藻源有机质的分离、表征及其生物稳定性研究

摘要

我国饮用水水源富营养化带来的藻源有机质以及相应生物稳定性的问题日益凸显，给饮用水的生物稳定性和龙头水达标带来了严峻的挑战。本文利用一系列最新的测试手段和实验方法，研究铜绿微囊藻和普通小球藻藻源有机质的分离、表征及生物稳定性。以期为饮用水处理提供理论支撑。
　　本研究采用光学显微镜、调制叶绿素荧光仪、三维荧光光谱、超高效液相色谱、细菌平板计数和总有机碳分析仪等表征技术系统分析比较了两种淡水藻华优势藻种铜绿微囊藻和普通小球藻藻源有机质的异同。采用离心法和反复冻融法分离胞外有机质（EOM）和胞内有机质（IOM），引用树脂吸附法（XAD）将藻源有机质分离成极亲组分、中亲组分、强疏组分和弱疏组分，并对其特性进行表征，探究了胞内外各亲疏水组分分子量分布、三维荧光光谱特性和生物稳定性。将藻源有机质在经过浓度为10mg/L（以氯计）的次氯酸钠进行氯化反应，模拟氯消毒过程，考察氯消毒对生物稳定性的影响。
　　研究结果表明，不同藻种的藻源有机质存在明显差异性，铜绿微囊藻藻源有机质高分子生物聚合物远多于小球藻，铜绿藻中富含藻蓝蛋白有机物，小球藻的小分子有机物含量高。发现IOM主要为类芳香族蛋白物质，EOM主要为类腐殖质和溶解性微生物代谢物；IOM（BDOC/DOC=53％~64%）生物可降解率大于EOM（BDOC/DOC=21%~48%）， IOM中含有大量的氨基酸和蛋白质，且相较于 EOM更易被生物降解。EOM组分多为结构复杂、芳香结构化程度高、分子量较大的类腐殖质有机物，因此较难被微生物降解利用。
　　组分分离结果表明藻源有机质 IOM和 EOM均主要以中亲组分为主，质量分数为27~63%，IOM质量分数由大到小的顺序为：中亲>强疏>极亲>弱疏，亲水性物质易导致膜污染。亲水组分以类芳香族蛋白质为主，疏水组分主要为类腐殖酸和类富里酸。亲疏水性与生物稳定性无显著相关性。
　　藻源有机质在经过浓度为10mg/L（以氯计）的次氯酸钠氯化后，生物可降解性明显降低，未加入次氯酸钠氯化的铜绿藻 AOM的 BDOC平均浓度为2.18mg/L，氯化后为0.93mg/L；小球藻AOM的BDOC平均浓度为2.25mg/L，氯化后为0.82mg/L。未加入次氯酸钠氯化的铜绿藻AOM的AOC平均浓度为862μgC/L，氯化后为520μgC/L；小球藻AOM的AOC平均浓度为1026μgC/L，氯化后为540μgC/L。氯氧化对小球藻AOM生物稳定性的影响大于铜绿藻，高浓度的消毒剂与能使藻源有机质中高分子量有机物转化成小分子量有机物，促使消毒副产物特别是N-DBPs大量产生，抑制微生物生长。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 藻类对水质的影响

1.3 藻源型有机质(AOM)的基本性质

1.4 饮用水生物稳定性

1.5 AOC的测定方法的研究进展

1.6 BDOC的测定方法的研究进展

1.7 三维荧光光谱检测技术

1.8 研究目的

1.9 研究内容

1.10 技术路线图

第二章 试验材料与方法

2.1 藻类培养

2.2 藻源有机质AOM的提取

2.3 藻源有机质AOM亲疏水组分分离

2.4 BDOC的测定方法

2.5 AOC测定方法

2.6 三维荧光光谱（Excitation Emisstion Matrix, EEMs）测定方法

2.7 藻源有机质有机物相对分子量分布

2.8 试验仪器及药品

第三章 藻源有机物特性表征

3.1 铜绿藻藻源有机物IOM和EOM三维荧光光谱

3.2 铜绿藻胞内外各亲疏水组分三维荧光光谱

3.3 小球藻藻源有机物IOM和EOM三维荧光光谱

3.4 小球藻胞内外各亲疏水组分三维荧光光谱

3.5 IOM和EOM分子量分布

3.6 藻源有机质各亲疏水组分有机物相对分子量分布

3.7 各组分生物聚合物分析

3.8 本章小结

第四章 铜绿微囊藻、普通小球藻AOM对生物稳定性的影响

4.1 AOM胞内外不同亲疏水组分的DOC的测定

4.2 AOM胞内外不同亲疏水组分BDOC的测定

4.3 AOM胞内外不同亲疏水组分AOC的测定

4.4 本章小结

第五章 次氯酸钠氧化对AOM的BDOC、AOC的影响

5.1 次氯酸钠氧化对藻源有机质(AOM)的BDOC的浓度影响

5.2 次氯酸钠氧化对藻源有机质(AOM)的AOC的浓度影响

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间研究成果