胞外物质影响铁盐混凝除铜绿微囊藻的效能与机制

藻及其代谢产物严重威胁着饮用水质的安全.混凝是饮用水处理工艺中去除藻细胞最为重要的单元,而藻细胞的胞外有机物(EOM)是影响藻细胞脱稳和去除的重要因素.本文以铜绿微囊藻为研究对象,对比混凝对原始藻细胞和经离心去除EOM的藻细胞(裸藻)的去除效果.结果发现,在pH为6.0、7.0和8.0的条件下,铁盐混凝对裸藻细胞(去除EOM的藻细胞)的去除率比原始藻细胞分别提高了5.01%、29.24%和27.45%,证实EOM对铁盐混凝除藻具有抑制作用.此外,絮体粒径动态分析表明,在pH分别为6.0、7.0和8.0下,裸藻细胞对应的最大絮体粒径均比原始藻细胞要高.Zeta电位分析表明,裸藻比原始藻的Zeta电位更高,因此,更容易通过压缩双电层脱稳.三维荧光分析结果表明,EOM易与金属发生络合反应,生成螯合物,从而抑制混凝除藻.     

高锰酸钾预氧化强化混凝去除绿藻的研究

以小球藻为对象,研究不同高锰酸钾投加量下小球藻胞外有机物分子量的分布、Zeta电位和胞外有机物浓度变化,并观察细胞结构,探讨预氧化强化混凝的机理.研究发现,当高锰酸钾浓度≤2 mg·L-1时,氧化前后藻液中的有机物组成基本不变,胞外分泌物(EOM)部分被氧化;在预氧化初期,EOM在高锰酸钾诱导下释放,胞外有机物浓度升高;藻的表面电位先下降后上升,藻活性由于高锰酸钾氧化受到抑制,但藻细胞结构保持完整,氧化后生成的MnO2附着在藻细胞表面,增加了藻细胞的比重,有利于后续的混凝沉降除藻.高锰酸钾浓度≥3 mg·L-1时,细胞壁被破坏,藻液中出现大分子的有机物,胞外有机物浓度上升,Zeta电位下降,这些都不利于后续的混凝除藻.结果表明,当高锰酸钾投加量为2 mg·L-1,预氧化1h后,PAC投加量为40 mg.L-1时,除藻效率达到92％,去除效果远好于直接混凝除藻.     

预压力混凝沉淀除藻工艺中DOC变化规律研究

为了探讨预压力混凝沉淀除藻工艺是否会使藻细胞破裂,导致水中溶解性有机物(DOC)增加,进而优化压力作用方式,得到安全、高效的预压力除藻工艺,实验研究了预压力、预氧化技术处理含藻水时DOC的变化,以及水中相对分子质量分布,并研究了混凝沉淀后藻类、浊度、DOC的去除效果.结果表明,在0.5~0.8 MPa压力作用后,水中DOC没有增加,反而减少,且有机物相对分子质量减小.而高锰酸钾与次氯酸钠预氧化均会导致DOC增加,相对分子质量分布没有明显变化.预压力混凝沉淀后藻类去除率96.23%;DOC去除率29.11%,高于预氧化混凝沉淀工艺10%~30%.     

The role of extracellular organic matter on the cyanobacteria ultrafiltration process

The membrane fouling caused by extracellular organic matter (EOM) and algal cells and organic matter removal of two typical cyanobacteria (M. aeruginosa and Pseudoanabaena sp.) during ultrafiltration (UF) process were studied in this work. The results showed that EOM had a broad molecular weight (Mw) distribution and the irreversible membrane fouling was basically caused by EOM. Moreover, humic acid and microbial metabolites were major components of EOM of two typical cyanobacteria. Since EOM could fill the voids of cake layers formed by the algal cells, EOM and algal cells played synergistic roles in membrane fouling. Fourier transform infrared spectroscopy analysis indicated that the CH₂ and CH₃ chemical bonds may play an important role in membrane fouling caused by EOM. Interestingly, the cake layer formed by the algal cells could trap the organic matter produced by algae and alleviate some irreversible membrane fouling. The results also showed that although the cake layer formed by the algal cells cause severe permeate flux decline, it could play a double interception role with UF membrane and increase organic matter removal efficiency. Therefore, when using UF to treat algae-laden water, the balance of membrane fouling and organic matter removal should be considered to meet the needs of practical applications.     

