微藻与氰化物相互作用机理研究

发布时间：2020-08-07 11:30

【摘要】：氰化物作为工业原料被广泛用于采矿、电镀、合成纤维及制作染料等行业,但绝大多数无机氰化物毒性强且容易挥发,潜在危害极大。微藻是一类对环境胁迫相对敏感且具有吸收有毒物质能力的自养型微生物。研究微藻与氰化物的相互作用可以更好了解氰化物对微藻的致毒机理和微藻对氰化物的去除机制,以达到用生物法来治理水体氰化物污染的目的。本文以斜生栅藻(Scenedesmus obliquus),普通小球藻(Chlorella vulgaris),铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和小环藻(Cyclotella)四种微藻作为模式生物,采用化学分析和生物标志物检测相结合的方式,研究氰化物暴露对不同微藻的毒性效应及内在机理,对比不同微藻对氰化钾溶液和实际废水中氰化物的去除作用及影响因素。主要研究结果如下:(1)通过生长抑制实验,对普通小球藻、斜生栅藻、铜绿微囊藻和小环藻分别进行不同浓度氰化钾溶液96 h暴露,对比氰化钾对这四种微藻的毒性大小。结果显示:氰化钾对这四种微藻均有明显的毒性,其96 h的半数有效浓度EC_(50)大小分别为0.12μg/L,0.84、0.38和0.13 mg/L,可知氰化钾对普通小球藻的毒性作用最大,对斜生栅藻的毒性作用最小。(2)研究了氰化钾对微藻的生长影响,发现氰化钾对不同微藻生长的影响不一致。氰化钾对普通小球藻的生长呈现“低促高抑”效应,即低浓度氰化钾暴露促进普通小球藻的生长,而高浓度的氰化钾则抑制细胞生长,表现为0.1 mg/L氰化钾暴露下,普通小球藻的细胞密度值、叶绿素a值和最大光化学量子产量(Fv/Fm)值均明显比空白组的数值高,高于0.1 mg/L的氰化钾则降低了各个生长参数值。而氰化钾对斜生栅藻、铜绿微囊藻和小环藻均呈现明显的浓度-效应现象,即氰化钾暴露浓度越高,细胞生长抑制作用越明显,各个生长参数值相比于空白组明显降低。通过扫描电镜观察到氰化钾胁迫培养后藻细胞表面形态变化明显,细胞膜结构损伤程度随氰化钾暴露浓度的增加而越大,甚至出现破损现象。(3)通过细胞内生物标志物对氰化钾胁迫的响应及氰化钾胁迫抗氧化酶mRNA的表达水平的影响的测定,探究氰化钾对微藻细胞可能存在的致毒机理。研究表明:低浓度氰化钾诱导微藻细胞发生氧化应激,从基因水平调控抗氧化系统发挥作用,有效清除活性氧,缓解氧化损伤;而高浓度的氰化钾则会加重细胞的氧化程度,超出抗氧化系统的能力,从而导致细胞损伤,进而破坏了细胞的生理功能。(4)论文不但研究了氰化钾对微藻生长的毒性效应,而且初步考察了微藻对氰化物的去除效果。通过对比实验,探讨氰化钾的自然降解与不同微藻对氰化钾的去除作用效果。实验结果表明:微藻对于浓度为10 mg/L的氰化钾的去除有着明显的促进作用。氰化钾浓度从10 mg/L自然降解至5 mg/L需要80 h,而在斜生栅藻的作用下,36 h的去除率已超过50%,其他微藻作用下也只需48 h去除率就能达到50%。另外对微藻去除氰化物的适宜条件进行了探索:pH控制在10左右,有利于微藻对氰化钾的去除;同时对于普通小球藻和斜生栅藻,温度适合控制在25℃,而对于铜绿微囊藻和小环藻,温度则控制在30℃,这与微藻的种类有关。(5)通过微藻来处理实际电镀废水中的氰化物,得到了与模拟实验相似的结论。结果显示:微藻处理A厂浓度约为11 mg/L的废水时,微藻作用下实际电镀废水中的氰化物去除率明显高于自然条件下的降解效率,且不同微藻的去除能力不同,斜生栅藻、铜绿微囊藻、小环藻和普通小球藻对电镀废水中氰化物单位时间每百万个藻细胞去除氰化物的质量分别为1.29、0.95、0.77和0.46μg。对于B厂浓度为23 mg/L的实际废水时,微藻作用的氰化物去除效果不如其自然降解的效果好。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;X173
【图文】：

