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.     

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.     

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.     

微囊藻毒素对青菜生长的影响及其在生物体内的累积

蓝藻藻泥好氧堆肥腐熟后还田是其打捞后资源化利用的主要途径。堆肥后仍有一定数量的微囊藻毒素(microcystin,MC)残留,大量还田是否会对作物生长和人类健康产生安全风险尚不明确。将青菜(Brassica chinensis)暴露于不同MC含量的石英砂和菜地土壤,观测植株生长状况及体内MC含量,并观测不同含量的MC在菜地土壤中的降解速率。结果发现:砂培实验结束时,青菜成株的株高和生物量随着MC暴露浓度的增加而显著降低,而植株地上部MC的含量则显著增加。在MC浓度为0.386mg·kg-1的处理中,青菜地上部MC-LR(L为亮氨酸)和MC-RR(R为精氨酸)的浓度分别达到27.45μg·kg-1(鲜质量)和1.35μg·kg-1(鲜质量)。MC-LR和MC-RR在青菜地上部的富集系数都随着砂培基质中MC浓度的增加而显著降低,且前者显著高于后者。土培青菜生长过程中吸收和累积的MC数量显著小于砂培实验。MC在菜地土壤中降解56d后,MC-LR和MC-RR的降解率均达90%以上。按普通有机肥的一般用量(2.5kg·m-2)施用充分腐熟的蓝藻堆肥成品种植青菜,食用后每人每天摄入的MC含量远低于WHO制定的饮用水中MC的指导值。研究为评估现行蓝藻堆肥工艺中残留的MC对作物生长和生物安全风险提供了科学依据。     

微囊藻毒素RR的制备及鉴定

以野外收集的水华蓝藻为原料,建立了以75%甲醇溶液提取、快速色谱和半制备色谱分离为主要步骤的微囊藻毒素分离纯化方法,并用HPLC、分光光度计和电喷雾质谱对所得毒素的纯度和结构进行了鉴定.结果表明,所得毒素为MCRR,纯度大于95%,其紫外吸收光谱在239nm处有特征吸收,分子组成为环(Ala-Arg-MeAsp-Arg-Adda-Glu-Mdha),分子量为1037.     

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.     

锌在不同磷源条件下对铜绿微囊藻生长与产毒的影响

针对磷和微量元素对藻类生长的共同作用,研究不同磷源条件下锌对藻细胞生长与产毒的影响。实验选用铜绿微囊藻为藻种,分别以无机磷磷酸氢二钾(K_2HPO_4)、小分子有机磷甘油磷酸钠(NaGly)和大分子有机磷卵磷脂(LEC)为磷源,研究不同锌(Zn~(2+))含量对藻细胞的藻密度、碱性磷酸酶活性(alkaline phosphatase activity,APA)以及胞内藻毒素(MC-LR)的影响。研究发现:以NaGly为磷源时微量元素锌对藻细胞生长的促进效果显著,而以K_2HPO_4或LEC为磷源时,锌含量的变化对藻细胞生长无显著影响。APA不仅与磷源有关而且与锌含量相关,以LEC为磷源时的APA显著高于以K_2HPO_4或NaGly为磷源时的APA,且锌含量越低APA越低,以K_2HPO_4为磷源时锌含量越低APA越高,而锌对以NaGly为磷源时的APA几乎没有影响。磷源与微量元素锌对藻细胞的产毒均产生影响,NaGly有利于藻毒素的产生; LEC不利于藻细胞的产毒,但锌含量越低藻细胞的产毒量越多。综上所述,磷源与微量元素锌共同作用对藻细胞的生长与产毒产生影响,小分子有机磷NaGly与锌的效果显著。     

滇池水华蓝藻干粉制剂的生物脱毒实验

滇池属长江流域的一个内陆湖泊，近年来水体富营养化日益严重，每年夏季都出现大面积的水华。由品种单一，主要为蓝藻门，其中微囊藻是优势种，产生的微囊藻毒素具有很强的毒性。本实验以富营养化湖湖滇池中的水华蓝藻作为主要原料，将其制成干粉后，利用双协菌株在28－32℃条件下对其进行固态发酵，培养基质初始水份为65％。发酵培养2d后，培养基质中微囊藻毒素含量明显降低，6d后，基质中微囊藻毒素含量未检出（最低浓度检测限1μg/mg）。同时对实验所获得时间序列进行动力学研究，结果表明利用双协菌降解微囊藻毒毒的反应为准一级动力学反应。     

福州山仔水库水华微囊藻毒素时空分布特征

在福州市第二饮用水源地山仔水库选取七里(库区入口)、库心(库区中心)和坝前(库区出口)3个典型断面,研究了2008年7～12月蓝藻水华发生至消退后期水体中溶解性微囊藻毒素(Extracellular Microcystins,EMCs)和藻细胞内微囊藻毒素(Intracellular Microcystins,IMCs...     

高铁-光催化氧化协同去除藻毒素的研究

研究了高铁-光催化氧化体系去除水中藻毒素的效能.结果表明,通过投加10mg/L的高铁到光催化体系中,由于高铁的强氧化性及其还原产物可作为电子捕获剂的特点,可将光催化效率从63%提高到100%,实现快速完全去除藻毒素的目的.同时对照研究了高铁、光催化、Fe³⁺-光催化、高铁-光催化4种不同反应体系对藻毒素去除的效能.结果显示,单纯的高铁或光催化都可以降解一部分藻毒素,但去除率低,分别为54%和63%,且需大剂量的高铁投加或大大延长光照时间.而在Fe³⁺-光催化、高铁-光催化体系中,只需投加10mg/L的三价铁或高铁,就可以将藻毒素去除率提高到73%和100%,但采用高铁协同光催化体系比三价铁协同光催化体系更有效.也就是说在本体系中,高铁具有十分重要的作用,明显存在着高铁与TiO₂光催化的协同效应.