活性炭吸附对藻类有机物的去除及其消毒副产物的控制

本文研究了粉末活性炭(powder activated carbon,PAC)吸附对藻类有机质(algal organic matter,AOM)及其典型含氮和非含氮消毒副产物(disinfection by-products,DBPs)的去除效能.结果表明,AOM主要含有一些小分子量、亲水性、低芳香度的有机质,三维荧光光谱证实,PAC吸附改变了AOM的组成,明显降低了类腐殖质物质含量,但对芳香蛋白类物质去除能力有限.PAC投加量为20 mg·L~(-1),吸附时间10~30 min时,对于3.30 mg·L~(-1)的胞内有机质(intracellular organic matter,IOM)和胞外有机质(extracellular organic matter,EOM)溶液,溶解性有机碳去除率分别为20.7%~31.9%和12.6%~19.0%.PAC对IOM和EOM中卤代甲烷总生成量的最高去除率分别为26.6%和35.8%;卤代乙腈总生成量的最高去除率分别为49.6%和53.6%,其中二溴乙腈前体物的去除效果显著.PAC对EOM氯化生成的DBPs的控制作用较好.     

深水循环混凝沉淀处理含铜绿微囊藻原水的效果和机理研究

为了探明深水循环混凝沉淀工艺处理含藻水的效果和机理,采用U形管模拟深水循环装置对含有铜绿微囊藻的原水进行预加压,再进行混凝沉淀处理,测定了40~80 m深水循环混凝沉淀的处理效果,探究了深水循环除藻机理,并评价了水质安全性.结果表明:随着循环深度的加大,深水循环混凝沉淀效果越好;在投药量30 mg·L-1时,60~80 m深水循环混凝沉淀对藻类去除率达到95%以上,浑浊度小于1.6 NTU,处理效果比原水直接混凝沉淀、预氧化混凝沉淀显著提高.深水循环利于藻类去除的机理是,藻细胞内气囊受深水水压作用而坍塌破裂,气囊内气体透过细胞壁扩散进入水中,藻体失去气囊浮力,由上浮转而下沉.深水循环及混凝沉淀阶段水中的藻毒素、DOC均未增加,说明深水循环混凝沉淀工艺处理含藻水是安全的.     

Cu改性石墨相氮化碳(g-C3N4)光催化灭活铜绿微囊藻的效能与机理研究

通过热聚合法制备不同比例Cu掺杂g-C₃N₄复合光催化材料,利用XRD、SEM/EDX、FT-IR、UV-Vis DRS、PL、XPS等技术对复合材料的形貌结构和光学性能进行表征,研究了复合材料对藻细胞的光催化灭活效果.结果表明,Cu掺杂改性可有效促进g-C₃N₄材料表面光生电子-空穴的分离,增强其对可见光的利用率,进而提升其光催化效率;随着Cu掺杂比例的增大,Cu-C₃N₄对藻细胞的灭活效果则越好.进一步研究发现,H₂O₂和·O₂^-是Cu-C₃N₄光催化灭藻过程中起主要作用的活性物质,会损伤藻细胞的形态结构、抗氧化酶系统和光合系统,导致藻细胞大量死亡.     

荷花和睡莲种植水对铜绿微囊藻生长的抑制作用研究

在实验室条件下,通过测定培养液中铜绿微囊藻的藻细胞浓度和叶绿素a含量,研究了具有较高观赏价值的水生植物荷花和睡莲种植水对铜绿微囊藻生长的抑制效应.结果表明,不同浓度的荷花和睡莲种植水对铜绿微囊藻生长的抑制作用不尽相同,表现为明显的低促高抑现象;而连续滴加荷花和睡莲种植水对铜绿微囊藻的生长也有较明显的抑制作用,使藻细胞基本失去了进行正常光合作用的能力,其中睡莲种植水的抑制效果比荷花的更明显;另外,扩大实验中通过测定铜绿微囊藻的SOD活性、MDA积累量表明,藻细胞在共培养过程中受到了胁迫和伤害.灭菌方法对种植水的抑藻试验也有影响,不能采用高温灭菌来代替微膜过滤,说明荷花和睡莲分泌物中含有热不稳定性的物质.     

