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日趋严重的水体富营养化问题已经成为全球性的环境问题,藻类爆发对于水体所造成的不良影响受到人们越来越多的关注。常规除藻方法包括物理、化学、生物方法。化学预氧化是应用最广泛且行之有效的水体富营养化治理技术。它包括化学氧化剂和超声波辐照,一般在混凝沉淀之前进行,通过改变藻细胞表面电荷或空化效应起到强化混凝沉淀的效果。
化学预氧化处理的特点是在除藻过程中破坏藻细胞的完整性,导致胞内毒素一藻毒素大量释放到水体中。但在释放藻毒素的同时,化学预氧化也能够同时降解藻毒素。藻毒素中来源最广泛的微囊藻毒素为具有生物活性的七肽单环肝毒素,是目前发现的最强的肝脏肿瘤促进剂,WHO规定饮用水水体藻毒素的含量不得超过1.0μg/L。因此,化学预氧化处理在除藻的同时,如何控制有害物质的引入已引起广泛关注。
本论文工作的主要目的就是从化学预氧化处理的水体安全性角度出发,对于常规化学预氧化除藻工艺中存在的藻毒素释放和其降解过程进行研究,以藻毒素释放降解速率比最小为目标,探索氧化工艺的最优条件,以控制水体中藻毒素的浓度。
本论文主要选用铜绿微囊藻为除藻处理对象,其释放的微囊藻毒素作为藻毒素的代表,以高效液相色谱法作为藻细胞内外微囊藻毒素浓度的检测手段,系统研究了两种预氧化工艺对于藻毒素的降解和藻细胞完整性的影响。
本论文首先以超声波作为预氧化方法进行对藻毒素和含藻水的处理实验,从实验数据分析得出结论,藻毒素在低频超声场中迅速被分解去除,降解过程符合一级反应模型。随着功率的增加,超声对藻毒素的降解效果增强。高低频率超声波由于空化效应都会导致藻细胞破坏即藻毒素释放。通过比较超声波降解速率超过藻毒素释放速率的时间拐点出现早晚,或是超声波降解速率与释放速率的速率比来考察超声波频率、功率对于藻毒素释放和降解的综合影响。在超声波辐照作用藻类时,应尽可能选择400kHz以下的频率条件,当有些必须使用高频超声波除藻的工艺中,则应该选择较高的功率,且须适当增加反应时间来控制藻毒素的浓度。
本文研究的另一种预氧化方法是化学氧化剂-次氯酸钠。实验得到次氯酸钠的投加会造成藻细胞破碎即藻毒素释放。通过不同次氯酸钠投加量的预氧化实验数据比较得出结论,控制藻毒素扩散的最佳次氯酸钠投加量是20mg/L。由于初始藻细胞浓度也会影响次氯酸钠处理藻毒素释放降解的变化曲线,在藻类大量爆发的高浓度藻溶液预氧化中应尽量避免使用次氯酸钠,而在低浓度藻溶液如水厂常规预氧化除藻可以使用次氯酸钠。