藻细胞特性对净水工艺的影响研究

以藻细胞的基本特征为基础,概括了目前净水工艺除藻的一般方法和原理,分析阐明了藻细胞特征对净水工艺的影响机制。      

巢湖水华暴发期水-沉积物界面溶解性氮形态的变化

2008年4~10月,连续对巢湖8个样点进行采样,分析了上覆水和表层沉积物间隙水中溶解性氮形态在水华暴发过程中的变化,估算了水-沉积物界面无机氮的扩散通量.结果表明,上覆水中NH4+-N含量随水华暴发强度的增加而减小,溶解性总氮(DTN)含量在水华暴发后明显升高,而NO3--N含量只在水华暴发严重时才明显减少.在大规模水华暴发前(4~5月)上覆水中DTN的主要组成部分是NO3--N和NH4+-N,在水华暴发后则是溶解性有机氮(DON).间隙水中PDTN以NH4+-N为主,其浓度随温度的增加而升高; DON在水华暴发过程中呈先下降后上升的趋势.通量计算结果表明,沉积物作为NH4+-N的“源”一直由间隙水向上覆水释放,西半湖扩散通量在13.06~32.94mg/(m2·d)之间,东半湖扩散通量在4.54~17.41mg/(m2·d)之间.沉积物-水界面交换是湖泊营养盐重要的补充途径,为水华持续暴发提供营养来源.     

底泥翻耕对巢湖西部聚藻区黑臭风险的预控效果

聚藻区高有机负荷表层底泥已被证实是西巢湖黑臭频发的主要因素,但能否借鉴像控制湖泊内源污染的翻耕方式对黑臭进行预控,则有待于与过程有关的试验研究.基于湖泊底泥再悬浮特征和耕作性能设计的底泥翻耕措施,借助能够模拟湖泊风浪与沉积物再悬浮的大型装置,通过藻体堆积诱发试验,研究黑臭诱发过程中上覆水水色,ρ（Fe2+）、ρ（S2-）的动态,新生沉积物-水界面底泥关键物化指标以及底泥间隙水Fe、S变化对底泥翻耕的响应过程.结果表明:①翻耕深度对黑臭影响较大,PT15（15 cm深度的翻耕处理组）达到了对湖泛黑臭的控制,当第8~14天PT2、PT5、PT10（2、5和10 cm翻耕处理组）,CK（对照组）和Blank（空白组）相继发生黑臭时,PT15上覆水主要致黑物质为Fe2+和S2-,其质量浓度分别为PT2、PT5、PT10、CK和Blank的68.6%、79.5%、48.1%、46.7%、51.3%和75.2%、65.7%、57.1%、74.5%、75.0%.②PT15可明显提升新生泥-水界面对蓝藻堆积及缺氧环境的耐受力,黑臭诱导模拟后,其底部水体及泥-水界面的ρ（DO）、E_h和pH均远高于发生湖泛黑臭处理组,ρ（∑H₂S）却明显低于发生湖泛黑臭处理组,表层底泥间隙水中ρ（Fe2+）为0.54 mg/L,仅为发生湖泛黑臭处理组的25.3%~33.7%,ρ（Fe2+）占ρ（TFe）的比例为25.2%,远低于发生湖泛黑臭处理组（约40.0%）,表层底泥中w（AVS）（AVS表示酸可挥发性硫化物）为0.51 μg/g,仅为发生湖泛黑臭处理组的14.6%~17.2%.研究显示,底泥翻耕作为一种底泥物理改良方式,对于聚藻区内底泥,因其将有机污染负荷较重的表层翻转至了下层,阻隔了表层污染底泥中物质迁移供给和对厌氧微生物参与的控制,在藻体大量聚集和死亡的水柱环境中可较好地阻止致黑致臭物的形成,有效控制了湖泛黑臭的发生.      

小球藻来源溶解有机质的光化学降解特性

利用三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)手段结合吸收光谱分析,研究了小球藻指数期和稳定期培养液中溶解有机物(DOM)在秋季天然太阳辐射作用下的光降解动力学特征.结果表明,小球藻生长过程中除能产生短波激发类腐殖质组分C1(其荧光峰的激发/发射波长位置为240,335 nm /406 nm)及类蛋白质组分C3(225,275 nm/334 nm)外,还会形成长波激发类腐殖质组分C2(260,395 nm /502 nm),表明C2组分并非仅有传统认为的陆源属性,同时也具有自生源属性.稳定期培养液的吸收光谱在250~300 nm范围内出现的肩峰,可用于指示水环境中现场自生源的贡献.不同生长时期培养液中DOM的吸收系数和荧光组分的降解动力学都符合一级反应方程.稳定期类腐殖质荧光组分(C1和C2)的光降解程度略高于指数期,但指数期类色氨酸组分(C3)的光降解程度略高于稳定期.经太阳辐照6 d后,小球藻培养液的吸收系数a₃₅₀及各荧光组分的平均损失率分别达到83.0%、84.0%、64.8%和80.0%,对应的半衰期只有1.6~5.0 d,揭示出藻类自生来源的DOM具有很强的光化学降解活性.     