壳聚糖改性粘土对水华优势藻铜绿微囊藻的絮凝去除

研究了壳聚糖改性对粘土絮凝去除铜绿微囊藻的影响.经壳聚糖包覆改性后的海泡石在投加总量仅为11 mg/L时,0.5h即可去除80%的藻细胞,2h去除率达到90%.不同粘土改性后絮凝除藻能力均有大幅度提高,原来除藻能力相去甚远的不同粘土,包括一般的黄土,改性后除藻能力被提升到相近的水平,投加量11 mg/L,可去除铜绿微囊藻90%以上.改性粘土和一般絮凝剂一样有一最佳投加量(本研究为11 mg/L),低于或超过此最佳值,絮凝除藻效果均下降.     

铜绿微囊藻生长与铁氧化物吸附解吸磷的相互作用机制研究

本文研究铜绿微囊藻生长与铁氧化物吸附解吸磷的相互作用机制,旨在为富营养化池塘、水库调控和治理提供理论指导。采用化学方法合成铁氧化物并对其进行表征,研究铁氧化物对磷的吸附特性和铜绿微囊藻生长与铁氧化物吸附解吸磷的相互作用。结果表明铁氧化物的物相组成与自然界土壤和底泥中铁氧化物存在形态相似;铁氧化物对磷的吸附属于专性吸附,吸附等温曲线符合Langmuir方程。在含铁氧化物的BG11培养基中培养铜绿微囊藻,铁氧化物对磷的吸附导致培养液中总磷（TP）和水溶性磷（SWP）浓度降低,抑制铜绿微囊藻的生长。铜绿微囊藻在含吸附磷的铁氧化物而无磷的BG11培养基（4.02 < pH < 10.05）中能够正常生长,藻生长导致溶液pH升高是诱导铁氧化物解吸磷的主要因素,铜绿微囊藻光合作用释放的氧气可以抑制三价铁向二价铁的转化。针对铜绿微囊藻诱导铁氧化物释放磷并被其吸收的机制,要控制富营养化水体蓝藻爆发,除控制外源磷输入外,应该抑制底泥中铁磷释放,或通过藻细胞的收集和移除来降低底泥中铁氧化物的磷负荷。     

紫外线对铜绿微囊藻的抑制效果及特性研究

采用紫外平行光仪辐照方法,研究紫外线对"水华"蓝藻中常见的铜绿微囊藻生长的抑制效果,并探讨紫外线对藻沉降性能、叶绿素、藻胆蛋白的影响,以及藻生长光照条件对紫外线抑藻效果的影响.结果表明,紫外线对铜绿微囊藻的生长具有显著抑制作用,150 mJ/cm<'2>紫外剂量下,藻细胞个数被控制于初始水平,藻生长受抑制,如增加紫外剂...     

离子强度对粘土和改性粘土絮凝去除水华铜绿微囊藻的影响

研究了水体的离子强度对粘土和壳聚糖改性粘土絮凝去除铜绿微囊藻的影响 .离子强度的增加有利于粘土对藻类的絮凝去除 .与一般粘土除藻相反 ,壳聚糖改性粘土却在离子强度低的条件下具有更好的除藻效果 ,是适合在湖泊 ,水库和江河等淡水 (低含盐量 )水体中应用的应急除藻技术 .当离子强度从 0.17mol/L降到 0mol/L时 ,海泡石除藻率从 90 %以上降为 70 %以下(投加量700mg/L) ,而壳聚糖改性海泡石的除藻率却从 70%左右升至 95% (投加量仅为 11mg/L) .用粘度法研究了壳聚糖改性海泡石的絮凝机理 ,发现相对低的离子强度更有利于壳聚糖分子链上阳电荷的相互排斥作用 ,有利于壳聚糖分子链的舒展 ,从而可以充分发挥架桥网捕作用 ,利于絮凝除藻 .     

高铁酸钾对水中藻类及其次生嗅味污染物二甲基三硫醚同步去除研究

模拟高藻期碱性水源水,采用高铁酸钾对水中以颤藻和二甲基三硫醚为代表的藻类及微量嗅味污染物进行同步控制研究.在高铁酸钾与聚合氯化铁(PFC)单独混凝对藻类的控制效果对比的基础上,展开了高铁酸钾与高锰酸钾预氧化-PFC联用方法对藻类及嗅味污染物的控制效果对比,探讨了pH、预氧化时间和浊度等条件对控制效果的影响.结果表明,PFC单独混凝除藻率最高为90.6%,以Fe计的等量投加条件下,高铁酸钾控藻效果较PFC混凝好,除藻率可达92.4%.高锰酸钾对PFC具有强化混凝效果,可明显提高除藻率(94.5%).高铁酸钾较高锰酸钾预氧化对二甲基三硫醚的去除效果理想,且氧化时间大大缩短,高铁酸钾氧化时间1 min可去除92.5%二甲基三硫醚,高于高锰酸钾预氧化10 min后达到的去除率(74.6%).     

