Fe2+/过硫酸盐去除铜绿微囊藻及其生态风险研究

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当前我国社会经济快速发展的同时,环境问题也日趋严重,其中淡水资源富营养化而导致的蓝藻频发是最严重的问题之一,水生生态系统结构被破坏,鱼、虾等水生生物产量锐减,同时还存在着危害人类健康的风险。然而常规的处理技术,或处理效果差,或处理成本高,或存在二次污染的风险,因此寻求一种安全高效经济的治理蓝藻暴发的措施是当前水产养殖的关键。本论文以蓝藻优势物种铜绿微囊藻为研究对象,开展了Fe2+/过硫酸盐(Fe2+/PS)实现高效低破损去除铜绿微囊藻以及微囊藻毒素的条件以及机理研究;考察了在实际养殖水体处理条件下,含藻底泥堆置期间铜绿微囊藻、胞外有机物以及微囊藻毒素的行为变化,以期评估含藻底泥堆置期间的风险;同时还考察了Fe2+/PS处理技术对斑马鱼的毒理效应,进一步评估Fe2+/PS用于治理蓝藻暴发问题的安全性。主要结论如下:(1)Fe2+/PS通过预氧化降解藻类有机物(AOMs),降低了铜绿微囊藻细胞的稳定性,同时形成的原位Fe(Ⅲ)提高了絮凝处理效果,SO4·-和OH·是降解AOMs的主要作用自由基,其中溶解性代谢产物与蛋白质类物质更易被氧化。最佳的预氧化-絮凝条件为0.1 mmol/L硫酸亚铁以及1:1的Na2S2O8/Fe SO4质量比;残留Fe含量低于标准限制,不会造成重金属残留风险;仅造成小部分的藻细胞发生轻微损伤,不仅避免了大量胞内藻毒素释放的生态风险,而且有效的去除了胞外藻毒素。(2)含有铜绿微囊藻的养殖水体经过Fe2+/PS处理后,在含藻底泥堆置期间前2d内,胞外藻毒素(MCs)不断下降且明显低于对照组(P<0.05),且在EEM光谱中代表着蛋白质类物质、溶解性微生物代谢物、富里酸类以及胡敏酸类物质的四种峰强度明显低于对照组。然而由于发挥保护作用的EPSs和水解聚合物被分解,同时由于缺乏充足的营养物质,铜绿微囊藻细胞从d-3开始受到外界环境刺激,发生了轻微的损伤但大部分的细胞仍保持完整。其次,铜绿微囊藻的活性相较于对照组有明显的下降(P<0.05),从而降低了蓝藻二次复发的风险。(3)斑马鱼在含有大量铜绿微囊藻的水环境中死亡率最高,加入了Fe2+/PS的处理组可以降低斑马鱼的死亡率。在不同处理组中没有对斑马鱼的生长能力造成明显的影响,但诱导斑马鱼机体产生了不同的氧化应激反应。只加铜绿微囊藻组对斑马鱼造成的伤害最为严重,产生了过量的ROS,随着暴露时间的延长,破坏了Na+K+-ATP酶活性,抑制了SOD、CAT的活性,导致了MDA的积累,使得GSH的消耗大幅增加,以清除体内ROS的毒害作用。但经Fe2+/PS处理后,不仅不会对斑马鱼造成伤害,并且在一定程度上缓解了蓝藻对斑马鱼的损伤。研究结果表明,Fe2+/PS一体化预氧化-絮凝技术可以有效的去除铜绿微囊藻,并且在含藻底泥堆置初期不会造成严重的二次污染风险,同时还可以缓解蓝藻暴发对水生生物的毒害作用,可作为处理蓝藻暴发的应急处理技术。
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