不同有机基质诱发的水体黑臭及主要致臭物(VOSCs)产生机制研究

目前在研究湖泛发生方面还主要停留在视觉(黑色)水平,嗅觉(臭味)因为更加难以判断,有关致臭机制及致臭物质的研究仍停留在检测分析和理论假设方面,缺乏有效的证据证实.采用自制室内模拟装置研究不同有机基质作用下黑臭发生的情况,以确定挥发性有机硫化物(VOSCs)的前驱物并初步研究其降解机制.结果表明,有机物只要达到一定负荷水平(1.0 g.L-1)对水体均有致黑作用,但含硫有机物能使水体在7～13 d就变黑,而不含硫有机物需要13 d以上才能使水体变黑,且含硫有机物能使水体颜色变得更深(最高色度值达410度以上).只有含硫有机物才具有致臭作用,其中二甲基二硫醚(DMDS)、二甲基三硫醚(DMTS)和二甲基四硫醚(DMTeS)是黑臭水体主要的致臭物质.根据蛋氨酸降解产生的VOSCs情况,可确定蛋氨酸为VOSCs的主要前驱物.蛋氨酸以生物降解为主,硫酸还原菌(SRB)是水环境中重要的蛋氨酸降解菌之一,添加SRB使蛋氨酸快速分解为以DMDS、DMTS和DMTeS为主的VOSCs,降解率在第35 d高达95%,并使黑臭暴发的时间从13 d提前至8 d;产甲烷菌对蛋氨酸降解有抑制的趋势,其大量存在可能会抑制小分子硫化物的形成,因此添加甲烷菌抑制剂使黑臭暴发时间提前1 d.非生物降解是蛋氨酸降解的次要途径,仅能使蛋氨酸发生初步降解而水体始终未变黑.     

KMnO4预氧化强化混凝沉淀对太湖高藻水DON去除研究

利用小试试验研究了KMnO₄预氧化强化混凝沉淀对模拟太湖高藻水中的溶解性有机氮(DON)的去除效能,并通过分子量分布测定、双向电泳等手段初步分析了其作用机理。结果表明,当KMnO₄浓度为1.00 mg∕L,预氧化时间为30 min,PAC浓度为20 mg∕L时,对DON去除率为36.0%,浊度去除率和藻细胞去除率分别为88.3%、93.0%。KMnO₄预氧化强化混凝沉淀可作为水源水高藻爆发时去除DON的应急处理预案。     

太湖蓝藻水华衰亡对沉积物氮、磷释放的影响

在太湖草型区、藻型区及河口区采集原状泥柱进行加藻培养实验,监测培养过程中溶解氧(DO)、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH4+-N)、磷酸根(PO43--P)等相关指标的变化.结果表明,蔽光培养导致加藻体系中蓝藻大量死亡,形成水体极度缺氧环境(DO接近0),沉积物氮、磷释放量改变,上覆水NH4+-N、PO43--P...     

环境有效微生物菌剂治理蓝藻水华研究

在北京市延庆县妫水现场围隔水体中,通过投加由芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌和沼泽红假单胞菌组成的环境有效微生物菌剂(EM菌剂)治理蓝藻水华污染的效果进行了研究。实验结果表明:与对照相比,投加EM菌剂不仅可以快速降低蓝藻数量,使蓝藻生物量减少55%以上,而且能够迅速降低水体中的氨氮、亚硝酸氮、总氮和磷酸盐浓度并维持在较低水平波动,从而降低了形成蓝藻水华所需要的氮和磷营养元素,因此控制了蓝藻水华的发展,具有重要的应用价值。     

长江口外低氧区时空变化特征及形成、变化机制初步探究

在分析长江口外低氧区时空变化特征的基础上,探讨了耗氧物质来源和水文动力条件对低氧区形成、变化的影响。结果表明:黄海水的入侵虽然能够对水体的缺氧起到一定的缓解作用,但是由长江冲淡水造成的水体垂向的层化作用在一定时期是低氧区形成的最主要因素,二者此消彼长作用可能是长江口外北侧海域低氧区的年际变化特征和存在时间较短的原因。此外,根据2007年和2009年嵊泗4号站短时间尺度的溶解氧浓度变化,发现了赤潮暴发时的生物产氧对底层缺氧有缓解作用,同时也证实了赤潮暴发后产生的大量有机物分解耗氧是长江口南侧底层水体在相对较长时间内持续低氧的重要原因。     

Current Status of Mathematical Models for Population Dynamics of Prymnesium parvum in a Texas Reservoir1

Grover, James P., Jason W. Baker, Daniel L. Roelke, and Bryan W. Brooks, 2010. Current Status of Mathematical Models for Population Dynamics of Prymnesium parvum in a Texas Reservoir. Journal of the American Water Resources Association (JAWRA) 46(1):92-107. DOI: 10.1111/j.1752-1688.2009.00393.x Abstract: Blooms of the harmful alga Prymnesium parvum have apparently increased in frequency in inland waters of the United States, especially in western Texas. A suite of mathematical models was developed based on a chemostat (or continuously stirred tank reactor) framework, and calibrated with data from Lake Granbury, Texas. Inputs included data on flows, salinity, irradiance, temperature, zooplankton grazing, and nutrients. Parameterization incorporated recent laboratory studies relating the specific growth rate of P. parvum to such factors. Models differed in the number of algal populations competing with P. parvum, and whether competition occurred only by consumption of shared nutrients, or additionally through production of an allelopathic chemical by one of the populations, parameterized as cyanobacteria. Uncalibrated models did not reproduce the observed seasonal dynamics of P. parvum in Lake Granbury, which displayed a maximum population in late February during a prolonged bloom in cooler weather, and reduced abundance in summer. Sensitivity analyses suggested two modifications leading to predictions that better resembled observations. The first modification greatly reduces the optimal temperature for growth of P. parvum, an approach that disagrees with laboratory experiments indicating a strong potential for growth at temperatures above 20°C. The second modification increases the growth rate of P. parvum at all temperatures, in models including cyanobacterial allelopathy. Despite these adjustments, calibrated models did not faithfully simulate all features of the seasonal dynamics of P. parvum.