有毒蓝藻及藻毒素生物降解的初步研究

采用序批式生物膜反应器,对有毒藻类viridis及藻毒素RR、YR和LR进行了生物降解试验研究。结果表明,好氧生物处理对供试有毒蓝藻及其藻毒素的降解远比缺氧生物处理工艺有效。同时,显微镜观察结果表明,好氧条件下,草履虫对有毒藻类和藻毒素降解起重要作用。研究成果提供了一种有效的富营养化水的生物处理方法,也有助于进一步阐明其处理机理。     

城市供水藻毒素污染水平的动态研究

藻毒素是在世界各地富营养化的饮用水源中广为发现的蓝绿藻产生的一种肝毒性多肽,该毒素可引起动物中毒并对人类产生危害.通过ODS硅胶柱浓缩某市1998年8月～1999年6月期间水体中的痕量微囊藻毒素,应用高效液相色谱方法,精确检测水源水及出厂水中藻细胞内外LR、YR、RR型微囊藻毒素含量.结果显示,LR型微囊藻毒素仅在源水中检出,其浓度是0.07～0.78(g/L;RR型微囊藻毒素在源水和出厂水中的检出浓度分别是0.08～2.71(g/L,0.07～1.09(g/L;YR型毒素未检出;总的藻毒素在10月和6月明显高于其他月份.因此该城市供水水体存在藻毒素的污染,并有明显的季节变化.研究结果有助于合理选择水源,同时为制定饮水中藻毒素卫生标准提供科学依据.     

淀山湖水质富营养化和微囊藻毒素污染水平

研究淀山湖不同季节水体中总磷(TP)、总氮(TN)、pH、水温、透明度(SD)、叶绿素a(Chl-a)含量和优势藻种等富营养化相关指标;在培养条件下,研究不同温度、光照、氮磷浓度对铜绿微囊藻的生长及微囊藻毒素LR(MC-LR)产生的影响;研究藻细胞密度和微囊藻毒素LR浓度的相关关系.结果表明:淀山湖水质已呈富营养化状态,春末和夏季水质和水文条件适合藻类生长.湖水TN和TP年平均值分别达1.93mg/L和0.18mg/L,TN和TP的年超标率达93.5%和92.2%.TP的高峰期比施肥的高峰期延迟出现约一个月,说明沿湖农业对富营养化指标的影响较大.淀山湖常年生长的藻类分别是蓝绿藻、硅藻、隐藻和裸藻等,夏季水华中可见污染指示藻如微囊藻、鱼腥藻和针杆藻等产毒藻.培养条件下,铜绿微囊藻在25℃和3000lx时生长最快,但产毒量却分别在20℃和5000lx时达到最大值;合适其生长和产毒的氮、磷浓度分别为650μmol/L和6.5μmol/L.现场和实验室条件下,均发现磷为藻类生长的限制因子,微囊藻毒素-LR浓度与藻细胞密度或铜绿微囊藻细胞密度之间存在正相关关系,提示可以用藻细胞密度来估算水中毒素的浓度.     

不同流态生物膜反应器对微囊藻毒素的降解特性

以富营养化源水为处理对象,考察了三阶、单阶气水顺流、单阶气水逆流生物膜反应器对微囊藻毒素的去除特性.三阶生物膜反应器比单阶反应器更接近于推流反应器,对藻毒素的去除效率高于单阶反应器,且效果稳定.在试验水质条件下,水力停留时间(HRT)为2h时,三阶反应器可有效去除85.9%的胞外微囊藻毒素与84.0%的总微囊藻毒素,对胞外微囊藻毒素-LR、RR与总微囊藻毒素-LR、RR的去除率分别为86.7%、81.7%与71.5%、80.5%.三阶生物膜工艺可用于富营养化源水的预处理.     

活性炭纤维固定化菌对微囊藻毒素MC-LR的去除研究

研究了藻蓝蛋白提取过程中微囊藻毒素MC-LR的释放分布规律,并用活性炭纤维对一株微囊藻毒素降解菌株进行了固定化,考察了不同活性炭纤维预处理方法、活性炭纤维用量、pH值、温度以及MC-LR浓度对固定化藻毒素降解菌去除MC-LR的影响.结果表明,藻蓝蛋白提取过程中MC-LR主要分布在超滤滤液中,占MC-LR总含量的81.2%.固定化藻毒素降解菌去除 MC-LR的效率明显高于非固定化藻毒素降解菌. 藻毒素降解菌用(1+9)盐酸预处理后的活性炭纤维固定化,其去除效果最佳.MC-LR去除的最适条件为:活性炭纤维用量为10g/L,温度为35℃, pH值为8.0.固定化藻毒素降解菌对pH值,温度具有一定的耐受性,能够在pH5~pH9、10℃~35℃范围内有效地去除MC-LR.     

