臭氧在水體中殺滅銅綠微囊藻效果研究

 

        為研究臭氧在水體中殺滅銅綠微囊藻的效果,利用中性紅染色法探討了不同因素(臭氧投量、作用時間、pH值、溫度、渾濁度、初始藻細(xì)胞密度等)對臭氧滅活銅綠微囊藻效果的影響.結(jié)果表明,隨著臭氧投量和作用時間的延長,藻滅活率明顯增加.當(dāng)渾濁度0.5~20NTU,溫度5~35℃, pH值6.0~9.0,同時濁度越低,滅活效果越好;隨溫度上升,臭氧滅活銅綠微囊藻能力減弱;堿性較酸性條件下臭氧殺滅銅綠微囊藻的能力更強(qiáng).藻樣初始濃度對殺藻效果影響較大,細(xì)胞密度增大,殺藻效果急劇下降.當(dāng)初始藻細(xì)胞密度為1.0×107cells/L,臭氧投量為2.0mg/L,作用時間40min以上時,在飲用水消毒的濁度、溫度、pH值范圍內(nèi),銅綠微囊藻的滅活率在99.0%以上,繁殖能力降低到0.

 

        世界上淡水湖泊藻類水華發(fā)生的頻率與嚴(yán)重程度都呈現(xiàn)增長的趨勢,其中藍(lán)藻是引起藻類水華污染的主要藻類.水體中藻類的大量繁殖不僅使水體水質(zhì)狀況惡化,而且對飲用水的處理和安全也帶來影響,威脅飲用水的安全性:某些藻類釋放藻毒素引起人畜患病甚至死亡,藻細(xì)胞及它的胞外分泌物在氯化過程中產(chǎn)生三鹵甲烷、鹵乙酸、鹵乙氰等物質(zhì);具有鞭毛的藻細(xì)胞易穿透絮凝體,從而破壞絮凝過程,導(dǎo)致出水存在藻細(xì)胞;藻細(xì)胞在濾床中的生長又會導(dǎo)致濾床產(chǎn)生堵塞.以上問題的存在,說明飲用水處理中不能忽視藻類的影響.一直以來,國內(nèi)水處理預(yù)氧化一直以預(yù)氯化為主,預(yù)氯化對藻類等微生物滅活、助凝提高藻類及水體顆粒物去除雖有較好的效果,但氯氧化或消毒產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物引起國內(nèi)外飲用水處理界的高度重視.臭氧作為氯預(yù)氧化的良好替代品,臭氧氧化和強(qiáng)化混凝被認(rèn)為是控制消毒副產(chǎn)物的很佳可行性技術(shù).以往的各種研究,通常使用藻細(xì)胞密度、光密度、葉綠素含量來衡量除藻率,實際工作中這些細(xì)胞早已經(jīng)失去活性,繼續(xù)臭氧催化氧化一方面降低臭氧的傳質(zhì)效果,造成很大的浪費(fèi),另一方面影響了除藻效率.本研究使用臭氧對水中銅綠微囊藻進(jìn)行滅活,采用中性紅染色方法檢測細(xì)胞活性,探討藻細(xì)胞初始濃度、臭氧投加濃度、滅活時間、渾濁度、溫度、pH 值等因素的影響、以及臭氧滅活后藻細(xì)胞繁殖能力比較,找出臭氧滅活水中銅綠微囊藻合適工藝條件,為使用臭氧滅活藻類提供實驗依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實驗材料

試驗中使用的銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa),購自中科院武漢水生生物研究所.藻體為小囊泡狀, 是淡水湖泊和河流中常見的藻種.采用BG-11 培養(yǎng)基在5L 白細(xì)口瓶中進(jìn)行培養(yǎng).培養(yǎng)溫度在(26.5±0.5)℃,光照強(qiáng)度為2000μE/(m2⋅s),光暗比12h:12h.

