洋河水库水华优势种演替的原因分析

针对鱼腥藻和微囊藻这2种洋河水库水华暴发常见优势藻,研究了其在不同温度及硝态氮浓度下的生长情况。结果表明,在温度15～25℃,硝态氮浓度0.05～10 mg/L的范围内,温度的升高、硝态氮浓度的增加,对鱼腥藻的生长影响不明显,却能够明显地促进微囊藻的增长。15℃或0.05 mg/L硝氮条件下,鱼腥藻的比增长速率高于微囊藻,而25℃或10 mg/L硝氮时,微囊藻的比增长速率分别达到了0.425 d-1和0.466 d-1,明显超过鱼腥藻。洋河水库逐年升高的硝态氮浓度以及夏秋季节比较适宜的温度促进了微囊藻的增长,可能是洋河水库水华优势种由螺旋鱼腥藻向微囊藻转变的重要因素。     

天然橄榄石对水体铜绿微囊藻的去除效果

为开发安全、高效、廉价的水华控制技术,选择铝土矿、磷铁矿、黄铁矿、铬铁矿及橄榄石等10种天然矿物材料,以水体铜绿微囊藻为研究对象,通过跟踪测定其叶绿素a的变化,研究了天然矿物对水体铜绿微囊藻去除特性,并探讨了天然橄榄石去除铜绿微囊藻的影响因素及去除机理。结果表明：相同条件下天然橄榄石具有最高的除藻能力;矿物用量及藻密度对橄榄石除藻过程影响最大,其次为pH及水温,光强影响最小;当橄榄石浓度为1.5 g·L^‒1,藻密度<1.7×10⁶ cells·mL^‒1、水温15 ℃、反应介质为弱酸性或中性(pH 5~7)时,吸附1 h后,叶绿素a去除率高于96%。进一步分析可知,天然橄榄石主要通过静电作用对铜绿微囊藻进行吸附,进而使藻细胞絮凝沉降,部分藻细胞破裂分解,同时天然橄榄石在反应过程中吸附培养基中的营养盐,造成藻细胞营养缺少,从而对藻细胞的生长造成一定的抑制作用。     

水华束丝藻与铜绿微囊藻净化水体氮磷及其脂质积累过程比较

选取水华束丝藻与铜绿微囊藻作为典型水华蓝藻,探索水华蓝藻净化水体及合成生物柴油的潜力.采用氮磷浓度为NH4+-N 7.5 mg/L,PO43--P 1.0 mg/L的模拟污水,重点考察了在光照强度与温度不同的条件下2种微藻对氮磷的去除率,并利用尼罗红荧光染色法测定了微藻中的中性脂含量.结果表明,2种藻对PO43--P的去除率均较高,最高达到98%,对NH4+-N的去除率稍低,最高为52%.水华束丝藻及铜绿微囊藻均具有较强积累中性脂的能力,适宜的温度与光照条件有利于微藻对氮磷的去除及细胞中脂类的积累.2种藻均在光照强度为12 000 lx时中性脂含量更高.水华束丝藻在温度为18~22℃条件下,生长更优,氮磷净化效果较好,中性脂积累能力更强.而铜绿微囊藻在温度为22~26℃时表现更好.     

海河干流天津段氮磷对藻类生长的影响及动力学分析

本实验以海河干流天津段水体为对象,对其中四种典型共存藻类(即铜绿微囊藻、小球藻、卵囊藻和席藻)在不同氮磷营养盐环境条件下的响应生长规律进行了过程表征及动力学研究。实验结果表明,N/P在10~40范围适宜藻类生长,N/P为10时藻类比增长率最大;氮浓度水平在2.0~15 mg·L~(-1)、磷浓度水平在0.2~1.5 mg·L~(-1)内,藻类比增长率随着氮磷浓度的升高而增大,当氮浓度为15 mg·L~(-1),磷浓度为1.5 mg·L~(-1)时达到最大,优势藻为卵囊藻;通过Monod藻类生长动力学分析得出,藻类最大比增长率为0.050 8,半饱和常数为0.157,表明目标河段水华暴发风险相对较低,且磷是藻生长限制性因子。     

