臭氧在水体中杀灭铜绿微囊藻效果研究

        为研究臭氧在水体中杀灭铜绿微囊藻的效果,利用中性红染色法探讨了不同因素(臭氧投量、作用时间、pH值、温度、浑浊度、初始藻细胞密度等)对臭氧灭活铜绿微囊藻效果的影响.结果表明,随着臭氧投量和作用时间的延长,藻灭活率明显增加.当浑浊度0.5~20NTU,温度5~35℃, pH值6.0~9.0,同时浊度越低,灭活效果越好;随温度上升,臭氧灭活铜绿微囊藻能力减弱;碱性较酸性条件下臭氧杀灭铜绿微囊藻的能力更强.藻样初始浓度对杀藻效果影响较大,细胞密度增大,杀藻效果急剧下降.当初始藻细胞密度为1.0×107cells/L,臭氧投量为2.0mg/L,作用时间40min以上时,在饮用水消毒的浊度、温度、pH值范围内,铜绿微囊藻的灭活率在99.0%以上,繁殖能力降低到0.

        世界上淡水湖泊藻类水华发生的频率与严重程度都呈现增长的趋势,其中蓝藻是引起藻类水华污染的主要藻类.水体中藻类的大量繁殖不仅使水体水质状况恶化,而且对饮用水的处理和安全也带来影响,威胁饮用水的安全性:某些藻类释放藻毒素引起人畜患病甚至死亡,藻细胞及它的胞外分泌物在氯化过程中产生三卤甲烷、卤乙酸、卤乙氰等物质;具有鞭毛的藻细胞易穿透絮凝体,从而破坏絮凝过程,导致出水存在藻细胞;藻细胞在滤床中的生长又会导致滤床产生堵塞.以上问题的存在,说明饮用水处理中不能忽视藻类的影响.一直以来,国内水处理预氧化一直以预氯化为主,预氯化对藻类等微生物灭活、助凝提高藻类及水体颗粒物去除虽有较好的效果,但氯氧化或消毒产生的消毒副产物引起国内外饮用水处理界的高度重视.臭氧作为氯预氧化的良好替代品,臭氧氧化和强化混凝被认为是控制消毒副产物的很佳可行性技术.以往的各种研究,通常使用藻细胞密度、光密度、叶绿素含量来衡量除藻率,实际工作中这些细胞早已经失去活性,继续臭氧催化氧化一方面降低臭氧的传质效果,造成很大的浪费,另一方面影响了除藻效率.本研究使用臭氧对水中铜绿微囊藻进行灭活,采用中性红染色方法检测细胞活性,探讨藻细胞初始浓度、臭氧投加浓度、灭活时间、浑浊度、温度、pH 值等因素的影响、以及臭氧灭活后藻细胞繁殖能力比较,找出臭氧灭活水中铜绿微囊藻合适工艺条件,为使用臭氧灭活藻类提供实验依据.

1 材料与方法

1.1 实验材料

试验中使用的铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa),购自中科院武汉水生生物研究所.藻体为小囊泡状, 是淡水湖泊和河流中常见的藻种.采用BG-11 培养基在5L 白细口瓶中进行培养.培养温度在(26.5±0.5)℃,光照强度为2000μE/(m2⋅s),光暗比12h:12h.

1.2 方法及设备

1.2.1 试剂 中性红

1.2.2 仪器设备 臭氧发生器;荧光显微镜;浊度测定仪; pH 计;低温恒温水浴槽

1.2.3 中性红染色 称取0.5g 中性红粉末溶于50mLRinger 溶液中,配成1%中性红溶液.使用时用Ringer 溶液将1%中性红溶液稀释至0.02%.取藻样1mL,离心,加入1mL 中性红溶液,摇匀,染色15min 时间后,用显微镜(Olympus,BX51TF)进行观测,显微摄影系统拍摄染色情况并计数.细胞被中性红染色后,不仅说明细胞已经死亡,而且也说明细胞的细胞膜或细胞壁已被破坏.每个样品记数20 个视野,死亡细胞会被中性红染成红色,灭活率为染色细胞占总细胞数的百分比.

1.3 细胞计数

藻细胞密度采用0.1mL 浮游植物计数板进行计数,计算公式为:

公式中:N 为每升水样中藻细胞的个数;A 为计数框面积,mm2;B为一个视野的面积,mm2;C为计数时的视野数,个;D为1L水浓缩后体积,mL;E为计数框的容积,mL;F 为每片所测藻类数.

1.4 实验方法臭氧通入1L 的平底烧瓶中,其中含500mL超纯水溶液,向反应器中通入O3/O2混合气体,一定时间后,停止曝气,臭氧浓度用靛蓝比色法测定.将培养至对数增长期(细胞密度约为1.0×107 个/L)的藻细胞悬液1.0mL 离心,去培养基.向离心管中投加不同浓度的臭氧溶液1.0mL,细胞密度约为1.0×107个/L,温度25℃, pH7.5,使用高岭土配制液控制浑浊度为1.0NTU,达到反应时间立即用0.1mol/L 的Na2S2O3溶液终止臭氧化反应,所有实验均重复3 次.藻类活性测试法参照文献,用于比较不同浓度臭氧处理藻后其繁殖能力,方法如下:取不同浓度臭氧处理后的藻样,进行常规显微镜计数,得到C1;取1mL 处理后水样置于培养液中,摇床培养7d 后并进行显微镜计数,得C2;比值P=C2/C1 表示原来水样中藻类的活性,P 值越高,藻类活性/繁殖能力越强.

2 结论

2.1 臭氧灭活铜绿微囊藻与其浓度和作用时间都有关系,随着臭氧浓度和作用时间的延长,藻灭活率明显增加,很高去除率达到99.0%(初始藻细胞密度1.0×107个/L,臭氧浓度2.0mg/L,作用时间40min,浊度为1.0 NTU,温度25℃, pH 7.5).

2.2 浊度0.5~20NTU,温度5~35℃,pH值6.0~9.0,初始藻细胞密度在1.0×107~5.0×109个/L范围内,浊度越低,灭活效果越好;随温度上升,臭氧灭活铜绿微囊藻能力减弱;碱性较酸性条件下臭氧杀藻能力更强.

2.3 当臭氧为2.0mg/L以上作用时间,在饮用水消毒的浊度、温度、pH 值、初始藻细胞密度浓度范围内,铜绿微囊藻的灭活率在98.0%以上.

2.4 臭氧处理后藻类活性试验表明,臭氧剂量越高,藻类活性越差,当臭氧浓度为2.0mg/L,处理时间40min,藻类繁殖能力降低到0.

摘自：

汪小雄*,姜成春,朱 佳,谢炜平 (深圳职业技术学院建筑与环境工程学院,广东 深圳 518055)

中国环境科学 2012,32(4)：653~658