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.      

电子束辐射对铜绿微囊藻藻毒素产生和释放的抑制作用研究

铜绿微囊藻及其所产生的藻毒素严重威胁人类健康和生命安全,给水处理带来很大困难.利用直线加速器产生的电子束对铜绿微囊藻分别进行1、2、3、4和5 kGy的辐射,通过胞内毒素和胞外毒素的变化,分析了电子束辐射对藻细胞毒素产生和释放过程的影响.结果表明,2～5 kGy的辐射使藻细胞叶绿素a含量迅速大幅下降,对胞外毒素的去除率分别为76.9%、76.2%、76.2%和97.7%,表明电子束辐射对微囊藻毒素的降解作用.胞内毒素、胞外毒素与叶绿素a浓度之间的相关性拟合进一步证实电子束辐射抑制了胞内毒素的产生.     

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.     

水质安全的动态超声波强化混凝除藻水处理试验研究

超声波辐射能够破坏蓝藻气囊,在水处理工艺中达到强化蓝藻混凝沉淀的效果.然而不适当的超声处理会进一步破坏蓝藻细胞,导致胞内毒素大量释放,加重水质污染负荷.本研究为获得水质安全的超声波强化混凝沉淀蓝藻水处理方法,采用频率40~120 k Hz的超声波辐射蓝藻水,考察处理后蓝藻混凝沉淀去除效果及藻毒素释放情况.结果表明,频率68~120 k Hz、能量密度59.1~186.4 W·L-1的静态超声波作用10~15 s后进行混凝沉淀,藻类去除率达98%以上,且频率越高效果越好;然而各频率静态超声波作用5 s以上均会导致藻细胞内藻毒素释放.采用内衬吸声棉及动态超声方式,频率120 k Hz、能量密度38.5~196.6 W·L-1超声波作用7.5~30 s后,可避免胞内藻毒素释放,且能去除水中溶解性藻毒素18.7%~30.7%,混凝沉淀后藻类去除率97.0%以上,其它有机物也降低.     

粘着剑菌溶藻效能与溶藻过程藻胞内物质释放

粘着剑菌菌株r23(Ensifer adhaerens)是从微囊藻水体中筛选出的溶藻菌。文章研究了不同温度和投加方式下r23溶解铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的效果,以及不同投加方式下胞内外藻毒素-LR(MC-LR)的变化和胞内有机物质的释放。结果显示,r23菌液的EC_(50,72 h)是2.04×10~6CFU/m L,能够在温度低至15℃时仍有95%的溶藻效果。在没有培养基条件下,菌体细胞不具有溶藻能力,菌液上清液能够实现70%的溶藻效果。菌液5%(V/V)的投加剂量会刺激藻细胞产生更多MC-LR,总MC-LR达到256.7 mg/L,高于对照样的232.1 mg/L,而10%和20%的投加剂量会抑制MC-LR产生,总MC-LR浓度在溶藻30 d后会降至36.8 mg/L和12.24 mg/L。三维荧光测定结果显示,菌液的投入以及藻细胞的死亡会导致水溶液中类蛋白质物质(λ_(Ex)/λ_(Em)=280 nm/350 nm;λ_(Ex)/λ_(Em)=230 nm/330 nm)含量增加,而类腐殖质物质(λ_(Ex)/λ_(Em)=340 nm/430 nm)变化不大。     

营养盐水平对念珠藻胞外有机物产生的影响

以我国湖泊典型固氮蓝藻发状念珠藻(Nostoc flagelliforme)为研究对象,考察了氮、磷营养盐对发状念珠藻生长特性及其胞外有机物产生的影响.采用藻细胞浓度计数法表征发状念珠藻生长特性;分别采用溶解性有机碳(DOC)、三维荧光光谱(EEM)和紫外-可见光谱法,从总量和主要物质方面分析了发状念珠藻胞外有机物的产生规律.结果表明,在不同氮、磷营养水平下,发状念珠藻的4个关键生长时期基本相同,氮是控制发状念珠藻生长的关键营养控制要素;氮营养元素浓度的增高,有利于发状念珠藻产生胞外有机物,其产生量逐渐增大,而磷营养元素浓度的增高对胞外有机物产生量贡献较小,氮营养盐是发状念珠藻产生胞外有机物的关键限制因子;通过EEM谱图分析,发状念珠藻胞外有机物主要以类氨基酸类物质和类富里酸物质为主.以磷为控制营养盐时,类富里酸是主要的胞外有机物之一,以氮为控制营养盐时,类富里酸产生量极低;作为主要的胞外有机物,蛋白质和碳水化合物的产生规律显著不同,其中蛋白质含量显著高于碳水化合物含量.     

