二氧化氯杀灭拟柱孢藻过程中藻毒素的释放与降解研究

   由水体富营养化的加剧而引起的藻类水华频繁发生,已成为全球性的环境问题。其中,拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)成为近年来新型的蓝藻水华的主要藻种,其产生的柱孢藻毒素(Cylindrospermopsin,CYN)具有肝毒性。二氧化氯杀灭拟柱孢藻具有良好效果,但在杀藻过程中,胞内藻毒素可能会释放,影响饮水安全性。因此,本文研究在二氧化氯杀灭拟柱孢藻的过程中柱孢藻毒素的释放与降解特性,并对杀藻过程中柱孢藻毒素的释放机理进行探讨。 本文研究了拟柱孢藻初始浓度、C102投加量、反应温度、pH值对C102杀藻过程中柱孢藻毒素的释放和降解规律的影响。结果表明,反应时间60min内C102投加量为0.5mg/L和1.0mg/L的CYN释放率、降解率均高于投加量为0.7mg/L的：达到120min时,三个C102投加量下的CYN释放率、降解率分别趋于接近。拟柱孢藻初始浓度对CYN释放率和降解率的影响不明显。CYN释放率和降解率在酸性条件下高于中性和碱性条件。CYN释放率和降解率会随着温度的升高而加快。反应时间5min内,C1O2投加量为1.0mg/L时的释放速率和降解速率远快于C102投加量为0.5mg/L和0.7mg/L时的速率。CYN降解速率与释放速率相等并趋于稳定的时间点随着C102投加量的增大而前移。拟柱孢藻初始浓度增大、温度的升高,均提高了CYN的释放速率和降解速率。 通过二氧化氯杀灭拟柱孢藻过程中柱孢藻毒素的释放和降解规律的研究,得到藻毒素释放方程c=A2+(A1-A2)/[1+(t/a)^p],其较好地反映了不同条件下的CYN释放量与时间关系。在C102杀藻过程中同时存在释放与降解,在不同C102投加量下,60min后,胞外CYN残余浓度均低于1.0μg/L,符合世界卫生组织规定的饮用水中藻毒素含量不得超过1.0μg/L的规定。 本文考察了C102降解水中单一组分CYN的特性,以便探究C102降解CYN的规律。结果表明,CYN降解率随C102投加量的增加而增大。CYN初始浓度对C102降解CYN的影响不明显。温度为25℃和30℃时CYN的降解率相等,高于温度为15℃时CYN降解率。CYN的降解率在酸性条件下高于碱性和中性条件。C102降解CYN的反应动力学研究表明,反应级数为3,CYN初始浓度为2.82μg/L、15.11μg/L和28.04μg/L时相应的速率常数分别为0.179μg-1·L·s-1、0.057μg-1·L·s-1和0.069μg-1·L·s-1;反应速率常数随着pH值的升高而减小；反应活化能E为12.29KJ/mol。 通过透射电镜(TEM)观测ClO2杀藻过程中藻细胞形态结构的变化发现：ClO2杀藻对藻细胞结构有一定程度的破坏。随着时间的延长和ClO2投加量增大,藻细胞结构的破坏程度加剧。60min时,细胞壁断裂。ClO2杀藻过程中CYN的释放并非由细胞壁的破裂而导致,而是由渗透扩散作用引起。藻细胞结构的改变促进了CYN的扩散释放,CYN的释放速率与藻细胞内外CYN的浓度差有关。