微囊藻毒素在生物活性炭工藝中的去除規(guī)律與途徑

1、微囊藻毒素在生物活性炭工藝中的去除規(guī)律與途徑摘要：常規(guī)凈水工藝不能有效去除飲用水中微囊藻毒素()，對(duì)居民安康具有潛在危害。采用生物活性炭深度處理工藝去除飲用水中微囊藻毒素，HRT為1.5h時(shí)，Dn和UV254的去除率分別為55.3%和35.1%；-RR、-YR和-LR的去除率分別為60.57%、63.30%和68.79%。原水中較高濃度的易生物降解有機(jī)物抑制生物活性炭工藝對(duì)的去除。生物活性炭工藝中微生物降解去除大部分，同時(shí)使吸附飽和的活性炭得到一定程度的再生，部分通過(guò)吸附作用被去除。關(guān)鍵詞：微囊藻毒素生物活性炭飲用水處理微囊藻毒素(irystins，簡(jiǎn)稱(chēng))主要由富營(yíng)養(yǎng)化淡水水體中發(fā)生普遍的微囊

2、藻(irystis)“水華產(chǎn)生，它在細(xì)胞內(nèi)合成，細(xì)胞破裂后釋放出來(lái)1。是一類(lèi)具有生物活性的七肽單環(huán)肝毒素2，是由7個(gè)氨基酸組成的環(huán)狀多肽，分子量都在1000左右。目前已從不同微囊藻菌株中別離、鑒定了60多種構(gòu)造3。作用的靶器官為肝臟，具有極高的細(xì)胞選擇性和專(zhuān)一生物活性4。流行病學(xué)調(diào)查說(shuō)明，我國(guó)江蘇海門(mén)、啟東和廣西扶綏地區(qū)的原發(fā)肝癌發(fā)病率高與當(dāng)?shù)鼐用耖L(zhǎng)期飲用含微量的淺灘水和河流水有關(guān)，而當(dāng)?shù)仫嬘蒙罹用竦脑l(fā)肝癌發(fā)病率那么相當(dāng)?shù)??；瘜W(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，在自然水體中通常能存在1周至數(shù)周，并且傳統(tǒng)凈水工藝不能有效去除藻毒素6，導(dǎo)致我國(guó)多個(gè)以富營(yíng)養(yǎng)化水為原水的自來(lái)水廠出廠水中檢測(cè)到超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的7。目前藻

3、毒素的水處理技術(shù)主要包括活性炭吸附、光降解與光催化氧化、臭氧氧化、化學(xué)藥劑氧化、膜濾及生物降解等，它們均有各自的優(yōu)點(diǎn)與局限性8。本文考察生物活性炭(BilgialAtivatedarbn，簡(jiǎn)稱(chēng)BA)工藝去除飲用水中的影響因素與規(guī)律，討論的去除途徑。1材料與方法1.1試驗(yàn)裝置生物活性炭反響器由有機(jī)玻璃制成，內(nèi)裝平均顆粒尺寸為25的柱狀活性炭。在活性炭層上部的進(jìn)水區(qū)設(shè)微孔曝氣頭一只，由無(wú)油氣泵供氣。試驗(yàn)水樣由P-3N型恒流泵從配水箱送至BA柱。1.2微囊藻毒素的提取與試驗(yàn)水樣的配制藻華爆發(fā)期間，在中科院南京地湖所太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究站2#監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近搜集藍(lán)藻水華，濃縮后冷凍備用。取一定量的藍(lán)藻，融化

4、后參加75%的甲醇，20Hz超聲波間歇振蕩30in，破碎藻細(xì)胞?；旌弦涸俳?jīng)振蕩器振蕩30in后，離心20in(5000rp)，搜集上清液。管底物質(zhì)重復(fù)上述步驟，上清液合并。合并后的上清液經(jīng)0.45hatanGF/玻璃纖維膜過(guò)濾，得到藍(lán)藻粗提取液。太湖富營(yíng)養(yǎng)化水經(jīng)混凝、沉淀、砂濾后投加適量藍(lán)藻粗提取液作為試驗(yàn)用水。1.3試驗(yàn)方法與條件1.3.1水力停留時(shí)間(HRT)影響試驗(yàn)BA反響器中生物膜成熟后，考察HRT對(duì)去除的影響。試驗(yàn)中，HRT由4h逐漸調(diào)至1h，每次調(diào)整HRT后穩(wěn)定運(yùn)行5d以上，再連續(xù)2天按停留時(shí)間間隔取進(jìn)出水水樣分析，結(jié)果取均值。試驗(yàn)期間水溫2327。1.3.2易生物降解有機(jī)物影響試

