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探究次氯酸钠在处理藻类过程中藻毒素的释放和降解情况

发布时间:2015-07-28 点击:985

预氧化能显著提高除藻效率,然而预氧化处理在促进混凝除藻的同时。会破化藻细胞并导致胞内藻毒素释放。Lan通过透射电子显微镜发现,氧化剂会导致藻类细胞不完整然后释放出胞内毒素——藻毒素。侯翠荣借助透射电子显微镜(TEM)并利用胞内、外微囊藻毒素分析技术,发现氯、臭氧和二氧化氯均能引起藻体破坏及胞内藻毒素的释放。方晶云也用实验证明臭氧预氧化会破坏藻细胞,使胞内物质释放出来,且投量越大、预氧化时间越长,释放的胞内物质越多。Robert就氯氧化对微囊藻细胞完整性的影响以及藻毒素在氧化过程中的释放和降解做了更加深入的定量分析。用反应动力学计算氯气对藻细胞破坏和藻毒素降解的速度,得出氯破坏藻细胞,即藻毒素从胞内释放的速度是藻毒素被氯降解速度的三倍以上。笔者主要研究了次氯酸钠在处理藻类过程中藻毒素的释放和降解情况,以期为安全选择化学预氧化方法提供一定的理论依据。

1试验材料与方法

1.1试验材料

铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)购自中国科学院水生生物研究所(武汉)国家淡水藻种库(FACHB)。将接种好的水样置于玻璃瓶中,在光照生化培养箱中培养,培养温度为25℃。光照强度为1000Lx光暗比L:D=12:12。

1.2仪器和试剂

HPLC-2010高效液相色谱仪、XSP-8C型三目生物显微镜。MC-LR和MC-RR标样,流动相为甲醇。

1.3试验方法

1.3.1藻细胞生物量的测试方法

藻细胞生长到一定程度时,用分光光度计在600~750nm之间每隔5nm进行波长扫描,绘制吸收曲线,确定最大吸收峰波长。得到铜绿微囊藻最大吸收波长为680nn。藻细胞的生物量即用各个生长期的藻液在680nm波长处的光密度值OD680nm表示。

然后将藻溶液稀释成不同的浓度梯度,测定OD680nm,同时在显微镜下放大400倍用血球计数板进行藻细胞计数。得到藻细胞浓度与OD680nm值之间的换算关系,铜绿微囊藻细胞浓度(106个/mL)=23.209×OD680nm,R2=0.9979。试验中采用的藻毒素溶液OD680nm=0.3即藻浓度为6.96xl06个/mL

1.3.2余氯减少试验

取100mL待处理的藻毒素溶液,加入一定体积的次氯酸钠母液(1g/L),使溶液中的次氯酸钠浓度呈现一个梯度。反应一定时间后用DPD余氯法测定系统余氯浓度。

1.3.3藻细胞破碎试验

取100mL待处理的铜绿微囊藻液溶液(OD680nm=0.3),加入一定体积的次氯酸钠母液(1g/L),反应一定时间后用亚硫酸钠终止反应。分两部分测定胞外和胞内的藻毒素。

1.3.4N,N-二乙基对苯二胺(DPD)测余氯法

取10mL水样置于10mL比色管中,加入05mL磷酸盐缓冲溶液(PH=65)、0.5mLN,N-二乙基对苯二胺(DPD)溶液,混匀,以纯水为参比,用余氯仪测余氯值。

1.3.5HPLC分析条件

色谱柱温度:40℃:流动相:甲醇与磷酸缓冲溶液(PH=300)按体积比为66:34混合;流速:0.8mL/min进样量:30μL检测器:紫外可见光检测器:波长:238nm。

2结果与讨论

2.1余氯减少试验

取100mL待处理的铜绿微囊藻液溶液。分别加入一定体积的次氯酸钠母液,使藻液中次氯酸钠初始浓度分别为5,10,20,30,40和50mg/L每隔2,5,10,15和20min测定溶液中的余氯,结果如图1所示。

由图1可以看出,当次氯酸钠投加量在5mg/L时,反应8min后系统中几乎检测不出余氯。当次氯酸钠投加量在10mg/L或者更大时,最初2mi1余氯下降迅速,之后慢慢趋于平缓。到10min后几乎不再变化。当NaClo投加量在50mg/L时,10min后余氯大于0.1mg/L选取次氯酸钠投加量为10~40mg/L总反应时间10min来考察其对于藻细胞破碎和降解的影响。
图1  不同次氯酸钠投加量下余氯的变化

2.2次氯酸钠投加量的影响

取100mL铜绿微囊藻溶液。分别投加1Q2Q30和40mg/L次氯酸钠反应10min不同投加量下藻毒素释放量和降解量的变化如图2所示。

由图2可知,随着次氯酸钠投加量的增加,藻毒素的降解量逐渐超过释放量。当投加量为20mg/L时,降解量基本等于释放量。投加量大于20mg/L后,降解量的增加幅度不大,因此选择20mg/L为最佳投加量,从而达到控制藻毒素扩散的目的。
图2  不同次氯酸钠投加量下藻毒素的变化

2.3藻细胞浓度的影响

取铜绿微囊藻溶液初始光密度OD680nm=0.103和06即藻浓度分别为232×l06,696xl06和1.39×lO个/mL。分别投加20mg/L次氯酸钠,反应lOmin不同初始藻细胞浓度下藻毒素释放量和降解量的变化如图3所示。
图3不同初始藻细胞浓度下藻毒素的变化

由图3可以看到,随着藻细胞溶液初始浓度的增大。藻毒素释放的趋势逐渐超过降解的趋势,即藻细胞浓度的增加导致藻毒素的扩散作用更加明显。在初始藻浓度为232×l06个/mL时,藻毒素的释放基本可以被及时降解,不会造成藻毒素的扩散。因此应避免在藻类大量暴发时(藻浓度>6.96×l06个/mL)预氧化中使用次氯酸钠,而在一般原水中藻浓度较低时水厂采用该预氧化方法除藻,不会造成藻毒素的释放扩散。

3结论

对投加次氯酸钠后藻毒素的变化情况研究表明。次氯酸钠作用于藻细胞后会破坏其完整性,导致藻毒素释放,且不同次氯酸钠投加量及初始藻细胞浓度均会影响藻毒素的释放和降解。在藻类大量暴发时(藻浓度>6.96×l06个/mL),预氧化中应尽量避免使用次氯酸钠,而在原水藻浓度较低时的水厂常规预氧化除藻可以使用次氯酸钠。

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