【摘要】：富營(yíng)養(yǎng)化和氣候變化引起的有毒藍(lán)藻水華問題日益突出,有毒藍(lán)藻水華不僅嚴(yán)重破壞水體生態(tài)系統(tǒng),而且會(huì)釋放藻毒素威脅水生動(dòng)植物及人類的健康。微囊藻毒素-LR(microcystin-LR,MC-LR)是其中分布最廣、毒性最強(qiáng)的藻毒素之一,在各種地表水體尤其是飲用水源水中均常有檢出。然而,常規(guī)的檢測(cè)方法及水處理技術(shù)在快速檢測(cè)與高效及應(yīng)急處理水體中的微囊藻毒素方面還表現(xiàn)不足。人工濕地作為一種生態(tài)處理技術(shù),已有研究證實(shí)其能有效的處理水體中微囊藻毒素,但微囊藻毒素在濕地中的去除機(jī)制尚不明確。有毒藍(lán)藻水華和藻毒素釋放往往發(fā)生在特定季節(jié),一般的人工濕地由于缺乏特定功能微生物或微生物豐度較低無(wú)法應(yīng)急處理藻毒素污染。微生物強(qiáng)化技術(shù)通過投加篩選自嚴(yán)重微囊藻水華水體的微囊藻毒素高效降解復(fù)合菌群,以增加人工濕地中藻毒素降解菌的數(shù)量,強(qiáng)化微生物對(duì)水體中藻毒素的去除作用,實(shí)現(xiàn)對(duì)有毒藍(lán)藻水華爆發(fā)及藻毒素釋放的應(yīng)急和高效處理,對(duì)保障居民用水安全具有重要的意義。本文應(yīng)用酶聯(lián)免疫法(ELISA)結(jié)合實(shí)時(shí)熒光定量PCR(q PCR)方法快速評(píng)估洱海水華期間水體產(chǎn)毒微囊藻和微囊藻毒素的污染狀況,了解洱海產(chǎn)毒微囊藻爆發(fā)和藻毒素釋放規(guī)律,為其進(jìn)一步利用人工濕地處理提供背景數(shù)據(jù)參考。在實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建十二座小型水平潛流人工濕地,經(jīng)人工湖湖水掛膜后,用于研究連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的人工濕地對(duì)水體中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽與有毒藻細(xì)胞、藻毒素的處理效果。然后,研究濕地停運(yùn)一段時(shí)間后再重新恢復(fù)處理含藻毒素廢水,以模擬一般濕地應(yīng)急處理微囊藻水華和毒素釋放突發(fā)的情況,同時(shí)投加微囊藻毒素復(fù)合降解菌以考察其對(duì)濕地快速掛膜,快速降解微囊藻毒素的作用。另外,在濕地運(yùn)行不同時(shí)間段,通過分子生物學(xué)技術(shù)對(duì)微囊藻毒素降解菌進(jìn)行定性和定量檢測(cè),考察濕地基質(zhì)細(xì)菌及藻毒素降解菌mlr A基因豐度在微囊藻毒素-LR去除過程中的響應(yīng),明確微囊藻毒素降解菌對(duì)微囊藻毒素的微生物降解作用。并通過物料平衡方法對(duì)基質(zhì)吸附、微生物降解、植物吸收等去除作用進(jìn)行定量分析,探討濕地系統(tǒng)去除微囊藻毒素的機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:(1)熒光定量PCR方法能夠快速定量洱海水體中產(chǎn)毒微囊藻豐度,洱海9月產(chǎn)毒微囊藻達(dá)到最高豐度。洱海水體微囊藻毒素LR檢出率較高,10月為高風(fēng)險(xiǎn)期,其總微囊藻毒素接近或超過集中式生活飲用水地表水源地對(duì)MC-LR的限值(1.0μg/L)。結(jié)果表明,為了保證洱海水華期間飲用水安全,應(yīng)針對(duì)水體中有毒微囊藻細(xì)胞及其毒素采取有效的處理措施。(2)構(gòu)建的人工濕地系統(tǒng)對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽去除效果穩(wěn)定。系統(tǒng)TN的平均去除率為67.5%~75.3%,NH4+-N的平均去除率為52.6%~66.3%,NO3--N的平均去除率為91.6%~94.2%,TP的平均去除率為76.0%~92.8%,且濕地植物的存在能提高系統(tǒng)處理氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的效果。胞外微囊藻毒素(EMC-LR)在濕地系統(tǒng)中的平均降解速率常數(shù)為0.022 h-1,平均半衰期為31 h,其衰減過程能較好擬合一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)方程(R20.9)。濕地系統(tǒng)的最佳水力停留時(shí)間為3d,在此水力停留時(shí)間下,人工濕地系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)毒藻細(xì)胞(胞內(nèi)毒素IMC-LR)的去除率為73.5%~95.4%,對(duì)胞外微囊藻毒素(EMC-LR)的去除率為87.5%~98.4%,可有效降低MC-LR含量至飲用水安全標(biāo)準(zhǔn)1.0μg/L以下;進(jìn)一步延長(zhǎng)濕地系統(tǒng)水力停留時(shí)間,可增強(qiáng)MC-LR的去除效果至低于檢出限(0.10μg/L)。向濕地中投加微囊藻毒素復(fù)合降解菌能顯著提高濕地系統(tǒng)對(duì)EMC-LR的去除速率(P0.05),縮短半衰期至22h,表明生物強(qiáng)化人工濕地能夠更有效應(yīng)急處理微囊藻毒素污染。(3)基于物料平衡原理,濕地系統(tǒng)去除藻毒素的最主要途徑是微生物降解作用,其貢獻(xiàn)率能達(dá)到88.75%;其次為基質(zhì)吸附作用,貢獻(xiàn)率達(dá)11.08%,濕地植物的直接吸收作用非常小,貢獻(xiàn)率僅為0.17%。生物強(qiáng)化措施(投加微囊藻毒素復(fù)合降解菌)能顯著增加濕地基質(zhì)降解菌基因mlr A的豐度(P0.05),并進(jìn)一步增強(qiáng)濕地基質(zhì)微生物的降解作用,提高其貢獻(xiàn)率至99.23%。同時(shí)濕地系統(tǒng)處理微囊藻毒素過程中其基質(zhì)mlr A豐度與濕地出水MC-LR含量均顯著呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)(P0.01),且mlr A豐度會(huì)隨著暴露在毒素時(shí)間的增加而提高。結(jié)果表明,濕地中微囊藻毒素土著降解菌對(duì)微囊藻毒素降解起著最主要的作用,且投加外源復(fù)合降解菌能進(jìn)一步增強(qiáng)微生物的作用。綜上所述,復(fù)合降解菌強(qiáng)化人工濕地能夠有效控制微囊藻毒素污染。本研究系統(tǒng)揭示了典型微囊藻毒素LR在人工濕地中的去除機(jī)制,闡明了微囊藻毒素降解菌在其中發(fā)揮的作用,為實(shí)際有毒藻華和藻毒素應(yīng)急處理的人工濕地技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論與實(shí)踐依據(jù),具有創(chuàng)新性與重要意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：暨南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X52;X172

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2437097