氰化物

图 1-1 氰化物的分类Fig. 1-1 Classification of cyanide1.1.1 氰化物的来源环境中的氰化物主要来源于人类活动[4]。因为氰化物对金属具有很强的亲和力，使得它广泛应用于金属矿加工、冶炼、化工和电镀等工业生产中[5, 6]。而这些工业生产活动产生的废水、废气和废渣，正是环境中氰化物的主要来源[7]。据统计，电镀废水[8]和焦化废水[9]中氰化物含量分别为 30~50 mg/L 和 8.3~520 mg/L。然而，电镀和金属加工厂的个别操作中氰化物废料在储存几年后，其废水中氰化物的浓度可能高达 10000~3000mg/L[10]。自然环境中一些真菌，细菌，微藻(普通小球藻等)低等生物甚至高等植物（木薯，枇杷等）也会产生一定量的氰化物[7]。1.1.2 水环境中氰化物的赋存众多污染源的长期排放导致了水环境中氰化物的广泛赋存。氰化物极易溶于水，不稳定且易和金属形成化合物，因此氰化物的污染状况会随着空间位置不同而改变，导致地表水、地下水甚至饮用水中均能检测到氰化物的残留，这对生态安全和人类健康造成

氰化物,工业废水

氰化物不进行及时处理，其污染风险有不断增强的可能。中氰化物为剧毒物，饮用水中不应有氰化物的赋存。但由于大量工业废水检测到了氰化物的赋存。据调查发现，饮用水中的氰化物主要、塑料厂及化肥厂排放的废水[16]。由于现有的检测技术还无法准物质，因此饮用水中氰化物的检出频率较低。杜洪凤等[17]用单扫的氰化物含量为 0.73 μg/L，证实了饮用水中氰化物的存在。的排放行业作为无机盐工业的一个重要分支，年产量约 140 万吨[18]，其氰化物进入环境[19]。2004 年 4 月，国家环保总局公布在环境中。我国每年氰化氢和氰化钠的总产能均超过 20 万吨，其产能、三位；美国仅在 2004 年一年就生产和应用 18.38 亿磅氰化物[2 年，中国工业废水中氰化物污染物排放量达到 165.4 吨，与 2 1-2 显示，各地区工业废水氰化物的省份中，山西居多，占全国，其次是河南、江苏和河北，这4个省份排放的氰化物之和约占全

技术路线图,技术路线,论文,微藻

课题拟以物化分析和生理生化分析相结合的方法，选取氰化钾为目标污染物为模式生物，一方面探讨氰化物对微藻生长（以细胞数和叶绿素为指标），OD、CAT 和 GSH）及代谢产物（MDA）的影响，另一方面以物理化学指标照指标分析不同微藻在不同环境条件下对氰化物的去除性能，并利用这些指态系统的毒理效应和提供实验依据。具体研究内容如下：采用微藻生长抑制试验，研究氰化物对不同微藻的毒性，确定微藻对目标受范围，筛选敏感种系和耐受种系；通过暴露实验，探讨目标污染物对不同微藻的生长影响及细胞内生物标志染物的响应，揭示氰化物对微藻的致毒机理；通过改变实验条件（pH、温度、初始暴露浓度等），研究不同微藻对氰化物，并确定微藻去除氰化物的最优实验条件及可处理氰化物临界浓度；对比分析实际含氰废水的自然降解和微藻处理效果，探索微藻在处理实际的作用及筛选去除性能优势物种。术路线据以上研究内容，制定本文的技术路线（图 1-3）。

【参考文献】