钙离子对混凝去除水体中铜绿微囊藻的影响

以铜绿微囊藻为对象,研究了钙离子对聚合氯化铝（polyaluminumchloride,PAC）混凝沉淀藻细胞的影响及其可能的机理。结果表明,添加钙离子对PAC混凝去除模拟水样藻细胞和浊度均具有促进作用。在PAC摩尔浓度较低时（0.02 mmol·L-1）,最高可将除藻率和除浊率分别提高66.4%和76.8%。三维荧光及总溶解性有机碳（total dissolved organic carbon,TDOC）分析表明钙离子对去除水中溶解性胞外有机物（dissolved extracellular organic matter,dEOM）没有显著作用。利用Zeta电位和絮体形态对其影响混凝除藻效果的可能机理进行探究,发现钙离子能通过压缩双电层和吸附电中和提高藻细胞表面的Zeta电位,从而促进胶体脱稳凝聚。推测钙离子通过与铜绿微囊藻表面的黏附型胞外有机物（bound extracellular organic matter,bEOM）发生阳离子架桥作用促进藻细胞脱稳混凝沉淀。钙离子能够促进铜绿微囊藻脱稳,但是絮体粒径、强度、恢复能力的主要影响因素还是PAC摩尔浓度。     

湖库型饮用水源蓝藻水华应急处置模拟实验

水源水体富营养化及造成的藻类水华是淡水生态系统面临的主要问题之一,严重威胁城市供水。以华南地区赤水水库为例,基于2019年5月暴发的蓝藻水华事件,开展了水库水质、蓝藻密度的监测分析及壳聚糖改性高岭土复合聚合氯化铝的应急除藻技术研究,确定了絮凝剂的最佳投加量并评估了除藻效果。结果表明: 水华暴发时取水口表层TN、TP浓度超过地表水III标准且水体主要限制性元素为磷,若集水区内磷的浓度继续增大,则水华暴发的频率继续增加;此次蓝藻水华的优势种为铜绿微囊藻,且垂向主要聚集在表层及水下5 m处,随水深的增加藻细胞密度逐渐降低,表层藻细胞密度高达6.87×10⁸ cells·L⁻¹;采用壳聚糖改性高岭土复合聚合氯化铝去除蓝藻效果较好,在改性黏土投加100 mg·L⁻¹,聚合氯化铝投加10 mg·L⁻¹时,1 h去除率约60%,且随着时间延长,去除率持续提高。改性黏土复合聚合氯化铝能在短期内使藻类沉降至水库底部,可应用于湖库型饮用水源蓝藻水华的应急处置。     

以再生水为补水的景观水体水华爆发特征调查和药剂应急控藻效果评价

采用现场调查和实验室验证的方法,对以再生水为景观补水的水华优势藻进行了分析。2年的现场调查表明,再生水在条件适合时极易发生水华,且水华的优势藻以小球藻为主。在实验室针对小球藻和铜绿微囊藻进行了竞争生长实验研究,在再生水的氮磷浓度范围内小球藻生长快于铜绿微囊藻,这也验证了再生水作为景观水补水时小球藻是优势藻现场调查结论。针对水华爆发初期和水华爆发验证时2种条件,比较研究了4种以化学成分为主的抑藻药剂对以小球藻为水华特征藻的控藻效果。结果表明,这4种药剂对水华的控制均具有一定的效果,并且水华初期实施药剂抑藻,药剂投加少,且效果好。对4种药剂进行急性毒性实验,只有S2一种药剂在安全浓度时对水华爆发初期有抑藻效果。     

AgBiO3对铜绿微囊藻生长的致毒效应

研究了AgBiO3对铜绿微囊藻生长的致毒效应.结果表明,培养液中Ag 的胁迫使铜绿微囊藻的生长繁殖受到明显抑制;由于铜绿微囊藻自身的防御机制,在受到胁迫时其细胞密度随着Ag 浓度的升高呈不对称"V"形变化;在一定铜绿微囊藻密度范围内,Ag 96h半数有效浓度(96h-EC50(y))和投加AgBiO3时初始藻细胞密度(x)之间存在线性关系:y=0.049 7x-0.051 1;在投加Ag 24h后,培养液上清液中Ag 浓度低于<生活饮用水卫生标准>(GB5749-2006)限值.因此,可以利用AgBiO3对铜绿微囊藻生长的致毒效应,将投加银系杀藻剂作为铜绿微囊藻水华控制措施之一.     

