絮凝处理水华的环境安全性研究

论文摘要

我国水体富营养化现象日益严重,引起蓝藻水华频繁爆发,给淡水生态系统及其功能造成严重破坏,甚至还会威胁人类的健康。在各种治理水华的技术与措施中,絮凝沉降法由于具有快速、有效的优点而被广泛应用,其中天然矿物絮凝法由于粘土来源丰富并且没有二次污染,尤其经过改性后粘土投加量也显著降低,被认为是一种具有发展前景的防治技术方法之一。但是絮凝法处理水华只是将藻细胞从水体中转移到沉积物中,并没有彻底将藻细胞消除。絮凝处理后的藻细胞在沉积物中的死亡分解及藻毒素的释放很可能会对环境产生危害,因此有必要对絮凝处理水华的环境安全性进行研究。本文以水华优势藻类铜绿微囊藻为研究对象,通过模拟絮凝处理水华的过程,研究了铜绿微囊藻经絮凝沉降之后在水-沉积物中的分布和细胞分解过程,以及细胞内微囊藻毒素（MC）在沉积物中的释放和降解规律,进而对絮凝法应急处理水华的有效性及环境安全性进行评价。具体研究内容和结果如下：1.沉积物中MC提取方法的优化沉积物中MC的提取是研究MC在沉积物中迁移转化规律的基础,为了能对MC进行有效提取,对MC的提取方法进行了优化。分别从提取剂甲醇的浓度、提取剂用量、提取时间、提取次数进行优化,最终得到最优的提取方法为：使用浓度为75%的甲醇进行提取,提取剂用量为7 mL,提取时间为20 min,重复提取三次,提取率可达95%以上。2.有氧条件下絮凝处理水华的环境安全性研究以水华优势藻类铜绿微囊藻作为研究对象,通过模拟絮凝应急处理水华的过程,研究了有氧条件下铜绿微囊藻经絮凝沉降后藻细胞在水-沉积物中的分布和细胞分解过程,以及细胞内MC在沉积物中的释放和降解规律。结果表明,PAC、海泡石和PAC/海泡石联用均可有效去除水华藻类,除藻率都可以达到99%以上。其中PAC/海泡石联用不仅能快速沉降藻细胞,还能有效防止藻细胞重悬浮,避免水华的再次爆发。沉积物中的藻细胞经过约28天逐渐死亡分解,而絮凝处理既不会加速细胞的分解,也不会延缓细胞的死亡。MC在经过9天左右的滞后期后,开始缓慢降解,在20-28天左右降低到检测限以下,不同絮凝剂处理对MC的降解规律没有显著性影响。絮凝处理对水相中TOC和TN的变化也没有显著性影响,只是在实验后期（20天左右）,水相中TOC和TN浓度会大幅增加,需加强水质的检测与管理。3.厌氧条件下絮凝处理水华的环境安全性研究在完全厌氧的条件下,研究了铜绿微囊藻经絮凝沉降后藻细胞在水-沉积物中的分布和细胞分解过程,以及细胞内MC在沉积物中的释放和降解规律。结果表明,在厌氧条件下,藻细胞生物量经过8天左右的滞后期后开始快速减少,第24天已检测不到藻细胞的存在。絮凝处理及不同的絮凝剂对藻细胞的分解没有显著影响。厌氧条件下沉积物中藻细胞分解较快,这有利于有害藻类的去除。PAC和PAC/海泡石联用在厌氧条件小均可有效抑制藻细胞的重悬浮,对防止水华的再次爆发有较好的效果。MC经过约8天的滞后期后快速降解,第24天降低到检测限以下。厌氧条件下MC在4天时间内可以降解90%以上,说明厌氧条件下沉积物中MC的降解菌活性较强。水相中TOC及TN含量在20天后会大幅增加,需加强检测与管理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 富营养化及蓝藻水华
• 1.1.1 我国富营养化现状
• 1.1.2 蓝藻水华
• 1.1.3 蓝藻水华的危害
• 1.2 水华的污染与防治
• 1.2.1 水华的预防
• 1.2.2 水华的治理技术
• 1.2.3 存在问题
• 1.2.4 综合治理
• 1.3 微囊藻及MC的环境归趋
• 1.3.1 微囊藻在水-沉积物体系中的归趋
• 1.3.2 MC在环境中的归趋
• 1.4 本文的研究目的与主要内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 沉积物中MC提取方法的优化
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料与方法
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验试剂及材料
• 2.2.3 MCLR的HPLC测定
• 2.2.4 微囊藻细胞内MC浓度的测定
• 2.2.5 沉积物中MC提取方法的优化
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 提取时间的优化结果
• 2.3.2 提取剂甲醇浓度的优化结果
• 2.3.3 提取次数的优化结果
• 2.3.4 提取剂用量的优化结果
• 2.4 本章小结
• 第3章 有氧条件下絮凝处理水华的环境安全性研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 实验试剂及材料
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 实验设计
• 3.3.2 藻细胞计数方法
• 3.3.3 MC的提取及测定方法
• 3.3.4 总有机碳及总氮的测定方法
• 3.3.5 统计分析
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 絮凝处理的效果
• 3.4.2 絮凝处理对藻细胞的影响
• 3.4.3 絮凝处理对细胞重悬浮的影响
• 3.4.4 絮凝处理对细胞内MC的释放及降解的影响
• 3.4.5 絮凝处理对水相中TOC及TN的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 厌氧条件下絮凝处理水华环境安全性的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料与方法
• 4.2.1 实验仪器
• 4.2.2 实验试剂及材料
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 实验设计
• 4.3.2 厌氧条件的控制
• 4.3.3 藻细胞计数方法
• 4.3.4 MC的提取及测定方法
• 4.3.5 总有机碳及总氮的测定方法
• 4.3.6 统计分析
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 絮凝处理的效果
• 4.4.2 絮凝处理对藻细胞的影响
• 4.4.3 絮凝处理对细胞重悬浮的影响
• 4.4.4 絮凝处理对细胞内MC的释放及降解的影响
• 4.4.5 絮凝处理对水相中TOC及TN的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间已发表和待发表的论文