5、驗(yàn)上述試驗(yàn)用水參加不同量的葡萄糖，配成不同的試驗(yàn)水樣。根據(jù)第一階段試驗(yàn)結(jié)果確定BA反響器的HRT。試驗(yàn)由進(jìn)水高Dn濃度向低Dn濃度進(jìn)展，每一濃度的水樣穩(wěn)定運(yùn)行45d后，取樣分析。1.3.3微囊藻毒素的去除途徑研究準(zhǔn)備4個(gè)1L試劑瓶，分別向3個(gè)瓶中參加800L未用過(guò)的顆粒活性炭(GA)、生物活性炭(BA)和滅活后生物活性炭(滅活BA)，第4瓶作空白對(duì)照。三種活性炭均為同種顆粒炭，其中生物活性炭取自運(yùn)行5個(gè)多月的BA反響器，滅活生物活性炭是將取自BA反響器中的生物活性炭在滅菌鍋內(nèi)高溫高壓滅菌1h制備而成。向4個(gè)瓶中參加曝氣后的試驗(yàn)用水至1000L刻度，置于振蕩器上振蕩并計(jì)時(shí)，于不同的反響時(shí)間從4個(gè)

6、瓶中各取60L水樣測(cè)定濃度。1.4分析方法微囊藻毒素-RR、YR、LR(分別簡(jiǎn)稱(chēng)-RR、-YR、-LR)：HPL法測(cè)定，分析儀器與方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)9；UV254：紫外分光光度法；Dn：酸性高錳酸鉀法。2結(jié)果與分析2.1HRT對(duì)微囊藻毒素去除的影響表1與圖2說(shuō)明，隨著HRT的增加，Dn、UV254與各微囊藻毒素的去除率相應(yīng)進(jìn)步，并與試驗(yàn)水樣溶解氧的消耗率正相關(guān)，說(shuō)明微生物降解是有機(jī)物與去除的重要途徑。一定HRT范圍內(nèi)，微生物對(duì)有機(jī)物與的降解隨HRT的增加更為充分；但當(dāng)HRT增大到一定值后，生物活性炭反響器中D供應(yīng)缺乏，系統(tǒng)中微生物、有機(jī)污染物、溶解氧與活性炭的互相作用到達(dá)了平衡，去除率逐漸趨于穩(wěn)定

7、。綜合BA工藝對(duì)Dn、UV254及的去除效果，適宜水力停留時(shí)間取1.52h。HRT(h)Dn(g/L)UV254(-1)D(g/L)進(jìn)水出水去除率(%)進(jìn)水出水去除率(%)進(jìn)水出水消耗率(%)13.071.9935.20.0930.06925.86.903.1953.81.252.020.9652.50.1100.08126.46.682.0369.61.52.641.1855.30.0970.06335.16.682.2166.923.01.1860.70.1380.07446.47.240.9694.034.221.1473.00.2200.05774.16.521.1183.043.38

8、1.2164.27.140.8588.12.2易生物降解有機(jī)物對(duì)去除的影響B(tài)A工藝HRT=1.5h，不同原水的去除率與Dn的去除率關(guān)系如圖3。圖中濃度為-RR、-LR與-YR三種微囊藻毒素濃度之和。當(dāng)進(jìn)水Dn濃度由2.91g/L增加到3.60g/L時(shí)，Dn的去除率和的去除率均出現(xiàn)上升；此后隨著進(jìn)水Dn濃度的進(jìn)一步增加，Dn的去除率仍不斷進(jìn)步，但的去除率開(kāi)始降低。低濃度與Dn在生物反響器內(nèi)同時(shí)被降解，可能既有降解菌的降解作用，也可能有異養(yǎng)微生物的協(xié)同同化作用9,10。當(dāng)有機(jī)物降解菌與藻毒素降解菌是不同菌種時(shí)，易降解有機(jī)物含量增加，相應(yīng)的異養(yǎng)微生物活性增強(qiáng)，由于微生物種群的競(jìng)爭(zhēng)，如對(duì)D的競(jìng)爭(zhēng)，BA