1.2 方法及設(shè)備

1.2.1 試劑 中性紅

1.2.2 儀器設(shè)備 臭氧發(fā)生器;熒光顯微鏡;濁度測定儀; pH 計;低溫恒溫水浴槽

1.2.3 中性紅染色 稱取0.5g 中性紅粉末溶于50mLRinger 溶液中,配成1%中性紅溶液.使用時用Ringer 溶液將1%中性紅溶液稀釋至0.02%.取藻樣1mL,離心,加入1mL 中性紅溶液,搖勻,染色15min 時間后,用顯微鏡(Olympus,BX51TF)進(jìn)行觀測,顯微攝影系統(tǒng)拍攝染色情況并計數(shù).細(xì)胞被中性紅染色后,不僅說明細(xì)胞已經(jīng)死亡,而且也說明細(xì)胞的細(xì)胞膜或細(xì)胞壁已被破壞.每個樣品記數(shù)20 個視野,死亡細(xì)胞會被中性紅染成紅色,滅活率為染色細(xì)胞占總細(xì)胞數(shù)的百分比.

1.3 細(xì)胞計數(shù)

藻細(xì)胞密度采用0.1mL 浮游植物計數(shù)板進(jìn)行計數(shù),計算公式為:

公式中:N 為每升水樣中藻細(xì)胞的個數(shù);A 為計數(shù)框面積,mm2;B為一個視野的面積,mm2;C為計數(shù)時的視野數(shù),個;D為1L水濃縮后體積,mL;E為計數(shù)框的容積,mL;F 為每片所測藻類數(shù).

1.4 實驗方法臭氧通入1L 的平底燒瓶中,其中含500mL超純水溶液,向反應(yīng)器中通入O3/O2混合氣體,一定時間后,停止曝氣,臭氧濃度用靛藍(lán)比色法測定.將培養(yǎng)至對數(shù)增長期(細(xì)胞密度約為1.0×107 個/L)的藻細(xì)胞懸液1.0mL 離心,去培養(yǎng)基.向離心管中投加不同濃度的臭氧溶液1.0mL,細(xì)胞密度約為1.0×107個/L,溫度25℃, pH7.5,使用高嶺土配制液控制渾濁度為1.0NTU,達(dá)到反應(yīng)時間立即用0.1mol/L 的Na2S2O3溶液終止臭氧化反應(yīng),所有實驗均重復(fù)3 次.藻類活性測試法參照文獻(xiàn),用于比較不同濃度臭氧處理藻后其繁殖能力,方法如下:取不同濃度臭氧處理后的藻樣,進(jìn)行常規(guī)顯微鏡計數(shù),得到C1;取1mL 處理后水樣置于培養(yǎng)液中,搖床培養(yǎng)7d 后并進(jìn)行顯微鏡計數(shù),得C2;比值P=C2/C1 表示原來水樣中藻類的活性,P 值越高,藻類活性/繁殖能力越強(qiáng).

 

2 結(jié)論

2.1 臭氧滅活銅綠微囊藻與其濃度和作用時間都有關(guān)系,隨著臭氧濃度和作用時間的延長,藻滅活率明顯增加,很高去除率達(dá)到99.0%(初始藻細(xì)胞密度1.0×107個/L,臭氧濃度2.0mg/L,作用時間40min,濁度為1.0 NTU,溫度25℃, pH 7.5).

2.2 濁度0.5~20NTU,溫度5~35℃,pH值6.0~9.0,初始藻細(xì)胞密度在1.0×107~5.0×109個/L范圍內(nèi),濁度越低,滅活效果越好;隨溫度上升,臭氧滅活銅綠微囊藻能力減弱;堿性較酸性條件下臭氧殺藻能力更強(qiáng).

2.3 當(dāng)臭氧為2.0mg/L以上作用時間,在飲用水消毒的濁度、溫度、pH 值、初始藻細(xì)胞密度濃度范圍內(nèi),銅綠微囊藻的滅活率在98.0%以上.

2.4 臭氧處理后藻類活性試驗表明,臭氧劑量越高,藻類活性越差,當(dāng)臭氧濃度為2.0mg/L,處理時間40min,藻類繁殖能力降低到0.

 

摘自：

汪小雄*,姜成春,朱 佳,謝煒平 (深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與環(huán)境工程學(xué)院,廣東 深圳 518055)

中國環(huán)境科學(xué) 2012,32(4)：653~658