不同光强对阿特拉津和百草枯藻类毒性的影响

分别在20和50μmol·m-2·s-1光照强度下,研究了两种除草剂阿特拉津和百草枯对3株蓝藻:铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa PCC7806、M.aeruginosa XW01、集胞藻Synechocystis PCC6803和两株绿藻:蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa、四尾柵藻Scenedesmus quadricauda的毒害效应.通过测定藻的生长,计算出了半效抑制浓度EC50值,结果表明:高光强下两种除草剂对5株藻的96 h-EC50值均明显低于低光强下的值,显示高光强有促进两种除草剂对藻类毒害的效应.高光强可促使阿特拉津显著提高藻细胞的丙二醛(MDA)含量,提示高光强促进阿特拉津产生更多的自由基破坏细胞膜脂.     

儿茶酚抑制藻细胞活性过程中IOM的三维荧光特性

以天然水体中藻类为研究对象,研究了儿茶酚对藻类的抑制效应,并采用三维荧光法分析了抑藻过程中胞内有机物的释放及降解情况。水样A和水样B分别采自某护城河和一景观水体。结果显示,儿茶酚能够有效抑制实际水体中藻细胞活性,当儿茶酚终浓度为10 mg/L培养6 d后,水样A和水样B的抑藻率分别达90%和94%,且抑藻率随着投加浓度的增加、培养时间的延长相应增加。在投加儿茶酚后,水样类蛋白荧光峰强度显著增加,但随着培养时间的延长,峰强均有所降低,细胞释放的类蛋白物质发生降解。当投加儿茶酚浓度低于1 mg/L时,藻细胞活性受轻度抑制,会释放类富里酸物质,当儿茶酚投加浓度高于5 mg/L,藻细胞活性受到强烈抑制,不会释放类富里酸物质。投加儿茶酚会增大水样COD浓度,但对水样TN浓度没有影响。     

高锰酸钾预氧化对藻活性和胞内外有机物的影响

以实验室纯培养的铜绿微囊藻为研究对象,针对不同生长期藻的特性,采用高锰酸钾预氧化剂,研究投加量对铜绿微囊藻胞内、外有机物DOC浓度的影响;高锰酸钾氧化后铜绿微囊藻细胞及其活性的变化;预氧化对以聚合氯化铝(PAC)作为混凝剂的混凝工艺去除不同生长期铜绿微囊藻的影响.结果表明.低浓度的高锰酸钾对藻细胞光合作用有一定的抑制作用,高浓度(≥10mg/L)的高锰酸钾预氧化会使藻细胞失活并释放大量胞内有机物.当高锰酸钾投加量为2mg/L时,投加30mg/L PAC,第9d、21d、28d、36d培养期的藻去除率分别为81%、99%、58%、35%;在不同高锰酸钾投加量下,第21d(对数期)的藻液,采用高锰酸钾预氧化强化混凝除藻效果最好,其原因可能与不同生长期胞外有机物(EOM)浓度及组分不同有关.藻处于衰亡前期和衰亡后期EOM含量显著增大,过高浓度的EOM影响了氧化剂的氧化效率,使得预氧化效果不明显.稳定期和对数期藻液中EOM含量较低,此时氧化剂与藻细胞接触,易刺激藻细胞分泌物质,而一定浓度的EOM可以起到助凝的作用,使得预氧化后强化混凝效果良好.高锰酸钾还原产物是水合Mn O2,会促进混凝并可以附着在藻细胞表面提高藻细胞沉降性.     

