人工光源补光对沉水植物净化染料废水效果及其生理影响研究

摘要

沉水植物广泛应用于污染水体的生态修复，对水质具有良好的净化作用。针对染料废水常规物化和生化处理方法的不足以及沉水植物应用于染料废水净化存在的水下光照不足问题，提出了人工光源辅助沉水植物净化染料废水的新方法，通过调控人工光源的光质、光强和日补光时间等参数，改善沉水植物的生境，提高沉水植物的净化能力，为进一步拓宽沉水植物的应用和发展染料废水治理新技术提供依据。论文系统研究了人工光源补光对典型沉水植物净化染料废水效果和生理变化的影响，主要研究内容和研究结果如下:
　　(1)实验研究了红、蓝、白三种光质人工光源补光对典型沉水植物金鱼藻、苦草和菹草净化染料废水效果的影响，结果表明，三种光质的人工光源补光均可以提高金鱼藻、苦草和菹草的净化效果;红光对金鱼藻和苦草的污染净化能力的提高效果最佳，蓝光其次，白光最弱;而对于菹草，蓝光效果最好，红光次之，白光最弱;红光补光条件下的金鱼藻污染净化能力最强，停留时间5d时，可将废水的色度、总磷、氨氮由初始的40倍、1.5 mg/L、8.0mg/L分别降至7倍、0.11mg/L、1.84mg/L，去除率分别可达到82.5％、92.7％、77.0％。
　　(2)实验研究了光强和日补光时间对金鱼藻净化能力的影响，结果表明，实验范围内，光强的增加和日补光时间的延长与金鱼藻的污染净化能力呈正相关，然而考虑经济因素，适宜的工艺参数为:功率9w、补光3h、停留时间5d。
　　(3)以小试确定的适宜工艺参数（红光、功率9w、补光3h），对某园区的染料生化尾水进行中试研究，结果表明，停留时间5d，染料生化尾水的色度、TP、氨氮、苯胺和COD的浓度可降至5倍、0.18mg/L、2.96mg/L、0.47mg/L和30.0mg/L，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A标准，去除率分别可达到91.7％、90.3％、76.5％、83.5％和37.5％，处理效果稳定，说明人工光源辅助沉水植物法是一种有效的染料废水处理技术，值得推广。
　　(4)实验研究了红、蓝、白三种光质人工光源补光对金鱼藻的生理影响，结果表明，三种光质人工光源均可促使金鱼藻的SOD、CAT和POD酶对染料胁迫响应的提前和酶活性的提高，有利于提高植物抵抗胁迫的能力;其中，红光光源对酶活性响应的影响尤为突出，可以将CAT和POD的响应分别提前4.5d和2d，促进生物量的增长，是辅助沉水植物水体净化的最佳光质选择;实验范围内，光强的增加和日补光时间的延长均可以促进金鱼藻POD酶响应的提前，并且光强的增加和日补光时间的延长对植物MDA和叶绿素的含量基本无影响。
　　(5)实验初步考察了金鱼藻提取过氧化物酶体的稳定性和对染料的降解机理，结果表明，金鱼藻提取过氧化物酶体具有较好的热稳定性、pH稳定性和耐藏性（45℃以下、pH=5～7、4℃冷藏6个月，活性仍能保持50％左右）。并且根据三维荧光和傅立叶红外分析结果，推测金鱼藻体内富含的过氧化物酶体可以降解大分子难降解的偶氮染料为小分子的芳香胺类物质。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 染料废水的来源与特点

1．2 染料废水处理技术概述

1．2．1 物理化学法

1．2．2 生物法

1．2．3 生态净化法

1．3 沉水植物对水质的净化能力

1．3．1 净化重金属污染

1．3．2 净化营养盐污染

1．3．3 抑制藻类污染

1．3．4 净化有机物污染

1．3．5 对其他污染的净化

1．4 沉水植物生长的影响因素

1．4．1 温度对沉水植物生长的影响

1．4．2 重金属对沉水植物生长的影响

1．4．3 营养盐对沉水植物生长的影响

1．4．4 盐度对沉水植物生长的影响

1．4．5 光因子对沉水植物生长的影响

1．5 人工光源对植物生长的调节作用

1．5．1 应用于植物生长调节的人工光源

1．5．2 人工光源对陆生植物的调节作用

1．5．3 人工光源对水生植物生长的影响

1．6 本课题的研究意义和研究内容

1．6．1 研究意义

1．6．2 研究内容

第2章 实验设计

2．1 实验材料

2．2 实验装置

2．3 实验仪器

2．4 实验方法

2．5 测定方法

2．5．1 水质指标测定

2．5．2 植物生理指标测定

2．5．3 粗酶提纯和酶的染料降解仪器分析

第3章 人工光源补光对沉水植物净化染料废水效果的影响

3．1 不同人工光源补光对典型沉水植物净化染料废水效果的影响

3．1．1 人工光源补光对金鱼藻净化染料废水效果的影响

3．1．2 人工光源补光对菹草净化染料废水效果的影响

3．1．3 人工光源补光对苦草净化染料废水效果的影响

3．1．4 不同人工光源补光条件下典型沉水植物的净化效果对比

3．2 光强对金鱼藻净化染料废水效果的影响

3．3 日补光时间对金鱼藻净化染料废水效果的影响

3．4 人工光源辅助沉水植物处理染料废水的工程应用

3．4．1 工程概况介绍

3．4．2 光源辅助沉水植物系统

3．4．3 处理效果分析

3．5 本章小结

第4章 人工光源补光对沉水植物生理的影响

4．1 不同人工光源补光对金鱼藻生理的影响

4．1．1 不同人工光源补光对金鱼藻SOD酶的影响

4．1．2 不同人工光源补光对金鱼藻CAT酶的影响

4．1．3 不同人工光源补光对金鱼藻POD酶的影响

4．1．4 不同人工光源补光对金鱼藻MDA含量的影响

4．1．5 不同天工光源补光对金鱼藻叶绿素的影响

4．1．6 不同人工光源补光对金鱼藻生物量的影响

4．2 不同光强补光对金鱼藻生理的影响

4．2．1 不同光强补光对金鱼藻SOD酶的影响

4．2．2 不同光强补光对金鱼藻CAT酶的影响

4．2．3 不同光强补光对金鱼藻POD酶的影响

4．2．4 不同光强补光对金鱼藻MDA含量的影响

4．2．5 不同光强补光对金鱼藻叶绿素的影响

4．2．6 不同光强补光对金鱼藻生物量的影响

4．3 日补光时间对金鱼藻生理的影响

4．3．1 日补光时间对金鱼藻SOD酶的影响

4．3．2 日补光时间对金鱼藻CAT酶的影响

4．3．3 日补光时间对金鱼藻POD酶的影响

4．3．4 日补光时间对金鱼藻MDA含量的影响

4．3．5 日补光时间对金鱼藻叶绿素的影响

4．3．6 日补光时间对金鱼藻生物量的影响

4．4 本章小结

第5章 酶对染料的降解机理初探

5．1 过氧化物酶体稳定性研究

5．1．1 酶体的热稳定性

5．1．2 酶体的pH稳定性

5．1．3 酶体的耐藏性

5．2 过氧化物酶体对染料的降解

5．2．1 染料废水色度去除

5．2．2 三维荧光分析

5．2．3 傅立叶红外光谱分析

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 研究特点和创新性

6．3 展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