水中铜绿微囊藻与硝基苯复合污染的特征和作用机制

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人类的社会活动会对水环境产生破坏,受破坏的水环境又会影响人类的生存质量。藻类与人工合成有机物之间的复合污染问题即为人类带来的环境问题之一。为了研究该问题,本文针对前人研究的一些不足之处,选择了一种常见的水华藻类——铜绿微囊藻和一种广泛使用的化工原料——硝基苯作为研究对象,分析了二者之间的相互作用规律,以及对水处理工艺运行效能的影响。对复合污染水中硝基苯浓度的变化进行检测,结果表明当硝基苯浓度未达到致死水平时,铜绿微囊藻对硝基苯存在生物作用,较高的藻密度和硝基苯浓度有利于生物作用。动力学分析结果表明,硝基苯在无藻水中的自然衰减符合一级反应动力学模型,而藻的存在明显改变了硝基苯的衰减规律,根据假设“单位数量藻在单位时间内对硝基苯具有相同的生物作用强度”,提出可以用dC=kCmCnNB0ANBdt模型描述复合污染水中硝基苯的衰减规律,当藻处于对数生长期时,该模型表达式为dC=1.68711050.72482.5407NBCACNBdt。在动力学模型的帮助下,对pH值和腐殖酸的影响进行分析,结果表明较低的pH值和较高浓度的腐殖酸有利于提高藻的生物作用强度,但是同时会抑制藻的生长速率,硝基苯的实际衰减速率是由生物作用强度和藻密度共同决定的。研究了铜绿微囊藻对硝基苯的生物作用机理。通过对藻细胞内吸附的硝基苯进行分析,结果表明铜绿微囊藻能够生物吸附硝基苯,但是吸附量有限,生物吸附远不能解释水相中硝基苯浓度变化的原因。藻活性的变化,光照情况均会影响到藻对硝基苯的生物作用强度,并且铜绿微囊藻能够以硝基苯作为唯一碳源维持自身的生长,这些事实说明该藻具备生物降解硝基苯的能力。中间产物分析和酶活性检测表明在无硝基苯诱导情况下,铜绿微囊藻溶液中并不存在能够降解硝基苯的酶活性,但是在硝基苯诱导情况下,铜绿微囊藻能够合成(激活)硝基苯还原酶活性,将硝基苯转化为苯胺,但是并不能将苯胺进一步降解,并且由于藻对光能的利用明显降低了苯胺的光降解速率。随着含藻水中还原产物苯胺的缓慢光降解,水中苯胺的浓度随着反应时间的增加呈现增加后降低的趋势。硝基苯在含藻水中的衰减是由铜绿微囊藻对硝基苯的生物吸附作用、对硝基苯的降解(还原)作用和苯胺自身的光降解作用三方面共同影响的结果。监测不同初始硝基苯浓度下,含藻水中藻的生长情况,消毒副产物前体物浓度变化和铜绿微囊藻产藻毒素能力的变化。结果表明硝基苯的存在会在一定程度上抑制藻的生长,在初始硝基苯浓度相同的条件下,初始藻密度越高抑制程度越弱;硝基苯能够增强铜绿微囊藻产消毒副产物前体物的能力,这种变化与藻产蛋白能力的变化和硝基苯降解产物有关;同时,硝基苯还具有抑制铜绿微囊藻产藻毒素的能力,这与藻活性的变化有关。通过对铜绿微囊藻和硝基苯复合污染中污染物间的相互作用进行研究,分析了对饮用水水质安全性的影响。铜绿微囊藻对硝基苯的生物作用使复合污染水中有机物毒性呈先增加后降低的趋势,并且在反应72h达到最高值,7d后有机毒性得到明显的降低;硝基苯可以降低藻的生长率、抑制藻的产藻毒素能力有利于提高水质安全性;然而硝基苯能够增加铜绿微囊藻产消毒副产物前体物的能力,增加了消毒风险,从而降低了水质安全性。考察了复合污染对水处理工艺运行效果的影响,复合污染水中的藻细胞更容易被混凝沉淀工艺所去除,但是水中增加的溶解性物质无法被有效去除,从整体考虑,复合污染的存在有利于降低水中的硝基苯浓度但是增加了消毒风险。由于铜绿微囊藻与硝基苯之间存在着复杂的相互作用关系,产生的影响也较为复杂,需要具体问题具体分析,只有当全面掌握二者所形成的复合污染特征时,才能有效对其进行利用,进行针对性处理,保障供水安全。
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