逆境下高藻水中含氮消毒副產(chǎn)物前體物釋放規(guī)律研究.pdf

1、近年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)水平飛速發(fā)展，但水處理方面相應(yīng)的污水排放管理、處理技術(shù)卻不完善，水體的富營(yíng)養(yǎng)化問題十分嚴(yán)重并有持續(xù)加重的趨勢(shì)。飲用水中的含氮有機(jī)化合物與含氮消毒副產(chǎn)物（N-DBPs）是目前水處理領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)問題。富營(yíng)養(yǎng)水體中，藻類生長(zhǎng)旺盛，藻類比重小、親水性強(qiáng)、具有負(fù)電性等特點(diǎn)使其在水環(huán)境中非常穩(wěn)定，給飲用水處理帶來一系列的挑戰(zhàn)，且藻細(xì)胞在生長(zhǎng)過程中向水環(huán)境中釋放的代謝產(chǎn)物中含有較多的有機(jī)氮物質(zhì)，被認(rèn)為是N-DBPs的重要前體物

2、。而逆境條件脅迫下的藻細(xì)胞代謝異常，代謝有機(jī)物的釋放及藻細(xì)胞自身結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的改變更加劇了高藻水處理的復(fù)雜性。本研究主要對(duì)藻細(xì)胞和藻類有機(jī)物（AOM）進(jìn)行表征，著重探究逆境脅迫條件下，藻細(xì)胞及藻類有機(jī)物濃度及性質(zhì)變化趨勢(shì)，并探究氯化消毒過程含氮消毒副產(chǎn)物(N-DBP)的生成途徑和影響因素，尋求AOM特性與其氯化消毒副產(chǎn)物間關(guān)系，并探究正常生長(zhǎng)及逆境脅迫條件下含氮消毒副產(chǎn)物(N-DBP)生成潛勢(shì)的異同及內(nèi)在聯(lián)系。為逆境脅迫下藻細(xì)胞及其有機(jī)物

3、釋放規(guī)律及其在氯化消毒過程中含氮消毒副產(chǎn)物(N-DBP)的控制及后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究提供數(shù)據(jù)支撐。
　　實(shí)驗(yàn)選取銅綠微囊藻作為研究對(duì)象，從顯微鏡下藻細(xì)胞形態(tài)、有機(jī)碳與有機(jī)氮變化趨勢(shì)、分子量分級(jí)、三維熒光光譜等方面對(duì)藻細(xì)胞及藻類有機(jī)物(AOM)特性進(jìn)行表征。
　　藻細(xì)胞正常生長(zhǎng)周期中，EOM中DON的濃度在整個(gè)過程中呈現(xiàn)先緩慢上升然后急劇上升的趨勢(shì)，藻細(xì)胞在生長(zhǎng)初期釋放能力較小，進(jìn)入衰亡期后釋放量顯著增加。EOM在對(duì)數(shù)期和衰亡期的分子

4、量分布范圍相似，主要集中在<1kDa和>100kDa兩個(gè)區(qū)域，而穩(wěn)定期EOM有機(jī)質(zhì)主要以小分子有機(jī)物為主，分子量主要集中在<30kDa的區(qū)域，衰亡期EOM主要來源于藻細(xì)胞胞內(nèi)物的釋放；IOM在整個(gè)生長(zhǎng)周期中的分子量分布范圍變化較小，主要集中在<1kDa和>100kDa內(nèi)。
　　EOM中熒光物質(zhì)種類在藻細(xì)胞整個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)變化較小，主要為腐植酸類物質(zhì)和溶解性微生物代謝產(chǎn)物；IOM中熒光物質(zhì)主要為芳香蛋白類和溶解性微生物代謝產(chǎn)物，穩(wěn)定期

5、藻細(xì)胞IOM中有機(jī)氮類物質(zhì)所占比重最大。
　　通過對(duì)EOM三維熒光光譜圖的分析，逆境脅迫對(duì)藻細(xì)胞的影響主要體現(xiàn)在EOM中有機(jī)質(zhì)的濃度而非種類，經(jīng)逆境脅迫后EOM中并無(wú)新的有機(jī)質(zhì)出現(xiàn)反而IOM在熒光區(qū)域 I和區(qū)域II（Ex<250nm，Em<380nm）出現(xiàn)的特征峰在逆境脅迫后的EOM中卻沒有出現(xiàn)，逆境脅迫條件能造成藻細(xì)胞濃度顯著降低，藻濃度的顯著降低主要源自逆境脅迫條件下藻細(xì)胞的異常代謝，細(xì)胞最終耗盡自身儲(chǔ)能衰亡而死，顯微鏡下的藻

6、細(xì)胞體態(tài)各異、體積嚴(yán)重萎縮、顏色暗淡，而由于逆境脅迫條件帶來的直接物理破壞導(dǎo)致死亡、破碎的藻細(xì)胞較少。逆境脅迫條件下EOM中N形態(tài)變化顯著，相較正常生長(zhǎng)狀態(tài)，有機(jī)氮濃度顯著增加，SUVA降低，逆境脅迫條件能夠嚴(yán)重?cái)_亂藻細(xì)胞正常生理代謝，代謝產(chǎn)物釋放量顯著增加且經(jīng)逆境脅迫后EOM大分子、疏水性物質(zhì)明顯減少，小分子親水性物質(zhì)明顯增多，在氯化消毒過程中更易導(dǎo)致消毒副產(chǎn)物的生成。
　　相較正常生長(zhǎng)狀態(tài)藻細(xì)胞，自然及人為逆境脅迫下藻細(xì)胞EO

7、M氯化消毒N-DBPs生成量差距顯著。高溫、低溫、缺氧、紫外照射四種逆境脅迫條件下N-DBPs生成量顯著增加，其中缺氧、紫外照射逆境脅迫下最為顯著，強(qiáng)力攪拌逆境脅迫下N-DBPs生成量未有顯著變化，而遮光逆境脅迫條件下N-DBPs生成量大幅減小。經(jīng)逆境脅迫后EOM中有機(jī)氮濃度皆有不同程度增加，但單位質(zhì)量EOM的N-DBPs生成量卻顯著降低，僅有厭氧逆境脅迫與正常生長(zhǎng)狀態(tài)下單位質(zhì)量EOM的N-DBPs生成量相當(dāng)，其他五種逆境脅迫條件下單位

8、質(zhì)量EOM的N-DBPs生成量皆有明顯降低，其中遮光逆境脅迫最低。
　　氯化消毒前后EOM的UV254數(shù)值顯著降低，消毒后EOM中有機(jī)物基本被破壞，EEM中特征峰經(jīng)氯化消毒后全部消失，且消毒前EOM的UV254數(shù)值高低與N-DBPs生成量之間有一定的相關(guān)性，但相關(guān)性不高，自然及人為逆境脅迫條件下二者R2分別為0.464、0.496。
　　在監(jiān)測(cè)的四種典型N-DBPs中TCNM生成率最高，正常生長(zhǎng)狀態(tài)下TCNM占N-DBPs總