基本信息
- 項目名稱：
- 飲用水源水混凝工藝對藍藻細胞的破損機理研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 原水中藻類在生長過程中會產生對人體具有毒害作用的微囊藻毒素，嚴重危害人類健康。水廠在消毒過程中耗費大量消毒劑，造成資源浪費及用水隱患。本文針對飲用水廠常用混凝工藝，研究混凝劑FeCl3、AlCl3的劑量對藍藻細胞破損機理，預測藍藻細胞存活率與混凝工藝參數的關系，提出可行方案，為高藻水中藍藻細胞低破損去除的飲用水處理工藝提供科學依據和技術支持。
- 詳細介紹：
- 近年來，我國太湖、巢湖、滇池、玄武湖、東湖等內陸淡水湖泊均多次發(fā)生了藍藻水華，對人們的生活和工農業(yè)生產造成了嚴重的影響，尤其是以這些湖泊為水源的地區(qū)，藍藻水華直接威脅到飲用水的安全。藍藻水華之所以對飲用水水質產生不利影響，主要是由于藍藻細胞破損釋放藻毒素和藻細胞死亡后，在厭氧條件下分解產生臭味物質等。這些次生代謝物在一定程度上影響了飲用水的味道和氣味。更為嚴重的是某些藍藻危害人們的健康，例如微囊藻毒素由于具有高急性毒性、強促癌活性以及與人類癌癥發(fā)生的相關性受到全球的關注。 研究表明，生長旺盛的藻類，大部分的代謝產物在細胞內部。當藻細胞在顆粒去除工藝過程（例如：混凝階段）中被有效去除時，大部分的藻代謝產物也同時被去除。如果藻細胞被破壞，細胞毒素、味覺和氣味物質會釋放到胞外或以溶解態(tài)溶解到水中。因此，在飲用水生產工藝中，對藻代謝產物（藻類釋放物）的控制關鍵是對藍藻細胞完整無損的去除。由于常規(guī)的混凝、沉淀、過濾、消毒工藝只能部分去除藻毒素等藍藻釋放物，不能滿足藍藻濃度較高水源的處理要求，因此許多研究者把含藍藻水源水處理工藝的研究重點放在預處理和末端強化。這些研究均對含藍藻水源水的處理起到了一定積極作用，如氧化（臭氧、氯氣、高錳酸鉀）或吸附（粉末活性炭或顆?；钚蕴浚┕に?。但是這些方法由于成本太高或者存在二次污染等問題，并沒有在飲用水廠得以應用。且不論國內國外，關于如何在飲用水生產工藝過程中通過改進處理工序、調整工藝參數強化藍藻釋放物的去除效果，消除高含量藍藻水源對飲用水水質的影響研究甚少。 混凝是城市水廠凈水工藝不可缺少的單元，也是除藻的主要方法，由于藻類細胞一般都帶負電，在水中投加混凝劑以中和藻類表面的負電，使之脫穩(wěn)而沉淀。FeCl3、AlCl3是飲用水廠常用的混凝劑，具有應用范圍廣，適應水性廣泛，易快速形成大的礬花，沉淀性能好等多方面優(yōu)勢。但在混凝過程中，混凝劑的投加很可能導致藻細胞的破損及藻代謝產物的釋放。 本課題針對飲用水廠常用的混凝工藝以及藍藻的優(yōu)勢種情況，開展混凝工藝FeCl3、AlCl3劑量對藍藻細胞破損機理的實驗研究。通過細胞計數、葉綠素a測定及活性測定等技術綜合判定工藝參數和外加化學物質在除藻過程中對藍藻細胞的破損作用，建立藍藻細胞及其釋放物的反應動力學，預測藍藻細胞存活率及釋放物濃度與混凝工藝參數的關系。為實現藍藻細胞低破損去除的飲用水處理工藝提供科學依據和技術支持。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 由藍藻細胞計數、藻活性檢測及其代謝產物的定性定量分析所得數據，分析工藝對藍藻細胞及其代謝產物的去除效果并構建藍藻細胞生長消解動力學模型及藍藻細胞代謝產物的釋放規(guī)律及工藝操作條件和外加化學藥劑對藍藻細胞消解速率的影響。對工藝處理前后藍藻細胞表面形態(tài)結構及其成份變化情況進行對比分析，綜合闡明藍藻細胞的破損機理。調整工藝參數，獲取實驗室條件下藍藻去除及避免破損的最佳經驗參數。
科學性、先進性及獨特之處
- 以藍藻細胞為研究對象，針對其細胞狀態(tài)和胞內代謝物釋放情況構建藍藻細胞生長消解動力學模型，為混凝工藝的優(yōu)化提供新的立足點；通過電鏡觀察、活性測定及液相色譜等技術綜合分析說明混凝工藝對藍藻細胞的破損作用并探討其機理，為飲用水水質安全研究提供新的技術路線。
應用價值和現實意義
- 混凝是城市水廠凈水工藝不可缺少的單元，由于藻類細胞一般都帶負電，在水中投加混凝劑以中和藻類表面的負電，使之脫穩(wěn)而沉淀。但在混凝過程中，混凝劑的種類、投加量、水利條件等因素都可能導致藻細胞的破損及藻代謝產物的釋放?？梢詾樽詠硭畯S等相關部門有針對性地選擇水源水高效凈化工藝、有效進行飲用水源水應急處理工作等提供重要依據，確保低成本、高效率對飲用水進行處理?？梢赃M一步確保居民飲用水安全。
學術論文摘要