不同磷源及其浓度对铜绿微囊藻生长和产毒的影响

研究了以低浓度磷酸氢二钾和β-甘油磷酸钠为外加磷源时铜绿微囊藻生长及藻毒素产生的规律.通过分析铜绿微囊藻生长过程中细胞数量、培养基和藻细胞中总磷含量、培养基pH及微囊藻毒素-LR和微囊藻毒素-RR的含量,确定了2种磷源对铜绿微囊藻生长及胞内藻毒素含量的变化规律.结果显示,以β-甘油磷酸钠为磷源时,培养过程中藻细胞数及藻细胞内毒素含量均低于以磷酸氢二钾为磷源时的藻细胞数及藻细胞内毒素含量,表明在低浓度范围内磷酸氢二钾比β-甘油磷酸钠更能促进藻的生长,同时也能促进胞内藻毒素的生成.     

Effect of nitrogen/phosphorus concentration on algal organic matter generation of the diatom Nitzschia palea: Total indicators and spectroscopic characterization

Critical algal blooms in great lakes increase the level of algal organic matters(AOMs),significantly altering the composition of natural organic matters(NOMs) in freshwater of lake.This study examined the AOM's characteristics of Nitzschia palea(N.palea),one kind of the predominant diatom and an important biomarker of water quality in the great lakes of China,to investigate the effect of AOMs on the variation of NOMs in lakes and the process of algal energy.Excitation–emission matrix fluorescence(EEM) spectroscopy,synchronous fluorescence(SF) spectroscopy and deconvolution UV–vis(D-UV) spectroscopy were utilized to characterize AOMs to study the effects of nutrient loading on the composition change of AOMs.From results,it was revealed that the phosphorus is the limiting factor for N.palea's growth and the generation of both total organic carbon and amino acids but the nitrogen is more important for the generation of carbohydrates and proteins.EEM spectra revealed differences in the composition of extracellular organic matter and intracellular organic matter.Regardless of the nitrogen and phosphorus concentrations,aromatic proteins and soluble microbial products were the main components,but the nitrogen concentration had a significant impact on their composition.The SF spectra were used to study the AOMs for the first time and identified that the protein-like substances were the major component of AOMs,creating as a result of aromatic group condensation.The D-UV spectra showed carboxylic acid and esters were the main functional groups in the EOMs,with –OCH_3,–SO_2NH_2,–CN,–NH_2,–O– and –COCH_3functional groups substituting into benzene rings.     

我国典型土壤中铜对白符跳(Folsomia candida)的毒性阈值及其预测模型

为确定我国土壤中Cu对白符跳的毒性阈值并建立其预测模型,以外源添加的方式研究了我国9种典型土壤（江西红壤、安徽黄棕壤、重庆紫色土、云南黄红壤、湖南水稻土、山东潮土、黑龙江黑土、新疆灰漠土、陕西垆土）中Cu对模式生物——白符跳（Folsomia candida）存活率与繁殖率的影响.结果表明:白符跳存活率对Cu毒害的敏感性远低于繁殖率.9种土壤中基于w（TCu）实测值推导的土壤Cu对白符跳繁殖率的EC₅₀（半数效应浓度）变化范围为65~668 mg/kg,表明不同土壤中Cu的毒性阈值差异显著,但基于w（Cu_Ca）（Cu_Ca为CaCl₂溶液提取的Cu）推导的不同土壤中EC₅₀的差异有所减小.相关性分析表明,基于w（TCu）实测值推导的EC₅₀值与土壤pH、w（CaCO₃）均呈显著正相关,相关系数分别为0.801和0.670.进一步利用回归分析建立了基于pH和w（OM）的土壤Cu对白符跳繁殖的EC₅₀预测模型——lg（EC₅₀）=0.213+0.288pH+0.016 w（OM）,基于该模型预测与推导的EC₅₀值之间相关性较好.研究显示,氯化钙提取态Cu的存在能在一定程度上解释不同土壤中Cu对白符跳繁殖的EC₅₀值的差异,pH和w（OM）可较好地预测不同土壤中Cu对白符跳繁殖的EC₅₀值.      