活体微藻对镉（Ⅱ）的富集机理

选取小球衣藻（Chlamydomonas microsphaera）、铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）、钝顶螺旋藻（Spirulina platensis）和四尾栅藻（Scenedesmus quadricauda）等4种微藻,通过室内模拟实验,对水体中的Cd2+进行吸附,并对吸附Cd2+的微藻分别采用去离子水、0.2 mol·L-1 CaCl2与研磨处理,测定Cd2+的解脱量,研究活体微藻对重金属离子的富集特征与机理。结果表明：4种活体微藻均对水体中Cd2+有较强的富集能力,在Cd2+初始浓度为10 mg·L-1、溶液pH为7.0的实验条件下,小球衣藻富集量可达76.34 mg·g-1,铜绿微囊藻、钝顶螺旋藻和四尾栅藻富集量分别为24.78、15.28 和 9.85 mg·g-1,说明微藻是良好的重金属吸附剂;4种活体微藻对Cd2+的富集特征均符合准二级动力学方程（R2>0.99）,反映出活体微藻对Cd2+的富集主要是一种化学行为;活体微藻对Cd2+的富集主要是离子交换形式的化学吸附,富集比例均在60%以上,其中小球衣藻最高,达86.51%。除化学吸附外,还包括物理吸附与生物吸收,生物吸收所占富集比例为6.75%~18.96%,而物理吸附量最少,为3.02%~14.63%。     

聚乙烯醇-海藻酸钠固定铜绿微囊藻对磷的吸附

利用聚乙烯醇与海藻酸钠固定包埋铜绿微囊藻,通过正交实验获得聚乙烯醇溶液浓度、海藻酸钠溶液浓度及铜绿微囊藻液量去除磷的最佳配比,研究溶液起始pH值、反应时间、磷初始浓度对固定化小球吸附磷的影响。结果表明,固定化小球的最佳制备条件为聚乙烯醇质量分数6%,海藻酸钠质量分数0.5%及铜绿微囊藻浓度2×107个/mL;固定化小球吸附磷的最适起始pH值为6～8,吸附达到平衡的时间为9～12 d,初始磷浓度为1.00 mg/L时去除率最高,达到79.19%。     

抗菌防臭纤维织物杀藻效果研究

针对水华治理需求,采用市售抗菌防臭纤维织物产品进行了实验室和小型实验池中水华藻杀灭实验。结果显示,在28℃光照强度3 000 lx条件下,在实验室培养的藻悬浮液中放置0.4 cm2/mL抗菌防臭纤维织物1~3 d后,铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)DS和7820种、鲍氏织线藻(Plectonema calothrichoidesGom)、莱茵衣藻(Chlamydomonas rein-hardtii)的叶绿素a含量即明显降低,处理2周后,叶绿素a浓度分别下降94.8%、92.7%、93.2%和98.9%;鱼腥藻(Anabae-na7120),斜生栅藻(Scenedesmus obliquusK櫣tz)的生长受到强烈抑制,处理3周后其叶绿素a浓度无明显增加;在1.8 m×2.8 m×1.5 m的小型实验池使用1.25 m2/m3抗菌防臭纤维织物8 d后,实验池野生铜绿微囊藻叶绿素a浓度下降86.8%。鱼类急性毒理测试显示该抗菌防臭纤维织物无毒性。     

漂浮型Ag3PO4-g-C3N4共修饰TiO2复合可见光催化材料的除藻性能

以铝盐改性的膨胀珍珠岩为漂浮载体,使用溶胶凝胶-浸渍沉积法制备漂浮型Ag3PO4、氮化碳(g-C3N4)共修饰TiO2的可见光催化材料对铜绿微囊藻进行灭活,以获得高效、低耗的藻类水华控制方法。采用X射线衍射仪(XRD)、氮气吸附比表面积及孔径孔容分析仪(BET)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电能谱仪(XPS)和紫外-可见漫反射光谱仪(UV-vis DRS)等分析方法进行了材料表征。结果表明：Ag3PO4/TiO2的摩尔比变化可对催化剂的晶型结构、比表面积和表面官能团产生影响;Ag3PO4与g-C3N4对TiO2的共修饰可提高光催化剂的可见光响应;当Ag3PO4/TiO2的理论摩尔比为0.2时,催化剂的光催化除藻效果最佳;在催化剂的投加量为2 g·L−1,藻细胞的初始浓度为2.7×106 cells·mL−1时,经8 h可见光催化后,吸附-光催化对藻细胞的去除率达到85.19%。光催化除藻过程中起主要作用的活性基团贡献率为h+ > ∙OH > ∙${\rm{O}}_2^ - $,光催化剂在重复利用3次后,对藻细胞的去除率仍可达到74.41%。同时,考察了水中腐殖酸、叶绿素、硝酸盐和六价铬离子共存对该材料光催化去除铜绿微囊藻的影响。以上研究结果可为有害藻类污染水体修复技术选择提供参考。     