藻形态及混凝剂组成对混凝-超滤过程的影响

为了保证藻类暴发阶段优质的饮用水供应,提高藻类的去除率,缓解藻类对水处理过程的影响,本研究以铜绿微囊藻(蓝藻)、小球藻(绿藻)和小环藻(硅藻)这3种不同形态藻细胞为研究对象,使用了3种具有不同铝形态分布的混凝剂[Al_2(SO_4)_3(AS)、Al_(13)、Al_(30)]进行混凝-超滤实验.在分离胞外有机物(EOM)的情况下,考察混凝过程中絮体的特性(粒径,强度因子,恢复因子)以及不同条件下形成的絮体对膜通量的影响.结果表明Al_(13)与Al_(30)的混凝作用以静电簇作用为主导,AS主要是以电中和作用为主导.对于铜绿微囊藻与小球藻体系,由于藻颗粒表面存在一定的凹陷,当Al_(13)与Al_(30)做混凝剂时,在投加量较低的情况下,吸附在颗粒表面凹陷处的混凝剂“失活”,其他部位由于仍带有一定的负电荷而造成絮体形成不明显,而AS做混凝剂时,混凝机制主要是电中和作用,可以明显降低颗粒之间的排斥力,在较低投加量下即可形成絮体.对于小环藻体系,由于其藻细胞呈现光滑的表面,Al_(13)与Al_(30)可有效发挥其静电簇作用机制,絮体在较低投加量下即可有效形成.膜通量与絮体粒径有明显的相关性,絮体粒径越大,超滤过程中形成的沉积层越疏松,膜比通量越大.     

电活化过硫酸盐去除铜绿微囊藻的效果及机理研究

为了开发微藻及藻类有机物的高效去除技术,采用电活化过硫酸盐(EC/PS)体系处理含铜绿微囊藻的水样. 通过藻细胞密度和叶绿素a含量测定以及扫描电镜观察,研究了EC/PS体系的除藻特性及影响因素;采用荧光区域积分法定量分析了除藻过程中胞内有机物(IOM)和胞外有机物(EOM)的变化特征;利用电子顺磁共振波谱仪测定了EC/PS体系中的自由基类别,并分析了EC/PS体系的除藻机理. 结果表明:①在初始藻细胞密度为1.24×107~1.30×107 cells/mL,电压为7 V,初始pH为6,初始PS浓度为4 mmol/L的条件下,当EC/PS体系处理60 min时,藻细胞和叶绿素a的去除率分别达90.80%和98.41%,明显优于单独EC体系和单独PS体系;当EC/PS体系处理10 min时,IOM的总荧光响应值降低了77.39%. 在处理过程中,以腐殖酸类物质为主的胞内有机物会大量释放. ②EC/PS体系中电化学作用对除藻的平均贡献率为54.63%;同时,除藻过程可产生大量的SO₄?·和·OH,且其随处理时间的增加而增加. 研究显示,EC/PS体系能有效去除铜绿微囊藻及藻类有机物,反应体系中的SO₄?·和·OH发挥了重要作用.      

绿狐尾藻对铜绿微囊藻和羊角月牙藻的抑藻效应

分别将不同起始浓度(10~5、10~6、10~7、10~8和10~9ind.·L~(-1))的铜绿微囊藻和羊角月牙藻分组与绿狐尾藻进行共培养,连续10 d,每天测定各组铜绿微囊藻或羊角月牙藻的光密度值,用以确定绿狐尾藻对两种藻类不同浓度的生长抑制情况.结果表明,2. 5 g·(200 m L)~(-1)的绿狐尾藻对起始浓度为10~7ind.·L~(-1)和10~8ind.·L~(-1)的铜绿微囊藻具有明显的抑制作用;而对实验所设的所有起始浓度的羊角月牙藻生长均没有显著的抑制作用.并且,采用溶剂浸提与气相色谱-质谱联用(GC-MS)测定的方法,分析了绿狐尾藻粉末浸提液和绿狐尾藻生长液中可能存在的化感物质,通过分析,确定棕榈酸是绿狐尾藻分泌的化感物质之一,并且发现了3种可能是绿狐尾藻分泌的新型化感物质:3-乙基-3-甲基庚烷、磷酸三乙酯和酞酸二丁酯.     

