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辐照技术对蓝藻生长的抑制机理研究

郑宾国  
【摘要】:水体富营养化,导致国内外众多湖库蓝藻生长泛滥,对饮用水安全造成了严重威胁。为防止蓝藻“水华”危害,必须采取有效措施对其实施治理。但现有的蓝藻“水华”防治技术,存在防治不彻底及易产生二次污染等问题。因此,研究能够克服以上技术的不足,能有效防治蓝藻“水华”的新技术迫在眉睫。 γ-射线辐照和介质阻挡放电在作用过程中能产生活性很强的自由基,将水中许多有机污染物完全降解和矿化。作为高级氧化技术,与常规污染处理技术相比,γ-射线辐照和介质阻挡放电在常温常压下进行,工艺简单,效率高、无二次污染,适用于常规技术难以处理的环境污染物。 本课题对γ-射线辐照抑制“水华”优势藻—铜绿微囊藻和鱼腥藻生长的情况进行了研究;分析了γ-射线辐照对铜绿微囊藻和鱼腥藻细胞内叶绿素a(Chl-a)、类胡萝卜素(Cartenoid)、藻蓝蛋白(PC)、总可溶性蛋白(TSP)和超氧化歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等酶活及丙二醛(MDA)的影响;对比分析了γ-射线辐照处理前后铜绿微囊藻和鱼腥藻细胞表面及内部结构的变化,找出了辐照抑制两种蓝藻生长的机理;考察了γ-射线辐照和介质阻挡放电两种辐照手段对自然水体中“水华”蓝藻的去除,为辐照技术除藻的实际应用奠定理论基础;根据蓝藻的生理特性,研究γ-射线辐照对太湖越冬蓝藻复苏的抑制,为蓝藻“水华”的防治提供一个新思路。取得的主要研究结果为: (1)初始叶绿素a浓度为5.62mg/L的铜绿微囊藻悬浮液,经剂量9kGy的Y-射线辐照处理后,培养5d,悬浮液中Chl-a含量仅为对照样的2%,相当于98%铜绿微囊藻细胞被去除。酸性环境有利于γ-射线辐照对铜绿微囊藻的抑制。Y-射线辐照产生的.OH和H202对铜绿微囊藻细胞的生长抑制起主要作用。铜绿微囊藻细胞经γ-射线处理后,细胞内光合色素和蛋白含量随辐照剂量增加而降低,细胞内MDA含量逐步增加,说明细胞膜质已被氧化。γ-射线辐照处理后,铜绿微囊藻细胞内SOD、POD和CAT酶活性随辐照剂量增加是先增加后降低,辐照剂量达到9kGy时,藻细胞内活性酶系统几乎完全被损伤。藻细胞SEM和TEM图表明,辐照处理后铜绿微囊藻细胞萎缩,细胞内类囊体逐渐溶解和消失,降低了蓝藻细胞色素的光能捕获和传递能力,影响了细胞内蛋白电子产率和传递速率。最终,蓝藻细胞内能量转化和电子传递过程终止,细胞生长所需的能量和有机物供给不足,代谢活性降低,其生长受到抑制。 (2)初始Chl-a浓度为5.62mg/L的鱼腥藻,经剂量11kGy的γ-射线辐照处理后培养5d,悬浮液中Chl-a含量为对照样的1.3%,相当于98.7%鱼腥藻被去除。酸性环境有利于γ-射线辐照对鱼腥藻的抑制。11kGy的γ-射线辐照处理后,鱼腥藻细胞内光合色素和蛋白含量几乎降低为零。鱼腥藻细胞内SOD、POD和CAT活性随辐照剂量的增加是先增加后降低,细胞内MDA含量随辐照剂量增加而逐步增加。通过SEM和TEM分析,发现经11kGy的γ-射线辐照处理后鱼腥藻大部分藻丝断裂,藻细胞严重萎缩,细胞内类囊体溶解消失,细胞内部生理功能受到不可逆损伤,以致藻细胞死亡。 (3)γ-射线辐照能有效去除太湖水体中的“水华”蓝藻。初始Chl-a浓度为12.38mg/L的太湖“水华”蓝藻,经剂量10kGy的γ-射线辐照处理后培养5d,悬浮液中Chl-a含量为0.56mg/L,与对照样相比,相当于95.5%“水华”蓝藻被去除。γ-射线辐照处理后蓝藻细胞内Cartenoid、PC和TSP含量显著降低。随辐照剂量增加,蓝藻细胞内SOD和POD酶活性先增加后降低。辐照剂量越高,细胞内MDA含量越高,蓝藻细胞被氧化的程度越深。 (4)介质阻挡放电也能有效去除太湖“水华”蓝藻。放电功率、放电时间、空气流速对去除效率均有影响。放电功率越高,放电时间越长,空气流速越大,蓝藻去除率越高。放电功率100W,放电时间18min,空气流速1.0L/min条件下,初始Chl-a浓度为9.58mg/L的藻液,经放电处理后培养4d,悬浮液中Chl-a浓度为对照样的12.2%,即蓝藻去除率达到了87.8%。放电处理后,蓝藻细胞内Cartenoid、PC、SOD、POD和MDA发生显著变化。 (5)γ-射线辐照能有效抑制太湖越冬藻类的复苏,辐照剂量越大,抑制效果越好。太湖原水经5kGy的γ-射线辐照处理后培养40d,其Chl-a、Chl-b和PC含量仅为对照样的8.66%、16.8%和17.2%,太湖原水中越冬藻类的复苏受到了较大抑制。太湖底泥原样经剂量13kGy的Y-射线辐照处理后,采用BG11培养基培养60d,培养液中Chl-a、Chl-b和PC含量仅为对照样的18.8%、14.8%和20.5%,说明γ-射线对底泥中越冬藻类复苏有一定抑制。


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