5 d | 7 d | 9 d | |
| N0-N1 | — | — | — | 0.007b |
| N1-N2 | 0.082 | 0.001b | 0.456 | 0.007b |
统计分析表明，前7 d，实验组中着生藻-聚乙烯网片组的磷酸盐去除率与另两组之间差异显著（P < 0.05）。由此表明，聚乙烯网片作为载体更有利于前期磷酸盐的去除，这主要是由于藻体和微生物在不同载体上的附着能力不同，聚乙烯网片的网孔密集，成膜过程中形成了三维结构，相对比表面积较大，为微生物附着提供了更多空间和更理想的生长环境〔12〕。而有无载体对总磷的去除效果区别极显著（P < 0.01）。增加载体后，TP去除率达到90%以上用时3 d，比无载体时缩短了6 d；而PO43--P去除率达到90%以上的时间分别为3 d和5 d。而对比着生藻-聚乙烯孔板组和着生藻-聚乙烯网片组发现，9 d实验周期中，后者的TP和PO43--P平均去除速率最快，且最终的去除率和处理效果都优于其他两组。这与吴睿等〔13〕对于不同人工载体处理富营养化水体的研究结果类似。实验进行到第9天时，聚乙烯孔板组和聚乙烯网片组的总磷去除率开始出现显著差异（P < 0.05），且聚乙烯孔板组的磷浓度出现回升。聚乙烯网片作为载体时，混合着生藻生长周期更长，而聚乙烯孔板组中的藻体和微生物开始进入衰老期，对磷的固定能力降低〔14〕。此外，不同载体上附着微生物群落结构和组成的差异也可能是影响载体水质净化能力的重要因素〔13〕。
P. E. Holme〔17〕认为，当有微生物存在时，藻类附着能力明显增强。藻细胞周围存在一个区域，称为“藻际”，微生物在藻类胞外产物的刺激下生长〔18〕。实验中，载体给微生物提供了稳定生存空间。聚乙烯网片载体在水中立体均匀排列，对有机磷和聚合态磷酸盐有更强的吸附能力，也使水、气和微生物得到充分接触，从而使微生物的生命活动增强〔19〕。藻类本身也具有附着能力，并且由于微生物分解的营养物质等驱使，藻类细胞逐渐附着于载体上。因此，载体上形成藻类生物膜。微生物为着生藻提供了碳源CO2和磷源，以及生长因子〔20〕。而着生藻光合作用产生O2供给异养微生物。A. Carvalho等〔21〕认为O2浓度过高会抑制藻类的光合作用。微生物能有效利用O2，并且释放CO2，从而降低了光合氧压力，提高CO2浓度，从而促进着生藻光合作用和微生物分解作用，进而提高水中磷去除速率。因此，微生物-藻形成的共生体系更有益于磷的去除。
大型丝状绿藻除磷不完全是生物同化过程，生物诱导下的物理化学过程同样重要。生物的光合作用会使局部的pH升高〔22〕，进而增加磷酸钙的沉降以及磷酸盐—碳酸盐复合物的沉积。研究发现，马来眼子菜（Potamogeton malaianus）〔23〕和菹草（Potamogeton crispus）〔24〕在垂直叶片表面，越接近植物叶表面，O2浓度和pH越高。T. P. Murphy等〔25〕发现，藻类可以诱导方解石形成。方解石对磷酸根离子有吸附共沉淀作用。雷国元等〔22〕认为，大型绿藻对可溶磷的去除机制除了直接吸收，还有光合作用诱导碳酸钙在藻体表面沉积，碳酸钙在物理化学作用下吸附磷酸根，在碱性条件下进一步反应生成羟基磷灰石。
藻类-微生物-载体体系的稳定性决定了磷去除效果，而载体材料直接影响体系的稳定性。不同载体表面结构、不同材料类型，其上附着的生物量、生产力都不同〔26〕。Jian Cao等〔27〕发现，浮游藻类生长情况在粗糙的金属表面好于光滑金属板。Yan Cui等〔28〕利用网孔塑料为载体时发现，网孔大小越接近藻细胞直径大小，藻附着力更强。具有较大质量比表面积和复杂形状载体上附着生物的碱性磷酸酶活性显著高于比表面积较小、表面平滑的载体〔26〕。聚乙烯网片具有较大的比表面积，并且相对透光性更好，更利于藻类在其表面附着生长。同时，聚乙烯网片表面附着生物分布均匀，对溶解氧和营养盐的竞争较好，且网片状表面结构不会携带大量溶解态营养盐〔13〕。因此，两种着生载体中，聚乙烯网片更有利于藻类-微生物-载体体系的稳定。
3 结论
（1）载体上会形成藻类生物膜，微生物与藻相互作用提高了磷去除率。因此，载体的存在更有益于藻对磷的去除。
（2）实验周期内，7 d时着生藻-聚乙烯网片组TP去除率达到96.81%，比着生藻-无载体组高11.70%；9 d时着生藻-聚乙烯网片组TP去除率达到98.94%。运行周期可针对不同去除率需求选择为7~9 d。
（3）实验选取的两种着生藻-载体组合体系，均可有效去除水体中的磷。去除效果与稳定性为：着生藻-聚乙烯网片>着生藻-聚乙烯孔板>着生藻-无载体。本实验中聚乙烯网片是载体材料的最优选择。
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