过氧化氢对铜绿微囊藻的损伤效应研究

采用室内培养的方法研究了不同浓度H2O2对铜绿微囊藻(Microcystic aeruginosa)藻细胞的损伤效应.结果表明,H2O2浓度越大,对藻细胞的毒害作用越大.24 h之后,铜绿微囊藻藻细胞数、叶绿素a、类胡萝卜素和蛋白质含量及总抗氧化能力(T-AOC)都快速下降,而MDA含量显著增加,同时培养基中的H2O2含量也迅速降低;随着处理时间的增加,毒性效应逐渐增强;72 h之后,藻细胞各指标值都降得很低,MDA含量也增加到最大,培养基中H2O2也逐渐被消耗和分解,藻细胞的损伤效应也达到最大.其中,H2O2浓度为50 mg·L-1时,能够有效的去除藻细胞,并且对藻细胞的生理指标及抗氧化能力都有很强的损伤效应.     

Impact of pre-oxidation on the formation of byproducts in algae-laden water disinfection: Insights from fluorescent and molecular weight

Pre-oxidation has been reported to be an effective way to remove algal cells in water, but the released algal organic matter (AOM) could be oxidized and lead to the increment in disinfection by-product (DBP) formation. The relationship between pre-oxidation and AOM-derived DBP formation needs to be approached more precisely. This study compared the impact of four pre-oxidants, ozone (O₃), chlorine dioxide (ClO₂), potassium permanganate (KMnO₄) and sodium hypochlorite (NaClO), on the formation of nitrogenous (N-) and carbonaceous (C-) DBPs in AOM chlorination. The characterization (fluorescent properties, molecular weight distribution and amino acids concentration) on AOM samples showed that the characterization properties variations after pre-oxidation were highly dependent on the oxidizing ability of oxidants. The disinfection experiments showed that O₃ increased DBP formation most significantly, which was consistent with the result of characterization properties variations. Then canonical correspondent analysis (CCA) and Pearson's correlation analysis were conducted based on the characterization data and DBP formation. CCA indicated that C-DBPs formation was highly dependent on fluorescent data. The formation of haloacetic acids (HAAs) had a positive correlation with aromatic protein-like component while trichloromethane (TCM) had a positive correlation with fulvic acid-like component. Pearson's correlation analysis showed that low molecular weight fractions were favorable to form N-DBPs. Therefore, characterization data could provide the advantages in the control of DBP formation, which further revealed that KMnO₄ and ClO₂ were better options for removing algal cells as well as limiting DBP formation.     

除草剂百草枯对蓝藻和绿藻的毒性

为评估除草剂百草枯对藻类生态系统的环境毒害效应,测定了百草枯对4株蓝藻:铜绿微囊藻(M.aeruginosa XW01,M.aeruginosa 7806)、平裂藻(Merismopedia sp.)、集胞藻(Synechocystis PCC 6803),以及两株绿藻:蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)和绿球藻(Chlorococcum sp.472)的毒害效应,采用半效抑制浓度EC5o值、无观察效应浓度(NOEC)、最低观察效应浓度(LOEC)及慢性值(ChV)评价了百草枯对6株藻的毒性.结果表明:蓝藻对百草枯的敏感性显著大于绿藻,蛋白核小球藻的96 h-EC50值是铜绿微囊藻XW01的96 h-EC50值的7.4倍.百草枯毒害作用具有时间效应,暴露时间越长,毒害作用越强.     

水网藻对铜绿微囊藻的化感作用及对氮磷去除能力研究

通过测定藻液D680和叶绿素a浓度,研究了水网藻种植水对铜绿微囊藻生长的影响,探讨了在分离培养和共生培养2种条件下水网藻对铜绿微囊藻的抑制作用,并考察了水网藻对氮磷的去除能力.结果表明,水网藻对铜绿微囊藻有较强的抑制作用,在水网藻种植水作用8 d后,铜绿微囊藻死亡率达92%;不同浓度的水网藻对铜绿微囊藻的抑制作用不同,...