逆境下高藻水中含氮消毒副产物前体物释放规律研究

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1、逆境下高藻水中含氮消毒副产物前体物释放规律研究重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：丁昌龙指导教师：古励副教授兼职导师：唐世田高级工程师学位类别：工程硕士（环境工程领域）重庆大学城市建设与环境工程学院二O一五年五月StudyontheReleaseofNitrogenousDisinfectionby-ProductsPrecursorsofAlgalWaterunderEnvironmentStressConditionsAThesisSubmittedtoChongqingUniversit

2、yinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByDingChanglongSupervisedbyAss.Prof.GuLiPluraliticSupervisedbySen.Eng.TangShitianSpecialty:ME(EnvironmentalEngineeringField)FacultyofUrbanConstructionandEnvironmentalEngineeringofCho

3、ngqingUniversity,Chongqing,China.May,2015中文摘要摘要近年来，我国经济、工业水平飞速发展，但水处理方面相应的污水排放管理、处理技术却不完善，水体的富营养化问题十分严重并有持续加重的趋势。饮用水中的含氮有机化合物与含氮消毒副产物（N-DBPs）是目前水处理领域关注的热点问题。富营养水体中，藻类生长旺盛，藻类比重小、亲水性强、具有负电性等特点使其在水环境中非常稳定，给饮用水处理带来一系列的挑战，且藻细胞在生长过程中向水环境中释放的代谢产物中含有较多的有机氮物质，被

4、认为是N-DBPs的重要前体物。而逆境条件胁迫下的藻细胞代谢异常，代谢有机物的释放及藻细胞自身结构、性质的改变更加剧了高藻水处理的复杂性。本研究主要对藻细胞和藻类有机物（AOM）进行表征，着重探究逆境胁迫条件下，藻细胞及藻类有机物浓度及性质变化趋势，并探究氯化消毒过程含氮消毒副产物(N-DBP)的生成途径和影响因素，寻求AOM特性与其氯化消毒副产物间关系，并探究正常生长及逆境胁迫条件下含氮消毒副产物(N-DBP)生成潜势的异同及内在联系。为逆境胁迫下藻细胞及其有机物释放规律及其在氯化消毒过程中含氮消

5、毒副产物(N-DBP)的控制及后续实验研究提供数据支撑。实验选取铜绿微囊藻作为研究对象，从显微镜下藻细胞形态、有机碳与有机氮变化趋势、分子量分级、三维荧光光谱等方面对藻细胞及藻类有机物(AOM)特性进行表征。藻细胞正常生长周期中，EOM中DON的浓度在整个过程中呈现先缓慢上升然后急剧上升的趋势，藻细胞在生长初期释放能力较小，进入衰亡期后释放量显著增加。EOM在对数期和衰亡期的分子量分布范围相似，主要集中在<1kDa和>100kDa两个区域，而稳定期EOM有机质主要以小分子有机物为主，分子量主要集中在

6、<30kDa的区域，衰亡期EOM主要来源于藻细胞胞内物的释放；IOM在整个生长周期中的分子量分布范围变化较小，主要集中在<1kDa和>100kDa内。EOM中荧光物质种类在藻细胞整个生长周期内变化较小，主要为腐植酸类物质和溶解性微生物代谢产物；IOM中荧光物质主要为芳香蛋白类和溶解性微生物代谢产物，稳定期藻细胞IOM中有机氮类物质所占比重最大。通过对EOM三维荧光光谱图的分析，逆境胁迫对藻细胞的影响主要体现在EOM中有机质的浓度而非种类，经逆境胁迫后EOM中并无新的有机质出现反而IOM在荧光区域I和

7、区域II（Ex<250nm，Em<380nm）出现的特征峰在逆境胁迫后的EOM中却没有出现，逆境胁迫条件能造成藻细胞浓度显著降低，藻浓度的显著降低主要源自逆境胁迫条件下藻细胞的异常代谢，细胞最终耗尽自身储能衰亡I重庆大学硕士学位论文而死，显微镜下的藻细胞体态各异、体积严重萎缩、颜色暗淡，而由于逆境胁迫条件带来的直接物理破坏导致死亡、破碎的藻细胞较少。逆境胁迫条件下EOM中N形态变化显著，相较正常生长状态，有机氮浓度显著增加，SUVA降低，逆境胁迫条件能够严重扰乱藻细胞正常生理代谢，代谢产物释放量显著

8、增加且经逆境胁迫后EOM大分子、疏水性物质明显减少，小分子亲水性物质明显增多，在氯化消毒过程中更易导致消毒副产物的生成。相较正常生长状态藻细胞，自然及人为逆境胁迫下藻细胞EOM氯化消毒N-DBPs生成量差距显著。高温、低温、缺氧、紫外照射四种逆境胁迫条件下N-DBPs生成量显著增加，其中缺氧、紫外照射逆境胁迫下最为显著，强力搅拌逆境胁迫下N-DBPs生成量未有显著变化，而遮光逆境胁迫条件下N-DBPs生成量大幅减小。经逆境胁迫后EOM中有机氮浓度皆有不同程度增加，但单