| 题名 | 预氧化强化混凝去除铜绿微囊藻的效能与机理 |
| 作者 | 马敏 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 曲久辉 |
| 关键词 | 铜绿微囊藻 预氯化 适度预氧化 混凝 新生态三价铁 Microcystis aeruginosa Pre-chlorination Moderate pre-oxidation Coagulation Fe(III) formed in situ |
| 其他题名 | Removal of Microcystis aeruginosa from water by pre-oxidation enhanced coagulation: Efficiency and mechanisms |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 由富营养化引起的饮用水源中藻类大量繁殖受到广泛关注，它给饮用水厂过程运行与水质安全带来的负面影响，已经成为保障饮用水安全的重要问题。常规的混凝过程去除藻细胞的效率并不理想，而常被用来强化混凝除藻的预氧化过程会破坏藻细胞的完整性，导致胞内有机物包括藻毒素、嗅味物质等的释放，引发更大的水质风险。因此，处理高藻水的关键是在灭活藻细胞、控制胞内代谢物释放与强化除藻之间找到最佳平衡点。本论文主要围绕预氧化、混凝等两个关键过程单元，深入研究了预氧化影响混凝除藻的过程与机理，并在此基础上提出通过适度预氧化强化混凝除藻的新思路，以达到既能有效地强化混凝去除藻细胞又可有效地控制胞内有机物释放。 针对预氯化这一最常用的预氧化方法，本论文研究了其对铜绿微囊藻藻毒素（MCLR）释放和降解动力学。研究发现，铜绿微囊藻的氯暴露量影响其藻毒素的释放和降解规律。活性氯通过穿透细胞膜迅速灭活藻细胞。藻细胞膜完整性的破坏导致胞内藻毒素释放，释放到胞外的藻毒素将被氯进一步降解。胞内藻毒素释放速率快于氯降解胞外藻毒素的速率，胞外藻毒素浓度不断上升，并在氯的初始投量为0.8 mg/L 时，胞外藻毒素在120 min反应时累计至12.8 μg/L。胞内藻毒素总量是有限的，当氯的初始投量升高为1.2，1.6 和2.0mg/L 时，胞内藻毒素释放速率加快，胞外藻毒素浓度分别在氯化60，30 和1 min 时出现最大值。 进一步对预氯化影响铝盐混凝去除铜绿微囊藻的效能与机理进行了探讨。对预氯化铜绿微囊藻而言，存在最佳氯暴露量，实现“适度预氧化”，使得氯化后水体中的溶解性有机物最有利于后续混凝，使得预氯化对混凝除藻的强化效果最佳。在本实验条件下，虽然活性氯能够破坏藻细胞完整性，导致胞内物质释放，但对藻细胞的表面电位和形貌无显著影响，这表明溶解性有机物将在后续混凝除藻中发挥重要作用。铜绿微囊藻的氯暴露量影响氯化后水体中的溶解性有机物的浓度、分子量分布和不同组分的比例，且影响趋势并不一致。溶解性有机物浓度较低、分子量较大时，有利于混凝，而当其浓度过高、小分子量组分过多时，会干扰混凝，且蛋白质与铝盐水解产物形成的络合物会干扰铝盐的水解产物之间的桥联。 按照“适度预氧化”的思路，并考虑到预氯化的消毒副产物生成风险，本论文提出高锰酸钾预氧化强化亚铁盐混凝过程，其除藻效能显著高于相对应的高锰酸钾预氧化强化预制三价铁盐混凝过程的除藻效能。当Mn(VII)投量为0-10.0 μM 时，前者比后者高23.4-53.3%。高锰酸钾预氧化强化亚铁盐混凝过程实现了对铜绿微囊藻细胞的适度预氧化，使预氧化在达到灭活藻细胞目的后即终止，避免了溶解性有机物浓度过高和小分子量组分过多，降低了碱性条件下带负电的二氧化锰对混凝的干扰。另一方面，高锰酸钾预氧化强化亚铁盐混凝过程为体系持续提高比预制三价铁活性更高的新生态三价铁混凝剂，有利于絮体生长。 由于高锰酸钾预氧化强化亚铁盐混凝过程的出水中铁浓度可能超标，而铁盐和铝盐组成双混凝剂时对水质净化效果有协同作用，因此本论文进一步将高锰酸钾预-亚铁盐过程作为预处理方法，对其强化铝盐混凝除藻的效能进行了研究，结果表明其除藻效果显著高于高锰酸钾预-预制三价铁盐预处理强化铝盐混凝过程。此外，在本实验条件下，Mn(VII)-Fe(II)预处理对铝盐混凝除藻的强化效果大于单独Mn(VII)预处理和单独Fe(II)预处理对铝盐混凝除藻的强化效果之和。高锰酸钾预氧化强化亚铁盐混凝过程不仅实现了对铜绿微囊藻细胞的适度预氧化，还发挥了铝盐和新生态三价铁作为双混凝剂的协同作用。 |
| 公开日期 | 2014-05-07 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/7195]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 马敏. 预氧化强化混凝去除铜绿微囊藻的效能与机理[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012. |
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