长江口边滩水库藻类增殖潜力及遮光控藻研究

从长江口及两个长江口边滩水库(陈行水库和宝钢水库)采集水样,在人工气候室内进行了藻类增殖潜力研究.结果表明,在完全不添加营养成分的前提下,在培养未灭菌水样时蓝绿藻可成为优势种而大量增殖;在灭菌水样中人工接种铜绿微囊藻时,该藻的藻细胞数最大现存量可达5.65×106个/mL.另一方面,采用遮光控藻思路,在上海交通大学致远湖中设置软体浮式人工围隔,待其发生水华后将围隔遮光,7 d后叶绿素a从发生水华时的176.9 μg/L降至21.4μg/L.因此,使用遮光技术可以达到有效控藻的目的.     

不同水温下鲴鱼对铜绿微囊藻的控制作用及对水质的影响

在室内受控模拟条件下开展实验,研究了在19、23、27、31、35℃5个水温梯度下鲴鱼对铜绿微囊藻和水质的影响。研究结果表明,在不同水温下,鲴鱼对铜绿微囊藻具有较强的控制作用,实验结束时铜绿微囊藻密度减少至初始密度的18%~30%,摄食率和消化率分别为6.83×104~8.32×104cells/(g·d)、93%~98%;叶绿素a的去除率为68%~88%;实验组TP、TN去除率分别为22%~25%、20%~38%,对照组的分别为80%~94%、28%~40%。对照组NH+4-N浓度变化很小(0.071~0.073 mg/L),而实验组氨氮浓度显著增大(2.222~3.645 mg/L),分别为初始值的31、34、42、51和46倍。     

天然水华蓝藻中微囊藻毒素的提取和净化研究

利用天然水华蓝藻为原料，通过筛选、比较不同极性提取剂对微囊藻毒素的提取效果，80％甲醇溶液有较高的提取效率，而乙醇溶液可实现无毒提取，优化了提取方法。并通过调节溶液pH为藻胆蛋白等电点的方法去除共提取的大量藻胆蛋白，取得了很好的净化效果，为微囊藻毒素的分离和纯化研究提供了基础。     

四羟甲基硫酸鏻去除铜绿微囊藻效果及其机制研究

研究了四羟甲基硫酸鏻对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的去除效果及机制.结果表明,四羟甲基硫酸鏻半效应浓度(EC50)与藻细胞数目呈正相关,线性方程为:Y=0.628 2X+0.956 4,R2=0.997 3(其中Y为EC50,mg/L;X为处理48 h后铜绿微囊藻细胞数目,106个/mL).11.0 mg/L四羟甲基硫酸鏻处理铜绿微囊藻36 h后,藻细胞可溶性蛋白、超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)较对照组分别提高10.47%、11.31%、140.98%,四羟甲基硫酸鏻能够显著破坏藻细胞膜通透性,提高酯酶活性.四羟甲基硫酸鏻通过破坏藻细胞膜,造成膜脂过氧化,干扰藻体正常代谢而除藻.     