活性炭纤维固定化菌对微囊藻毒素MC-LR的去除研究

研究了藻蓝蛋白提取过程中微囊藻毒素MC-LR的释放分布规律,并用活性炭纤维对一株微囊藻毒素降解菌株进行了固定化,考察了不同活性炭纤维预处理方法、活性炭纤维用量、pH值、温度以及MC-LR浓度对固定化藻毒素降解菌去除MC-LR的影响.结果表明,藻蓝蛋白提取过程中MC-LR主要分布在超滤滤液中,占MC-LR总含量的81.2%.固定化藻毒素降解菌去除MC-LR的效率明显高于非固定化藻毒素降解菌.藻毒素降解菌用(1+9)盐酸预处理后的活性炭纤维固定化,其去除效果最佳.MC-LR去除的最适条件为:活性炭纤维用量为10g/L,温度为35℃,pH值为8.0.固定化藻毒素降解菌对pH值,温度具有一定的耐受性,能够在pH5~pH9、10℃~35℃范围内有效地去除MC-LR.     

菱形藻在污水中的生长及其净化能力

研究了菱形藻(Nitzschia sp.)在不同浓度污水中的生长及其对不同形态氮磷的去除情况。结果表明:(1)菱形藻在不同浓度污水中均可以生长,但比生长速率存在显著差异,其中在50%、80%污水环境与基础培养(f/2)环境中生长较快,比生长速率为5.9～8.5,不存在差异;(2)不同浓度污水培养菱形藻后N、P养分均有一定的去除,总磷(TP)和NO3-N利用率均在60%以上,NO2-N、总氮(TN)、NH4-N的利用率分别在40%、70%、90%以上,表明菱形藻有较强的净化水源的能力;(3)污水培养后菱形藻的营养成分含量均高于纯海水培养的,其中80%污水环境下藻细胞叶绿素、胞外多糖(EPS)、胞内多糖(IPS)、蛋白质和总脂肪含量最高,分别占干重的3.5%、2%、4%、1.5%和14.5%。     

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.     

太湖微囊藻毒素年变化及其与浮游生物的关系

应用酶联免疫吸附法,对太湖 6 个样点进行了为期 1 年的微囊藻毒素(MC)的监测,探讨了微囊藻毒素随时间变化的趋势及其与浮游生物的关系.结果表明,微囊藻毒素在湖体中的全年变化趋势和藻类生长繁殖的全年变化趋势有共同之处,均表现为夏、秋季高.但微囊藻毒素含量的峰值比藻类生物量的峰值略有滞后,并且在夏、秋季藻毒素含量总体水平较高的时期内,有明显的起伏;微囊藻毒素含量与蓝藻生物量呈高度相关,如果该样点藻类优势种为蓝藻,则微囊藻毒素含量与藻类总生物量亦相关;和浮游植物存在捕食关系的浮游动物(轮虫和原生动物)与藻毒素含量也存在相关性.     

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.     

滇池沉积物菌群对微囊藻毒素的厌氧生物降解

好氧微生物降解已经被证明是微囊藻毒素(MC)自然转化的主要途径,但是厌氧降解的作用尚不明确.为了揭示这一降解过程,研究了滇池沉积物中混合菌群在厌氧条件下对MCLR的降解能力,并考察了环境因素和外加营养源对该过程的影响.结果表明,厌氧条件下MCLR在2 d内从5 mg/L迅速降解到检测限以下,说明该菌群在厌氧条件下对MCLR具有较强的降解能力,并且可以利用MCLR作为唯一氮源.在实验温度范围内,MCLR的降解速率随着温度的升高而增大.酸性条件下MCLR的厌氧降解缓慢(pH=5.0)甚至停止(pH=3.0),而中性(pH=7.0)和碱性(pH为9.0、11.0)条件下降解速率没有显著差异.单独添加葡萄糖可以产生酸性物质而使体系的pH下降,从而抑制MCLR的降解,但是同时添加硝酸盐可以消除这一影响.单独添加硝酸盐对MCLR的厌氧降解也有显著的抑制作用,说明硝酸根在这一过程中未被MCLR厌氧降解菌用作最终电子受体.以上结果表明,厌氧降解可能是沉积物中MCLR转化的另一重要途径,该过程在MCLR污染治理方面具有潜在的应用价值.     

