蓝藻降解过程及其对沉积物中锰释放的作用机理研究

发布时间：2020-10-19 23:21

　　 近年来,随着社会不断发展和人类活动加剧,湖泊富营养化问题日益突出,成为全球共同面对的重大环境问题。巢湖西半湖蓝藻聚集生长,是水华频繁爆发的重灾区,本文以巢湖西北部蓝藻及沉积物为研究对象,分析野外样品的理化参数特征;通过室内模拟实验,深入研究光照、氧气及微生物作用对蓝藻衰亡降解过程中营养盐释放影响;通过提取藻源有机质(A-DOM)并置于UV-A、UV-C紫外灯光照及避光三种降解条件下,研究其组分与分子量的变化特征;通过蓝藻-湖水-沉积物三相实验体系,分析蓝藻降解对沉积物中重金属锰释放的影响,主要研究成果如下:室内模拟蓝藻降解实验结果表明:蓝藻在光照有氧组经历生长、衰亡和降解过程,避光缺氧组经历衰亡和降解过程。实验初期蓝藻内易溶物质的迅速洗脱过程造成各组营养盐增高,其中光照有氧组在实验1d-15d氮磷浓度变化不大,避光缺氧组氮磷浓度短期内达到最大值,且总溶解态磷(TDP)的增长速率高达0.21mg/(L·d),总溶解态氮(TDN)的增长速率高达0.619mg/(L·d),TDP中PO_4~(3-)-P与TDN中NH_4~+-N的所占比例较高。同等实验条件下原状湖水为浸泡源的分组降解更快,可能是由于微生物加快降解的速度,并促使颗粒态营养盐向溶解无机态转化。实验后期,总溶解态氮磷含量下降可能是由于藻降解体共沉降作用。蓝藻避光降解过程中氮磷指标与pH和DO含量具有显著相关性,说明蓝藻降解过程显著改变了水体环境。通过三维荧光光谱(3D-EEM)结合平行因子(PARAFAC)法研究了A-DOM降解特征,PARAFAC模型识别分析得到了4种荧光组分:类蛋白组分C1(225,280/345nm)与C2(230,275/310nm),类腐殖质组分C3(275,365/445nm)与C4(320/400nm)。A-DOM降解实验时长为168h,三种实验方案下FDOM(组分荧光强度之和)与DOC(A-DOM浓度)降解率表现为UV-CUV-A避光。紫外-可见特征参数表明,UV-A、UV-C光照下A-DOM含量(DOC)、腐殖化程度(SUVA254)及分子量(E2/E3)均降低,说明A-DOM被光降解,避光组SUVA254持小幅度上升,说明微生物降解可能导致有机质的腐殖化程度增高。DOC、FDOM_(max)与光谱特征参数存在相关性(P0.05),是指示A-DOM降解行为的有效指标。光降解动力学表明UV-A、UV-C照射下各组分半衰期有所差异,与组分荧光强度的降幅差异具有一致性。通过膜平衡渗透实验研究A-DOM降解过程分子量变化特征,UV-A与UV-C组大分子比例相较于初始样品下降,避光组大分子比例有所上升,与特征参数E2/E3,SUVA254的变化具有一致性。环境因子对沉积物中锰释放实验表明缺氧及pH值呈酸性可促进锰释放,添加A-DOM对沉积物中锰的释放会造成影响。室内模拟蓝藻-湖水-沉积物三相体系表明,以不添加藻为对照,蓝藻存在改变了水体环境的DO、pH及ORP(氧化还原电位),藻残体下沉到沉积物表面增加了有机质含量并改变沉积环境,促进沉积物中锰的释放,蓝藻及其残体对上覆水中锰有吸附作用,并随腐殖化进程中藻细胞结构变化而改变,进而影响水体锰的迁移转化。
【学位单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X52
【部分图文】：

图 2-1 巢湖西半湖西北部采样点的分布水样于实验室内分为两个部分，一份过滤去除大颗粒悬浮物后，，另一份酸化至 pH＜2，测定总磷、总氮等指标。沉积物样品提出均匀后于-20℃冷冻保存，另取部分沉积物样品冷冻干燥，研磨后0.15mm)尼龙筛后，装入样品袋封口备用以测定基本参数，将新鲜并及时测定含水率等相关参数。分析方法表 2. 3 沉积物理化指标测定方法指标 测定方法水率 将坩埚置于 105℃左右电热板上，反复烘干至恒重为 M0，15 克左右沉积物样品置于坩埚中称重为 M1，将盛有沉积品的坩埚加热烘干至恒重，称量得 M2，即含水率计算公w(%)=100*（M1-M2）/(M2-M0)

图 4-1 蓝藻微囊藻显微镜 40 万倍放大图设计用 4 个 6L 玻璃圆柱形容器分别进行不同部。常温下，将采集的新鲜蓝藻与超纯水粒杂质。将其中两个玻璃容器加入 30cm入约 5L 超纯水。称取 4 份 50g 离心后藻加外来营养元素无底泥，确保经测定的污C、D 分组，选择浸泡水源，其中 A、B 风处，光照为自然光，模拟蓝藻的有氧降黑暗环境，用铝箔将整个玻璃容器包裹起气进入，模拟蓝藻缺氧降解环境。实验过从底部取样口采样 100ml 测定相关理化层藻体置于 105℃烘箱内测定含水率为 8

（c） （d）图 4-6 蓝藻降解过程光学显微镜形态随时间变化注：（a）D 组新鲜蓝藻；（b）D 组第 20d 蓝藻形态；（c）D 组第 40d 蓝藻形态；（d）D组第 50d 蓝藻形态以超纯水为浸泡水源，黑暗密封条件下的 D 组为例，此次取样新鲜蓝藻中微囊藻占较大比例，在光学显微镜下可以清晰看到细胞形态，细胞颜色为深绿色或黑绿色，为边缘透明的球形气囊包裹，藻细胞排列紧密。从以上数张蓝藻自然降解衰亡的电子显微照片观测来看，第 20d 时，藻细胞颜色明显变淡，但排列仍较为紧密，于此同时，水体颜色开始加深，由初始的淡绿色变为黄褐色。第 40时，蓝藻的降解过程表现为多糖外层被降解，细胞群体分解，整体为松散排列状态，随之出现较多单细胞，同时细胞内物质也开始降解分解，而到 50d 左右在普通光学显微镜下已观察不到明显蓝藻个体。4.4 蓝藻降解过程中水体营养元素的相关性分析
【参考文献】

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本文编号：2847848