Influence of fuel mass load, oxygen supply and burning rate on emission factor and size distribution of carbonaceous particulate matter from indoor corn straw burning

The uncertainty in emission estimation is strongly associated with the variation in emission factor (EF),which could be influenced by a variety of factors such as fuel properties,stove type,fire management and even methods used in measurements.The impacts of these factors are complicated and often interact with each other.Controlled burning experiments were conducted to investigate the influences of fuel mass load,air supply and burning rate on the emissions and size distributions of carbonaceous particulate matter (PM) from indoor corn straw burning in a cooking stove.The results showed that the EFs of PM (EFPM),organic carbon (EFOC) and elemental carbon (EFEC) were independent of the fuel mass load.The differences among them under different burning rates or air supply amounts were also found to be insignificant (p > 0.05) in the tested circumstances.PM from the indoor corn straw burning was dominated by fine PM with diameter less than 2.1 μm,contributing 86.4%±3.9% of the total.The size distribution of PM was influenced by the burning rate and air supply conditions.On average,EF PM,EF OC and EF EC for corn straw burned in a residential cooking stove were (3.84±1.02),(0.846±0.895) and (0.391±0.350) g/kg,respectively.EF PM,EF OC and EF EC were found to be positively correlated with each other (p < 0.05),but they were not significantly correlated with the EF of co-emitted CO,suggesting that special attention should be paid to the use of CO as a surrogate for other incomplete combustion pollutants.     

镉与S-异丙甲草胺对斜生栅藻的联合毒性作用

采用毒性标准实验方法研究了Cd2+与S-异丙甲草胺单独及联合作用对斜生栅藻急性毒性、总可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和细胞膜通透性的影响.结果表明Cd2+与S-异丙甲草胺单独作用时EC50均随时间的延长而减小,且S-异丙甲草胺的急性毒性大于Cd2+;Cd2+、S-异丙甲草胺的EC50-24h分别为0.27 mg·L-1、0.24 mg·L-1,EC50-96h分别为0.16mg·L-1、0.13 mg·L-1.Cd2+与S-异丙甲草胺联合作用时低浓度表现为协同作用,高浓度表现为拮抗作用.暴露96 h后,Cd2+与S-异丙甲草胺单独及联合作用下,随有毒物质浓度升高,斜生栅藻总可溶性蛋白含量降低,SOD酶活性先激活后抑制,细胞膜通透性逐渐增大.     

水中五氯酚钠对发光细菌毒性测定的影响因素

应用发光细菌检测法,考察了不同的影响因素对水体中典型的有机污染物五氯酚钠的生物毒性测定结果的影响.结果表明,五氯酚钠对发光细菌的EC₅₀值随着pH值和硬度的增加而增加;五氯酚钠的15 min EC₅₀和20 min EC₅₀基本相符;与水体中相同浓度的常规有机污染物相比,五氯酚钠表现出更强的毒性,实验中常规有机污染物的存在对五氯酚钠毒性测定的结果影响较小.原水毒性检测实验显示一定毒性(相对发光率降低14%),原水水质对测定结果影响程度与去离子水相似.     

天然和水热合成针铁矿对有机物厌氧分解释放CH4的影响

以乙酸钠为碳源,通过序批式实验研究了天然和水热合成针铁矿对铁还原菌-甲烷菌厌氧微生物生化系统中CH4释放量的影响.通过对实验过程中气体组分、溶液中总有机碳(TOC)、总无机碳(TIC)、Fe2+等主要组分的分析测定和固体产物的X-射线衍射(XRD)分析,结合对矿物的比表面(BET)、XRD、X-射线荧光光谱(XRF)分析表征,探讨了针铁矿在铁还原菌存在下对有机物厌氧消化产CH4的影响和作用机制.利用修正Gompertz方程对累计产CH4和CO2量进行拟合.结果表明,与对照实验组相比,添加针铁矿能使CH4累计释放量提前60～78 d达到最大值,并且能有效降低CO2释放量达30%～67%,添加水热合成针铁矿较之天然针铁矿更能促进CH4释放和减少CO2释放;固体产物分析表明添加针铁矿促使菱铁矿形成固定部分CO2.     

日光辐照草酸铁盐体系降解水中低浓度混合药物及产物的生物毒性评价

在太阳光辐照下以三草酸合铁酸钾为催化剂,分解H2O2产生·OH,对水中的甲硝唑、双氯芬酸钠、磺胺甲基异唑和布洛芬4种常见的痕量药物污染物间歇降解与矿化,并且对降解前后水溶液的毒性进行了评价.以体系的总有机碳为指标,探讨了H2O2的初始浓度、三草酸合铁酸钾的投加量、体系的pH值等因素对水溶液中TOC去除率的影响,确定了最佳操作条件,根据4种药物的化学结构解释了它们在水中的降解速度.以药物水溶液对小球藻的EC50值为指标,对4种药物的联合毒性,以及降解中间产物的生物毒性做出了评价.结果表明,当4种药物的初始浓度都为20mg·L-1时,降解过程适宜条件是pH值为3,H2O2的初始浓度为300mg·L-1,三草酸合铁酸钾的投加量为75mg·L-1.4种药物的降解速度为:甲硝唑布洛芬磺胺甲基异唑双氯芬酸钠.随着中间产物的生成与降解,药物水溶液的生物毒性有先增大后迅速减小的趋势.最后给出了Solar/FeOx/H2O2体系降解水中低浓度药物的表达式.     