- 近年來，我國太湖、巢湖、滇池、玄武湖、東湖等內陸淡水湖泊均多次發(fā)生了藍藻水華，直接威脅到飲用水的安全。藍藻水華之所以對飲用水水質產生不利影響，主要是由于藍藻細胞破損釋放藻毒素和藻細胞死亡后，在厭氧條件下分解產生臭味物質等。這些次生代謝物在一定程度上影響了飲用水的味道和氣味。更為嚴重的是某些藍藻由于具有高急性毒性、強促癌活性以及與人類癌癥發(fā)生的相關性而受到全球的關注。 常規(guī)的處理方法由于成本太高或者存在二次污染等問題，并沒有在飲用水廠得以應用。且不論國內國外，關于如何在飲用水生產工藝過程中通過改進處理工序、調整工藝參數強化藍藻釋放物的去除效果，消除高含量藍藻水源對飲用水水質的影響研究甚少。 本研究針對我國飲用水廠采用的工藝以及藍藻的優(yōu)勢種情況，開展含有藍藻細胞及其代謝產物的水源水的處理技術研究，通過建立藍藻細胞及其釋放物的反應動力學，預測藍藻細胞存活率及釋放物濃度與處理時間的關系，優(yōu)化飲用水處理工藝，初步確立實現藍藻細胞無破損去除的飲用水處理工藝。本研究為保障人們的飲水健康具有巨大的經濟和社會效益。 關鍵詞：藍藻 飲用水處理工藝 無破損去除
獲獎情況
- 無
鑒定結果
- 無
參考文獻
- 1. C. Chen, et.al., Science of the Total Environment, 2008, 397, 140-147. 2. P.P. Shen, et.al., Environment International, 2003, 29, 641-647. 3. W.J. Ye, et.al., Harmful Algae, 2009, 8, 637-644. 4. S. Golubic, et.al., Toxicon, 2010, 56, 836-841. 5. W. Ruangyuttikarn, et.al., Journal of Chromatography B, 2004, 800, 315-319. 6. R.B. Sotero-Santos, et.al., Ecotoxicology and Environmental Safety, 2006, 64, 163-170. 7. M.K. Rogalus, et.al., Harmful Algae, 2008, 7, 504-514. 8. B.C. Hitzfeld, et.al., Environmental Health Perspectives, 2000, 108, 113-122. 9. C.W.K. Chow, et.al., Water Research, 1998, 32, 808-814. 10. C.W.K. Chow, et.al., Water Research, 1999, 33, 3253-3262.
同類課題研究水平概述
- 針對藍藻細胞及其代謝產物的定性定量研究及水處理工藝過程中除藻的有效方法研究廣泛且深入，但關于混凝工藝中藍藻細胞的低破損去除研究涉及較少。 養(yǎng)殖藻類處理廢水研究：有機廢水的處理主要采用厭氧接觸法、厭氧污泥法、生物膜法等。目前國外已開始應用高速藻類池塘污水處理系統(tǒng)來生產一些高蛋白的藻類。這一技術具有成本低、能耗少、效率高、收益大等特點，是一項非常有潛力的生態(tài)環(huán)保工程。高濃度有機廢水處理(一般指BOD高于1000mg/L的有機廢水)，國內外有利用養(yǎng)殖螺旋藻等微藻使廢水凈化的報道，Oswald等已成功利用沼氣廢物或人畜廢物生產諸如小球藻或柵裂藻類；Chauhan研究發(fā)現，在戶外培養(yǎng)螺旋藻時，造紙黑液能促進其生長和提高產量，同時也提高了細胞氮同化酶的活性和利用效率；Fox描述了適合發(fā)展中國家利用的農莊式藻類生產系統(tǒng)，目前印度等國家已成功應用。 藻菌共同利用：這種應用體現在高速率藻塘(HRAP)又稱高負荷氧化塘，是好氣塘中有機負荷最高的一種。通過形成藻菌共生系統(tǒng)(Algae-bacteriasymbioticsystem)來凈化廢水。藻菌共生系統(tǒng)的最基本的生態(tài)功能單元是藻菌共生體，藻類的種類與數量，決定著污水處理系統(tǒng)中能量的流向和食物鏈的基本結構。Maiti用60%的藻類和40%的細菌組成活性藻，去除水中營養(yǎng)物質效果較好。廖敏等報道了藻菌共生體對砷有良好的去除作用。當今最先進的藻類凈化廢水系統(tǒng)是與其它工藝結合體系(CombinationHRAPSystem)，此體系彌補了活性污泥沉淀方法不足。P.Ekholm報道，芬蘭五個城市的污水處理廠，都有活性污泥過程和磷沉淀及其它消化過程，在2-4周的生物測定中，處理后廢水中平均TP的36%（0-67%）可被月牙藻利用，經月芽藻處理后可溶性磷可以全部被除去，進一步提高了系統(tǒng)的處理效率。富營養(yǎng)的主要特征是水體含氮、磷等高濃度營養(yǎng)元素，造成藻類大量繁殖。由于藻類個體小難以除去，因此，目前國內外在治理富營養(yǎng)化水體除凈化污水源外，主要采用栽種高等水生植物吸收營養(yǎng)元素及清除底泥等方法。目前歐、美盛行利用生物控制法，即控制浮游動物、食浮游動物的魚類及底棲動物(貝類等)的數量達到控制藻類生長的水質管理方法，但國內尚未進行這方面研究。