不同有机物对含藻水体混凝效果和絮体特性的影响

为了解不同有机物对含藻水体混凝过程的影响,以含铜绿微囊藻水体作为实验对象,考察牛血清蛋白(BSA)和腐殖酸(HA)2种有机物及其质量浓度对含藻水体浊度、藻类有机物的去除效果以及絮体形成、破碎、再絮凝的影响。结果表明,少量的BSA对混凝反应起促进作用,当BSA的投加量超过1 mg·L⁻¹转为抑制作用,因为投加量升高时,BSA抢占混凝剂活性位点,抑制混凝反应。HA不利于混凝反应的进行,因为HA中的官能团优先与混凝剂结合,从而导致混凝效果变差。提高混凝药剂投加量可缓解有机物质量浓度增加对混凝效果的影响。当BSA投加量为5 mg·L⁻¹,PACl投加量为0.06 mmol·L⁻¹时,能达到出水浊度小于1 NTU,藻细胞去除率大于90 %的混凝效果,HA添加量为5 mg·L⁻¹,PACl投加量为0.12 mmol·L⁻¹时,也能达到相同的混凝效果。混凝更容易去除分子质量较大的BSA和HA,而对小分子亲水性有机物的去处效果较差,如藻类有机物或HA中小分子有机物。少量的BSA和HA增加了混凝絮体的生成速率和初始粒径。本研究结果可为天然水体混凝除藻工艺优化运行提供参考。     

台风对太湖微囊藻群体大小的影响

为了解台风对太湖微囊藻群体大小及在水体中分布的影响,于2013年7月12—16日台风苏力经过太湖期间,测定并分析了风速、总氮、总磷、微囊藻群体大小和Chl-a浓度变化。结果表明,台风过程中水体中总氮和总磷浓度分别从1.33 mg·L-1和0.07 mg·L-1提高到2.70 mg·L-1和0.23 mg·L-1,48 h内微囊藻群体平均大小从32.80 μm增加到69.43 μm。此外,水体中Chl-a浓度与风速显著正相关(r=0.472,P -1)。研究表明,强风浪扰动(如台风)能够引起水体中氮磷浓度的提高,改变微囊藻在水体中的分布,并且能够促进微囊藻群体的迅速增大。     

北京南海子湖藻垫在春夏交替季节水华过程中的作用

藻垫对湖泊水体水华发生是否有影响及影响机制是目前水体富营养化研究的一个前沿课题。本文以北京南海子湖为例,研究湖底藻垫对水体水华爆发的影响。通过对干燥藻垫和水华过程新产生的藻垫进行培养对比实验,揭示不同时期形成的藻垫对水体藻生物量的影响即水华的影响。结果表明,不同干燥时间的藻垫均对水体藻生物量有影响,进入藻生长平台期,水体叶绿素a浓度范围为15~20 μg/L,而灭菌后的藻垫培养水体中叶绿素a浓度低于10 μg/L;水华爆发后新生成的藻垫对水体藻生物量也有贡献,培养水体叶绿素a范围也达到15-20 μg/L;干燥时间对藻垫培养后水体浮游植物生物量的影响较弱。     

藻菌共培养对小球藻生长及苯酚降解的影响

工业苯酚废水无序排放会对环境造成极大危害,构建既能去除苯酚又能积累微藻生物质的藻菌组合对实现苯酚废水净化及其资源化利用具有重要意义。首先,研究了小球藻对苯酚的耐受性和降解性能;然后,构建了其与简单芽胞杆菌Bacillus simplex的共培养体系;最后,测试了藻菌比、藻菌接种浓度和苯酚浓度等对小球藻生长及苯酚降解的影响。结果表明:小球藻能耐受400 mg·L~(-1)的苯酚,但其对100～600 mg·L~(-1)苯酚的降解率仅为1.21%～11.66%;对于藻菌共培养体系,在固定小球藻接种浓度为0.2 g·L~(-1)、藻菌比为1∶4～4∶1条件下,3～5 d完全降解了400 mg·L~(-1)的苯酚,小球藻叶绿素(a+b)含量较单藻组增加了0.14～2.21倍,且随着藻菌比降低,苯酚降解效率及小球藻生物量逐步提高;在固定藻菌比为1∶1、小球藻初始接种浓度为0.05～0.4 g·L~(-1)条件下,4～5 d完全降解400 mg·L~(-1)苯酚,且在藻接种浓度为0.2 g·L~(-1)条件下,小球藻具有最高的比生长速率;在藻菌接种浓度0.2 g·L~(-1)、藻菌比1∶1条件下,6 d内完全降解500 mg·L~(-1)的苯酚,且在各苯酚浓度(200～600 mg·L~(-1))下,小球藻叶绿素(a+b)含量较初始接种值增加了1.54～4.71倍。与简单芽胞杆菌共培养可以促进小球藻生长并提高其苯酚降解能力,在苯酚废水净化及资源化利用领域展现了一定的应用潜力。