有机物特性对AAO系统污泥沉降性能的影响

研究了不同进水混合型有机物组成下AAO系统中活性污泥菌群结构演替规律以及微生物胞内、胞外聚合物的变化对污泥沉降性能的影响.结果表明,当进水中有机物全部为溶解态时,污泥沉降性能最佳,污泥体积指数(sludge volume index,SVI)为70 m L·g-1,且优于进水有机物以溶解态为主(SVI=120 m L·g-1)和以颗粒态为主(SVI=280 m L·g-1)的系统.根据菌群结构分析可知Thiothrix、Chryseolinea和Trichococcus这3种菌属对污泥沉降性能的影响至关重要.其中颗粒态有机物可促进Trichococcus的生长,而溶解态有机物可促进Thiothrix和Chryseolinea的生长.此外,菌群结构的改变也对胞内及胞外聚合物的变化有重要影响,从而加剧污泥沉降性能改善或恶化的进程.较高的溶解态有机物含量可提高胞内聚合物贮存能力,并改善污泥沉降性能.同时,污泥沉降性能也与松散附着胞外聚合物(loosely bound extracellular polymeric substances,LB-EPS)中多糖、蛋白质和Zeta电位呈显著负相关关系.     

食品垃圾好氧降解过程中挥发性有机物(VOCs)排放特征

采用实验室模拟方法,研究了混合食品垃圾(FW)及以橙子、生菜、土豆和西红柿为代表的4种植物性易降解有机垃圾组分好氧降解过程中排放出来的117种挥发性有机物(VOCs)的排放量和组成特征.结果表明,混合食品垃圾好氧降解过程中VOCs总排放量为951.80mg·kg-1,主要为有机硫、含氧化合物和萜烯,分别占VOCs总排放量的43.1%、53.3%和2.1%.橙子、生菜、土豆和西红柿4种植物性易降解有机垃圾好氧降解过程中VOCs的总排放量分别为12736.72、118.67、57.40和228.08mg·kg-1,主要成分均为含氧化合物和萜烯;含氧化合物分别占橙子、生菜、土豆和西红柿4种植物性易降解有机垃圾VOCs总排放量的13.5%、80.9%、85.9%和79.5%,萜烯分别占4种植物性易降解有机垃圾VOCs总排放量的86.5%、16.6%、8.2%和15.6%.     

不同终点检测5种双酚A类化合物对MCF-7的细胞毒性

双酚A(BPA)及其类似物作为聚碳酸酯的主要合成原料,一直是环境污染的重要问题.其雌激素效应是当今科学研究的重点,而毒性效应研究甚少.为评估环境中BPA类物质的毒性效应,实验采用四唑盐(MTS)比色法检测5种双酚A类化合物对人雌激素受体缺失乳腺癌细胞MCF-7(ER-)增殖活性的影响,2,4-二硝基苯肼法检测细胞乳酸脱氢酶(LDH)露出率,单细胞凝胶电泳(SCGE)检测DNA损伤.用非线性最小二乘法对MTS实验结果拟合剂量-效应曲线,表明所有的剂量-效应曲线(DRC)均能用Weibull或者Logit函数有效表征.以模型估算的半数效应浓度负对数值(pEC50)评估5种化合物的毒性大小依次为:BPB>BPC>TDP>BPE>BPA.LDH检测以及SCGE检测受试化合物对MCF-7(ER-)的损伤作用表明,在效应浓度EC20下,细胞核DNA轻微损伤,细胞增殖受轻微抑制;在效应浓度EC40下,细胞核DNA损伤严重,细胞增殖受到显著抑制,从而导致细胞膜通透性显著改变,使LDH大量露出.