饮用水源水及自来水厂微囊藻毒素的变化和去除方法的研究

摘要

水体富营养化已成为全球水体的主要病症，蓝藻水华是水体富营养化的主要环境灾害，我国各大湖泊水库已相继检测出了微囊藻毒素(Microcystins，MC)。红枫湖作为贵阳市主要饮用水水源地，自1996年发生水华以来就已经显现出湖库富营养化状况。2000年10月贵州省环科院中日合作研究项目曾对红枫湖微囊藻毒素MC—LR作过初步监测，但至今为止，国内还没有学者对深水湖库微囊藻毒素开展过全面的调查研究，对以深水湖库作为供水水源的自来水厂各工艺段对微囊藻毒素的去除也尚未开展相关研究。本论文在对微囊藻毒素提取、富集、检测方法进行深入探索的基础上，对深水湖库红枫湖和贵阳市西郊水厂常规水处理各个工艺段中微囊藻毒素的变化进行了研究，并对微囊藻毒素的强化去除技术进行了实验探索。研究得出如下主要结论： 1.2008年6-12月对红枫湖中微囊藻毒素用高效液相色谱和酶联免疫的方法进行分析研究，结果表明，藻毒素在湖库中变化趋势和藻类生长繁殖的变化趋势有相同之处，均表现为夏、秋季高，但藻毒素含量的峰值比藻类生物量的峰值略有滞后。微囊藻毒素在表层水中以胞内藻毒素为主，在深层水中以胞外藻毒素为主。夏季红枫湖水体分层稳定，阻碍了水体在垂直方向的对流交换，藻和藻毒素在不同的水深有明显的浓度梯度分布。研究结果证实，深层取水可在很大程度上避开蓝藻水华带来的影响。 2．自来水厂常规处理工艺对微囊藻毒素的去除能力有限，对总藻毒素的去除率为30％，对胞外藻毒素的去除率为7.996，对胞内藻毒素的去除率为89.6％。对于胞外藻毒素，水处理工艺中氯化消毒段的去除率最高；对于胞内藻毒素，水处理工艺中混凝过滤段的去除率最高。因此，在自来水厂水处理中，当水中藻毒素以胞外藻毒素为主要形态时，处理措施应以氧化为主；而当水中藻毒素以胞内藻毒素为主要形态时，处理措施应以强化混凝除藻为主。 3．高锰酸钾对微囊藻毒素的氧化是准一级反应，藻毒素MC—RR的半降解时间(t1/2)为7.15min，藻毒素MC—LR的半降解时间(t1/2)为12.16min；溶液中CODMn为2和4mg/L时对藻毒素的去除速度基本没有影响，但藻毒素的去除率降低7％-11％；高锰酸钾对藻毒素的去除兼有氧化和吸附的共同作用，新生态二氧化锰对藻毒素有很强的去除能力。 4．活性炭吸附微囊藻毒素在30min内完成快速吸附，45min之后对藻毒素的吸附速度逐渐变缓；粉末活性炭投加量为100mg/L时，对藻毒素的去除率为40％左右，粉末活性炭投加量为300mg/L时，藻毒素的去除率达71％以上。实验表明：低投加量的粉末活性炭对藻毒素的去除有限。 5．对于以溶解性藻毒素为主的水源水，在水中初始胞外藻毒素(EMC)为2、5、10μg/L时，如对应的高锰酸钾投加量分别为0.5、0.8、1mg/L，聚合氯化铝的投加量为10mg/L的条件下，EMC的残留量分别为：0.06、0.12、0.25μg/L，加上自来水厂后加氯的消毒工艺，能保证出水的EMC在0.2μg/L以下，降低了MC长期暴露促肿瘤的风险。对于以胞内藻毒素为主的水源水，化学氧化+活性炭+混凝工艺能在很大程度上提高藻的去除率，强化去除大部分的胞内藻毒素，减少了水中藻毒素的含量。

