微囊藻毒素的降解与消除方法研究

论文摘要

微囊藻毒素（microcystins,MCs）是一类在淡水水体中最常见的蓝藻毒素,一般为单环七肽肝毒素。主要由微囊藻（Microcystis）、鱼腥藻（Anabaena）、颤藻（Oscillatoria）、念珠藻（Nostoc）、项圈藻（Anabaenopsis）等浮游性蓝藻产生。MC是细胞内毒素,在蓝藻细胞死亡裂解后释放到水中,是一种公认的肝毒素和促癌剂。MC-LR是最常见的一种MC,而且毒性最强,世界卫生组织（WHO）推荐饮用水中MC-LR的限量标准为1.0μg/L。目前,我国很多水体包括饮用水源都检测到有MC的存在。鉴于MC对人健康的危害,控制和消除饮用水源中的MC非常必要。近年来,关于MC降解的报道较多,但结合当地自来水厂常规处理工艺所进行的MC消除实验报道很少。本文依据并模拟当地自来水厂的常规处理方法、工艺和条件,研究了氯化、混凝及氯化+混凝、氯化+混凝+氯化等技术方法对MC的去除效果。另外,还研究了纳米二氧化钛光催化氧化对MC的降解。该实验结果对于消除饮用水源和自来水中的MC、保护居民免受MC危害具有一定的参考价值。实验用有毒微囊藻采自河南省某水库,通过大量培养获得藻浆,用沸水浴法提取藻细胞抽提液。细胞抽提液经甲醇抽提、硫酸和氨水调节pH析出藻胆蛋白、C18固相萃取柱纯化得到实验用MC粗品。应用该粗品进行了MC的消除和降解实验,主要实验结果如下:（1）在氯化法消除MC实验中,结果发现,溶液pH对NaClO消除MC的效果有显著影响,较低pH（pH=6.24）有利于MC氧化降解。这可能是低pH增加了HClO在总游离氯中的比例,而HClO与MC分子之间的反应为游离氯降解MC的主要途径。（2）氯化消除MC时,有效氯的最佳投加量为3.6 mg/L。NaClO溶液氯化消除MC的反应时间可控制在30 min。在有效氯浓度不变的条件下（3.6 mg/L）,随着溶液中MC浓度的增加MC降解率下降。（3）在混凝法消除MC实验中,pH对MC消除有一定影响,偏酸条件下MC去除率较高（pH = 6.24）。实验还发现,单独使用混凝剂FeSO4·7H2O对MC去除效果不佳。（4）在混凝+氯化法处理实验中, MC去除率取决于有效氯浓度,随着有效氯投加量增加,MC去除率增大,呈正相关关系。在预氯化+混凝+后氯化法处理实验中,我们发现,在有效氯总投加量一定（2.4 mg/L）的条件下,预加氯量对MC去除率的影响较大。当预加氯有效氯为1.8 mg/L,后加氯有效氯为0.6 mg/L时,MC的去除率可达95.82%。（5）纳米TiO2降解MC实验结果表明,在偏酸性条件下（pH = 6.24）纳米TiO2对MC吸附效果相对较好,降解率相对较高（20min时降解率可达93.96%）。论文实验结果表明,在实验室模拟水厂处理工艺条件下,氯化絮凝能够有效去除水中MC,而二氧化钛光催化降解MC对pH的依赖性较强,应根据当地自来水源pH实际情况选择最优化的方法进行MC的消除和降解。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 水体富营养化与蓝藻水华
• 1.1.1 水体富营养化和蓝藻水华
• 1.1.2 蓝藻水华的危害
• 1.1.3 蓝藻毒素对人健康的危害
• 1.1.4 蓝藻水华对饮用水安全的影响及藻毒素消除的必要性
• 1.2 微囊藻毒素概述
• 1.2.1 微囊藻毒素的结构
• 1.2.2 微囊藻毒素的理化性质
• 1.2.3 微囊藻毒素的毒性及其机理
• 1.3 微囊藻毒素的检测
• 1.3.1 生物学检测方法
• 1.3.2 化学检测方法
• 1.3.3 生化检测方法
• 1.4 微囊藻毒素降解和消除的研究进展
• 1.4.1 物理法
• 1.4.2 化学法
• 1.4.3 生物法
• 1.5 实验目的和意义
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 水库及自来水沉淀池水样
• 2.1.2 微囊藻和微囊藻毒素
• 2.1.3 主要试剂
• 2.1.4 主要仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 微囊藻的继代培养与扩大培养
• 2.2.2 微囊藻毒素的提取与纯化
• 2.2.3 微囊藻毒素的ELISA 检测
• 2.2.4 常规水处理工艺对微囊藻毒素的降解
• 2 光催化消除和降解微囊藻毒素'>2.2.5 纳米TiO₂光催化消除和降解微囊藻毒素
• 2.3 统计与分析
• 3 结果
• 3.1 自制粗毒素MC 含量的ELISA 检测结果
• 3.2 水库水样微囊藻毒素含量检测结果
• 3.3 自来水厂常规水处理对微囊藻毒素的消除和降解结果
• 3.3.1 次氯酸钠氯化时间对微囊藻毒素消除的影响
• 3.3.2 有效氯浓度对次氯酸钠氯化法消除微囊藻毒素的影响
• 3.3.3 处理液pH 对次氯酸钠氯化消除微囊藻毒素的影响
• 3.3.4 有效氯对不同浓度微囊藻毒素的去除效果
• 3.3.5 混凝剂投加量对混凝法去除微囊藻毒素的影响
• 3.3.6 处理液pH 对混凝法消除微囊藻毒素的影响
• 3.3.7 混凝+氯化法消除微囊藻毒素的结果
• 3.3.8 预氯化+混凝+后氯化法消除微囊藻毒素的结果
• 2 光催化法对微囊藻毒素的降解结果'>3.4 纳米TiO₂光催化法对微囊藻毒素的降解结果
• 3.4.1 反应时间对微囊藻毒素降解效果的影响
• 3.4.2 反应条件对微囊藻毒素降解效果的影响
• 3.4.3 pH 对微囊藻毒素降解效果的影响
• 2 浓度对微囊藻毒素降解的影响'>3.4.4 TiO₂浓度对微囊藻毒素降解的影响
• 2 对微囊藻毒素吸附量的影响'>3.4.5 处理液pH 对纳米TiO₂对微囊藻毒素吸附量的影响
• 4 讨论
• 4.1 反应时间对次氯酸钠消除微囊藻毒素的影响
• 4.2 有效氯浓度对次氯酸钠消除微囊藻毒素的影响
• 4.3 处理液pH 对氯化消除微囊藻毒素的影响
• 4.4 有效氯对不同浓度微囊藻毒素的去除效果
• 4.5 混凝剂投加量对微囊藻毒素去除率的影响
• 4.6 处理液pH 对混凝消除微囊藻毒素的影响
• 4.7 混凝+氯化对微囊藻毒素消除效果的影响
• 4.8 预氯化+混凝+后氯化对微囊藻毒素消除效果的影响
• 4.9 反应时间对微囊藻毒素光催化降解效果的影响
• 4.10 降解液pH 值对微囊藻毒素光催化降解效果的影响
• 2 浓度对微囊藻毒素光催化降解效果的影响'>4.11 TiO₂浓度对微囊藻毒素光催化降解效果的影响
• 2 对微囊藻毒素吸附量的影响'>4.12 降解液pH 对纳米TiO₂对微囊藻毒素吸附量的影响
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果