微囊藻毒素LR对BRL-3A凋亡相关蛋白表达的影响

用蛋白印迹法研究了微囊藻毒素LR(MCLR)暴露时大鼠BRL-3A细胞p53、Bcl-2和Bax的表达情况.结果表明,与对照组相比,各实验组p53和Bax表达均明显升高.除了10nmol/L LR暴露1h实验组外,其它实验组Bcl-2表达均下降.在低浓度组(10nmol/L),随暴露时间的延长,p53和Bax表达逐渐升高,Bcl-2表达逐渐下降,而在中浓度(100nmol/L)和高浓度组(1000nmol/L),蛋白表达与暴露时间的一致性没有低浓度组(10nmol/L)明显.表明p53、Bcl-2和Bax在MCLR诱导的细胞凋亡中可能起重要作用.     

压力强化混凝除藻工艺中藻毒素安全性研究

为了研究预压力强化混凝沉淀蓝藻水处理工艺中,外加压力是否会引起藻细胞破裂,导致细胞内藻毒素泄漏到水体中,影响供水安全,实验对比研究了预压力和预氧化含藻水后藻毒素浓度的变化,以及预压力混凝沉淀和预氧化混凝沉淀除藻工艺中藻毒素浓度的变化和藻类去除效果.结果表明,含藻水经0.4~0.8 MPa压力加压后,水中藻毒素浓度没有增加,而次氯酸钠预氧化后水中藻毒素浓度大幅度增加.在0.5~0.8 MPa压力范围内,加压后混凝沉淀取得了较好的除藻除浊效果,蓝藻去除率达到90%~93.5%,浊度1.23~1.95 NTU,而次氯酸钠预氧化混凝沉淀后,蓝藻去除率56.2%~78.8%,浊度8.01~10.7 NTU,说明压力强化混凝沉淀除藻工艺是安全有效的.     

鞘氨醇单胞菌USTB-05对微囊藻毒素的生物降解

研究了云南滇池水华蓝藻细胞中微囊藻毒素(MCs)的分析和鞘氨醇单胞菌USTB-05在细胞水平和酶水平下对MC-YR、RR和LR的生物降解.结果表明,云南滇池水华蓝藻细胞中MC-YR、RR和LR的含量分别为0.16, 0.96, 0.47mg/g.在初始浓度分别为19.5mg/L MC-YR、79.5mg/L MC-RR和43.6mg/L MC-LR下,鞘氨醇单胞菌USTB-05在2d内可将上述3种MCs全部降解,鞘氨醇单胞菌USTB-05粗酶液可以以更快的速率对MC-YR、MC-RR和MC-LR进行高效酶催化降解,在10h内可以将初始浓度分别为14.8mg/L MC-YR、28.4mg/L MC-RR和19.5mg/L MC-LR全部降解.同时发现了MC-YR降解过程中的2个中间和1个最终代谢产物.     

长江流域水质评价与预测

依据长江流域水质监测资料,选用具有代表性的主要因子pH、DO、高锰酸盐指数、NH3-N,采用综合水质标识指数模型对长江流域进行了定量综合评价,评价结果表明,影响长江流域水质的主要污染因子是NH3-N和高锰酸盐指数;定量综合评价显示长江流域总体水质为Ⅱ类水,但有恶化为Ⅲ类水的趋势。据此,揭示了水质的时空变化规律。根据监测数据和水质报告,采用灰色模型预测了未来10年长江流域各类水质比例,预测表明,Ⅲ类以上可饮用水的比例在逐年减少。     

有限单元算法在水质模拟中的应用研究

利用模拟河流水质的二维水质模型和有限单元算法,使用MATLAB软件进行计算程序的编写,开展该模型和有限单元算法在三峡库区水质模拟的适用性研究。有限单元法的基本思路是把一个连续的环境空间离散为若干个单元,每一个单元都可以是作为一个完全混合的子系统,通过对每一个单元建立质量平衡方程,从而建立起体系模型。模拟因子包括:BOD5、COD、NH3-N三项。由计算值与监测值进行比较后可知,与监测值误差最大的为NH3-N,可达23.8%;最小的为BOD5,误差为5.3%。由此可以说明,本课题的用于三峡水库水质预测的二维水质模型具有较高的精度,能够用来模拟预测三峡水库蓄水以后的水质变化状况。     

邕江水源地上游水环境容量计算及预测

通过计算邕江上游的水环境容量,对邕江水环境容量的价值做进一步的讨论,确保水源地的安全。分析了邕江水源地上游河段的水文特征,以具有代表性的COD和NH3-N为控制因子,选用水环境容量二维模型,按照水情保证率95%进行计算。得出2007年COD和NH3-N的已利用容量为2751.37t/a和117.63t/a。在对邕江水质进行评价的基础上,还预测出邕江水源地上游河段的COD和NH3-N剩余水环境容量呈上升趋势,这表明水源地上游水质安全。