目录

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第一章 文献综述

1.1湖泊富营养化状况

1.1.1我国湖泊富营养化状况

1.1.2蓝藻水华成因

1.2.1微囊藻毒素的毒害作用

1.2.2我国湖泊水库微囊藻毒素的污染状况

1.2.3我国自来水厂微囊藻毒素的污染状况

1.3微囊藻毒素的结构、性质

1.3.1微囊藻毒素的结构

1.3.2微囊藻毒素的性质

1.4微囊藻毒素检测方法的发展

1.4.1生物测试法

1.4.2化学分析法

1.4.3生化分析法

1.5微囊藻毒素的水处理技术研究进展

1.5.1物理方法

1.5.2化学方法

1.5.3生物方法

1.5.4生态方法

1.6尚需深入研究的相关科学问题

1.7论文选题的目的和意义、主要研究内容及拟解决的关键问题

1.7.1论文选题的目的、意义及课题来源

1.7.2主要研究内容

1.7.3拟解决的关键问题

1.8研究特色及创新点

1.9技术路线

第二章 微囊藻毒素的富集与分析方法研究

2.1材料与方法

2.1.1实验仪器

2.1.2实验试剂

2.1.3 HPLC色谱分析条件及藻毒素富集操作

2.2高效液相色谱方法的建立

2.2.1流动相的选择

2.2.2微囊藻毒素定量参数的比较

2.3微囊藻毒素的提取和富集

2.3.1微囊藻毒素的提取

2.3.2富集装置的组合

2.3.3富集管道的选择

2.3.4固相萃取柱的选择

2.3.5样品浓缩的选择

2.3.6过滤材料的选择

2.3.7塑料材质对微囊藻毒素的吸附

2.4微囊藻毒素的酶联免疫测定实验

2.5微囊藻毒素的质谱验证

2.6小结

3.1材料与方法

3.1.1实验仪器

3.1.2实验试剂

3.1.3实验方法

3.2水源水中藻及微囊藻毒素分布

3.2.1饮用水源地概况

3.2.2饮用水源地水质状况

3.2.3饮用水源地藻及微囊藻毒素状况

3.2.4红枫湖水厂取水点不同水深度藻及微囊藻毒素的变化

3.3自来水厂中藻及微囊藻毒素的变化

3.3.1贵阳市西郊水厂的基本情况

3.3.2自来水厂中叶绿素-a的变化

3.3.3水厂各单元中CODMn和UV254的变化

3.3.4水厂中微囊藻毒素的变化

3.3.5混凝对微囊藻毒素的去除试验研究

3.4小结

第四章 微囊藻毒素的强化去除技术研究

4.1材料与方法

4.1.1实验仪器

4.1.2实验试剂

4.1.3实验方法

4.1.4实验水样

4.2化学氧化对微囊藻毒素的强化去除实验

4.2.1氧化剂的选择

4.2.2反应时间对高锰酸钾去除微囊藻毒素的影响

4.2.3 pH对高锰酸钾去除微囊藻毒素的影响

4.2.4 CODMn对高锰酸钾去除微囊藻毒素的影响

4.2.5新生态二氧化锰对微囊藻毒素的去除

4.3吸附对微囊藻毒素的去除

4.3.1吸附剂的选择

4.3.2吸附时间对活性炭去除微囊藻毒素的影响

4.3.3不同活性炭投加量下对微囊藻毒素去除的影响

4.3.4 pH对活性炭去除微囊藻毒素的影响

4.4投加方式的优化组合研究

4.4.1活性炭和高锰酸钾的投加方式的选择

4.4.2活性炭投加量的选择

4.5低浓度下微囊藻毒素的去除验证

4.5.1混凝对微囊藻毒素的去除

4.5.2粉末活性炭对微囊藻毒素的去除

4.5.3高锰酸钾对微囊藻毒素的去除

4.5.4组合工艺对微囊藻毒素的去除

4.6小结

第五章结论与建议

5.1主要结论

5.3建议

参考文献

致 谢

附 录

附 图