微藻对五种典型PPCPs的去除效能及生物质资源的回收

摘要

药品和个人护理品（Pharmaceuticals and Personal Care Products，简称PPCPs）是目前最受关注的新型污染物之一。PPCPs是一个庞大的微污染物体系，包括抗生素、消炎药、降脂药、麝香和激素等。药物已知化合物种类超过3000多种，原料年产量达2×106吨；个人护理品已知化合物种类也达到上千种，原料年产量达1×106吨。早在2003年中国已经成为全世界最大的药物生产国，其消费量也远远高于其他国家，由于PPCPs具有较强的持久性、生物活性、生物累积性和缓慢降解性的特点，使得其长期暴露在人体和水生、陆生生物体，因此这类物质的残留对环境生长产生长期潜在的影响是必然的。
　　目前，城市污水处理厂不能保证PPCPs有效成分和其他有机污染物的完全去除。利用臭氧氧化，活性炭处理和膜滤处理PPCPs是可行的方法，但耗能过大，成本过高，处理后没有可回收的资源和能源。目前，微藻处理技术作为一种绿色、新兴的技术在污水处理中开始被应用。微藻不仅可以处理二级出水中剩余的氮磷，还可以通过自身固定二氧化碳，合成油脂和碳水化合物。生成的油脂可作为生物质柴油；生成的碳水化合物可作为产醇过程中的发酵底物，用于大型实际工程中。
　　本论文利用台湾南部淡水水体中分离出来的新藻种Chlamydomonas sp.Tai-03，从光照强度、初始氮源和温度三个因素对其生长条件进行优化，并在优化条件下研究Tai-03对双酚A、四环素、环丙沙星、磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑等5种PPCPs的去除效果及PPCPs对Tai-03产油产糖的影响。
　　确定了Tai-03生长最优条件，结果表明：最佳的生长条件为：光照强度300μmol/m2/s，初始氮源浓度为BG-11培养基硝酸盐浓度的四分之一（547 mg/L），培养温度30℃。在优化条件下Tai-03在缺氮阶段的第5天收获最高藻糖含量为83.79%，在缺氮的第7天收获的最高产油量为27.94%。产糖量是产油量的3~5倍，证明Tai-03是一株产糖藻。
　　开展了Tai-03在最优化条件下分别对5种PPCPs去除效果的研究，每种目标污染物选择三个浓度：1、5和10 mg/L；通过实验数据表明：Tai-03对不同浓度的双酚A、四环素和环丙沙星的去除率为100%；对不同浓度的的磺胺嘧啶的去除率在50%左右；对不同浓度的磺胺甲恶唑的去除率在20%左右。光解对双酚A、四环素、环丙沙星、磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑的去除率分别为13.29%、21.8%、17.26%、34.4%和1.4%；水解对四环素、环丙沙星和磺胺嘧啶的去除率分别为48.9%、9.82%和2.45%，对其他两种PPCPs的水解率几乎为0。通过吸附实验表明，实验结束时Tai-03对5种PPCPs的吸附量几乎为0。根据中间产物解析发现，双酚A、四环素和环丙沙星在间接的过程中发生了开环反应，磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑在Tai-03的作用下发生了断链反应。通过中间产物的分析可证明Tai-03对五种PPCPs具有生物降解性，为推断PPCPs的降解途径提供依据。通过对比五种PPCPs对Tai-03固定二氧化碳的影响发现，5 mg/L双酚A可获得最大CO2固定速率，为2472.88 mg/L/d
　　研究了PPCPs对Tai-03的产能影响，发现环丙沙星可以促进Tai-03的油脂和藻糖的产率，磺胺嘧啶可以促进Tai-03的产糖量；四环素可以抑制Tai-03的产油量，双酚A可以抑制Tai-03的产糖量。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及来源

1.2 PPCPs的排放及分布情况

1.3 五种PPCPs的概述

1.4 PPCPs污染物处理技术

1.5 基于藻类降解PPCPs的技术研究

1.6 研究目的、意义和内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验材料与仪器

2.2 实验藻株及培养条件

2.3 分析方法

第3章 微藻生长条件的优化

3.1 引言

3.2 Tai-03的光照条件优化

3.3 Tai-03的初始氮源浓度条件优化

3.4 Tai-03的温度条件优化

3.5 本章小结

第4章 Tai-03对目标污染物的降解

4.1 引言

4.2 Tai-03对PPCPs的去除

4.3 PPCPs降解机制的研究

4.4 Tai-03降解PPCPs中间产物的解析

4.5 PPCPs对Tai-03固定二氧化碳的影响

4.6本章小结

第5章 五种典型PPCPs对Tai-03产油产糖的影响

5.1 引言

5.2 五种PPCPs对Tai-03产油的影响

5.3 五种PPCPs对Tai-03产糖的影响

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