9、柱中降解菌的活性受到抑制，使的去除率下降。當(dāng)?shù)蜐舛仁窃诋愷B(yǎng)微生物的協(xié)同同化作用下被降解時(shí)，假設(shè)比更易被微生物利用的有機(jī)物增加，將優(yōu)先被異養(yǎng)微生物降解，微生物對(duì)的同化作用減弱，使的去除率下降。由于原水中易生物降解有機(jī)物含量過(guò)高，抑制的去除，進(jìn)入BA系統(tǒng)的原水必須控制易生物降解溶解性有機(jī)物的含量，可通過(guò)兩級(jí)生物活性炭或原水的生物預(yù)處理來(lái)控制。2.3在BA工藝中的去除途徑表2中濃度是-RR、-LR與-YR三種微囊藻毒素濃度之和。結(jié)果說(shuō)明，在各種活性炭中的去除率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，當(dāng)反響時(shí)間大于1.5h后，去除率增加趨緩。各種活性炭對(duì)的去除率大小依次為：GABA滅活BA。未使用過(guò)的活性炭具有較強(qiáng)的吸附

10、作用，能有效去除；掛膜成熟后的BA，活性炭的外表及大孔附著大量微生物，通過(guò)生物降解與活性炭吸附而去除；滅活BA由于微生物已失活，因此通過(guò)吸附作用去除。滅活BA在高壓滅菌鍋內(nèi)滅菌時(shí)不能使活性炭再生，它對(duì)的吸附才能即為BA對(duì)的吸附才能。通常活性炭運(yùn)行5個(gè)多月后已根本吸附飽和，而此時(shí)BA仍能吸附有機(jī)物，意味著附著于活性炭上的微生物具有再生活性炭的才能，即被活性炭吸附的部分有機(jī)物被微生物降解。另一方面，滅活BA對(duì)的去除率遠(yuǎn)小于BA，滅活BA對(duì)的去除率在HRT=180in時(shí)，也只有12.98%，而B(niǎo)A在HRT=180in時(shí)，去除率可達(dá)47.14%。由此說(shuō)明，BA反響器中微生物降解對(duì)的去除作用，較活性炭吸

11、附的去除作用更大。然而，BA中分別被這兩種途徑去除的的比例很難確定，因?yàn)锽A中被吸附的又會(huì)被微生物降解，BA可以繼續(xù)吸附，而滅活BA吸附后不再具有生物再生功能。被吸附后又被生物降解這一現(xiàn)象說(shuō)明：運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間的BA對(duì)的去除，最終都是通過(guò)微生物的降解實(shí)現(xiàn)的。GA與BA相比，去除效率更高，但前者的吸附作用易因活性炭飽和而失效，后者那么通過(guò)微生物與活性炭的協(xié)同作用延長(zhǎng)了活性炭的運(yùn)行周期，有效降低了凈水本錢(qián)。3結(jié)論3.1BA工藝可作為飲用水中的深度處理工藝，適宜的HRT為1.52h。3.2原水中較高濃度的易生物降解有機(jī)物抑制BA工藝對(duì)的去除，進(jìn)入BA系統(tǒng)的原水必須控制易生物降解有機(jī)物的含量。3.3生物活

12、性炭運(yùn)行初期，主要通過(guò)吸附作用去除，生物膜成熟后，主要通過(guò)微生物的降解去除。微生物降解同時(shí)使吸附飽和的活性炭得到一定程度的再生，可以通過(guò)吸附作用去除部分。參考文獻(xiàn)1arihael.TxiirystisandtheenvirnentIn:atanabeF:Txiirystis.BaRatn:RPress,1996,2-42arihael.Thetxinsfyanbateria.SiAJ,1994,270:64-723HitzfeldB,HgerSJ,DietrihDR.yanbaterialtxins:revalduringdrinkingatertreatent,andhuanriskasse

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