论文部分内容阅读
蓝藻水华污染及其释放的微囊藻毒素(Microcystins，MCs)对环境的危害已成为全球关注的环境问题，水体中藻类及其毒素的去除已成为研究的重点。目前，利用植物的化感作用来抑制水体中有害藻类生长的研究较为活跃。自然环境条件下，生物膜几乎存在于所有暴露于水体中的固体表面上，生物膜对水体中污染物的转移和归趋有一定的影响。近年来，许多学者建立生物膜反应器利用生物膜的吸附降解作用来去除水中的污染物。本文首先通过油酸和生物膜对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa，M.aeruginosa)生长的影响以及生物膜对油酸和MCs的吸附降解特性研究，考察了油酸强化生物膜去除微囊藻以及MCs的可能性；其次，通过对比不同填料载体生物膜对可溶性MCs的去除效果，筛选出了合适的生物膜反应器挂膜载体，探讨了生物膜反应器去除污染物的影响因素；最后，对生物膜反应器进行了适当的改进，建立了可用油酸强化调控的生物膜反应器，考察了油酸强化生物膜反应器对微囊藻和毒素的去除能力和对水质的净化效果。目的在于，探讨化感强化生物膜技术去除水体中藻类和微囊藻毒素的可行性和实用性；为水厂去除原水中藻类及其毒素污染提供新方法。
本文主要研究结果如下：
1.生物膜与油酸可有效抑制M.aeruginosa的生长。当藻液初始OD680为0.1左右，油酸浓度7.5 mg/L以上或生物膜的生物量(DW)大于0.24 g，二者单独处理可完全抑制M.aeruginosa的生长。油酸与生物膜对M.aeruginosa的联合毒性作用表现为协同效应，培养3天后，5.0 mg/L油酸与0.16 g生物膜联合作用处理组藻密度只有对照组的68％。油酸可以强化生物膜对M.aeruginosa的化感抑制效果，油酸浓度达50 mg/L以上时，处理2 h即可显著提高生物膜对M.aeruginosa生长的抑制作用。化感抑藻机理表现为破坏细胞超微结构，使类囊体溶解，藻细胞的光合作用受抑制，细胞生长率降低；同时可以对藻细胞造成氧化胁迫，严重时造成脂质过氧化，形成MDA的大量积累，从而导致细胞破裂、死亡。
2.生物膜可有效去除水中的油酸，生物膜对油酸的吸附受温度、pH、初始浓度和生物膜的生物量等因素的影响。Langmuir吸附等温式能很好地描述油酸在生物膜上的吸附行为(R2>0.991)。油酸易被生物膜降解，初始浓度100 mg/L的油酸经过10天可被0.22 g生物膜完全降解，降解能力达到9.1 mg·g-1.D-1。生物膜对MC-LR的去除机制包括吸附与生物降解两条途径，其中前2天以吸附为主；后期微生物的生物降解作用占主导地位，降解率跟处理时间和生物膜生物量密切相关。20 d时，0.08 g、0.15 g、0.2 g、0.3 g生物膜对MC-LR的去除率可分别达到77.8％、82.6％、92.8％和99.4％。油酸可以提高生物膜对MC-LR的去除率，5天后100 mg/L油酸处理组MC-LR去除率达到94.3％，比空白提高了63.3％。
3.利用自行设计的生物膜培养装置，通过对4种不同填料载体进行连续曝气循环培养生物膜，对湖水中的溶解态微囊藻毒素(MCs)的去除作用进行了研究。结果表明，填料载体上生物膜从形成到稳定大约需要3周；生物膜形成后对MCs的去除效率由高到低的顺序是：颗粒活性炭柱>多密孔球型滤料柱>塑料悬浮填料柱>陶瓷滤球柱。在实验水质条件下，当水力停留时间(HRT)=5 h，进水MCs浓度为21.5-47.25μg/L时，颗粒活性炭、多密孔球型滤料柱对MCs的去除率最高可达100％，塑料悬浮填料柱对MC-LR和MC-RR的去除率分别为70％和88％。当HRT=2.5 h时塑料悬浮填料柱对MC-RR的去除率为MC-LR的2倍。生物膜对MCs的降解效果随温度(5-20℃)和溶解氧的升高而增加。塑料悬浮填料作为合适的生物膜挂膜填料载体对水源水的生物预处理具有良好的应用前景。
4.油酸调控可以强化生物膜反应器对水体中藻细胞及MCs的去除效果。HRT=4 h时，50 mg/L油酸处理2 h可以使生物膜反应器对藻细胞和MCs的去除率提高了9.8％和15.1％，达到75.2％和79.8％，生物反应器对溶解性MCs去除率高达98％。油酸强化生物膜反应器对藻细胞和MCs的去除率可以在较长时间内(30天)保持稳定，出水中藻细胞和MCs均维持在较低水平。调控后生物膜反应器对水质同样具有良好的净化效果，在HRT=4 h时，调控后生物膜反应器对浊度、COD和NH4+-N的去除率可达到90％、80％和95％。