改性当地土壤技术去除藻华与降解藻毒素的研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:catloveless
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去除天然水体中蓝藻水华的方法常导致藻细胞的破裂及藻毒素(microcystins,MCs)的释放。本文在建立了超高效液相色谱-电喷雾串联四极杆质谱(UPLC-MS/MS)测定水体中MC-RR和MC-LR的方法的基础上,研究了壳聚糖改性土壤技术除藻对藻毒素释放的长短期影响,探索出一种利用天然培养基来分离藻毒素降解菌的方法,系统阐述了壳聚糖改性当地土壤技术除藻对藻毒素归趋的影响,考察了壳聚糖改性当地土壤絮凝结合微生物改性土覆盖对藻华去除和藻毒素降解的效果与机理,主要结果如下:  1)在所选定的色谱、质谱条件下,UPLC-MS/MS对MC-RR和MC-LR的检出限分别为2.0 ng/L和1.0 ng/L,定量限为6.0 ng/L和3.0 ng/L,回收率分别达98.9%-106.5%和98.4-101.5%。测定太湖梅梁湾水样时,当水体中MCs浓度达到UPLC-MS/MS方法定量限20倍以上时,可通过加入内标物亮氨酸脑啡肽,实现快速(不经过水样富集)且准确(相对标准偏差<5.0%)的藻毒素测定。  2)壳聚糖改性土壤技术在除藻的同时,使胞内藻毒素随着藻细胞沉降到水体底部,进而可在短期内显著降低表层水体中溶解态藻毒素的浓度,但随着藻细胞的腐烂分解,水体中藻毒素浓度会升高。40天的柱实验结果表明,改性当地土壤絮凝技术将分散在水体中的蓝藻细胞聚集到水体底部,相比对照,使水体中溶解态MC-RR和MC-LR浓度分别降低了46%和37%。由于沉降蓝藻的衰亡分解,底泥-水界面的ORP显著降低。絮凝后采用土壤、载氧土壤、沙子进行覆盖时,由于覆盖层对溶解态藻毒素的吸附及对蓝藻絮体的封闭,水体中藻毒素的释放量显著减少,溶解态MC-RR和MC-LR浓度分别比对照降低了62%-86%和26%-68%。载氧土壤覆盖絮体时,底泥-水界面的ORP在6天内高于其他处理。  3)在利用天然培养基分离藻毒素降解菌的过程中,微生物菌落在10%的底泥水浸提液培养基上无法生长,而在以10%底泥水浸提液作为富集培养基、浓缩10倍后的底泥水浸提液作为分离培养基时,5类菌株(WC-1至WC-5)在培养基表面形成。利用传统的无机盐培养基所分离到的2株微生物(MS-1和MS-2)和利用上述天然培养基所分离到的5株微生物在无机盐培养基中能将初始浓度为207.57μg/L的MC-RR和171.84μg/L的MC-LR于6天内完全降解。在持续添加藻毒素的太湖水样中,菌株MS-1和MS-2需要6天的延滞期才能开始降解藻毒素,MC-RR和MC-LR在第6天的去除率分别为13%和15%,对于菌株WC-1至WC-5,培养第3天就出现了藻毒素的降解,MC-RR和MC-LR在第3天的去除率达44%和31%。菌株WC-1至WC-5在18天的实验期内对MC-RR的去除率达89%以上,对MC-LR的去除率达87%以上,并且在第18天时的降解速率相比第3天出现2至6倍的增长。通过对在天然水体中藻毒素降解效率较高的WC-4和WC-5的16S rRNA基因测序及进化关系分析可知,WC-4属于Pseudomonas sp An18,WC-5属于Acinetobacter sp.dcm5A。  4)在初始藻藻浓度为1.38×1010 cells/L,水体溶解态藻毒素MC-LR为0.84μg/L,MC-RR为5.14μg/L的富营养化水体中,壳聚糖改性土壤技术可使约90%的藻细胞及胞内毒素沉降到水体底部。在40天的培养实验中,壳聚糖改性土壤絮凝处理下水体表层溶解态MC-LR和MC-RR相比初始浓度增长了10倍,且由于藻絮体中藻华细胞的破裂,底泥-水界面藻毒素浓度显著高于水体表层。壳聚糖改性土壤絮凝+土壤覆盖处理加剧了藻华细胞的破裂,但相比对照,水体表层的MC-LR和MC-RR分别降低了30%和70%,通过分析柱实验体系内各部分(水体、覆盖层、絮体曾、底泥层、悬浮藻细胞)藻毒素的含量发现,壳聚糖改性土壤絮凝+土壤覆盖处理下体系中MC-RR总量及MC-LR总量相比对照、壳聚糖改性土壤絮凝处理均无显著差异(P>0.05)。当通过高效藻毒素降解菌Pseudomonas sp An18改性土壤并将其用为壳聚糖改性土壤絮凝除藻之后的覆盖材料时,底泥-水界面及水体表层中溶解态藻毒素浓度在40天的试验期内未出现明显变化,体系中总藻毒素量相比对照降低了90%。结果表明壳聚糖改性土壤絮凝使藻华细胞沉降到水体底部后,选择具有藻毒素降解功能的微生物改性土作为覆盖材料,一方面覆盖层抑制了释放的藻毒素从絮体向水体中的扩散,进而避免了溶解态藻毒素在水体中的稀释与扩散,另一方面负载了藻毒素降解菌的覆盖材料有效避免了菌体在水体中的稀释,这些因素共同作用下,实验体系中藻毒素实现了90%的去除。
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