二氧化氯对水中微囊藻和微囊藻毒素-LR去除效果的研究

摘要

富营养化导致水体水质恶化，味觉和嗅觉变坏，其最大的潜在威胁是富营养化水体中存在某些优势藻类，能产生胞内毒素、肝毒素和神经毒素等，危害人类健康。微囊藻（Microcystis）是我国富营养化水体中的主要污染藻类，是富营养化水体中的优势藻并易形成“水华”，其产生的微囊藻毒素（Microcystins，MC）是一类七肽单环肝毒素，其中MC-LR是目前发现的最强的肝脏肿瘤促进剂，MC在水中的化学稳定性较好，不能被传统净水工艺有效去除。因此，微囊藻的过度繁殖及产生的微囊藻毒素已对饮用水安全构成严重威胁。ClO2是一种优良的消毒剂和强氧化剂，对水中的许多有机和无机污染物均具有较好的去除效果，而且几乎不与水中的有机物形成THMs等有机卤代物，在水处理中具有广阔的应用前景。
　　本文以微囊藻属中的重要产毒种铜绿微囊藻和惠氏微囊藻作为目标藻种，对ClO2处理微囊藻的效果进行了研究。结果表明：ClO2对于微囊藻具有很好的杀灭效果。叶绿素去除率与ClO2投加浓度、反应时间呈正相关性，与叶绿素初始浓度呈反相关性，反应温度和pH值对于叶绿素去除率影响不明显。当ClO2投加量为2.5mg/L，温度25℃，pH=7.17时，反应15min后，惠氏微囊藻和铜绿微囊藻（905＃和915#）的杀灭率分别可达到97.23％、96.2%和92.33%。
　　本文研究了ClO2氧化去除MC-LR的效果，并采用正交试验讨论影响处理效果的因素。结果表明：ClO2对于MC-LR具有很好的去除效果。去除率与ClO2投加浓度、反应时间呈正相关性，与MC-LR初始浓度呈反相关性，反应温度和pH值对于MC-LR去除率影响不明显。当ClO2投加量为2.5mg/L，温度20℃，pH=6.47时，反应60min后，MC-LR去除率可达到95.12%。正交试验所考察的各影响因素的主次顺序为：ClO2投量→温度→反应时间→pH。将MC-LR的初始浓度降低到接近实际水体，ClO2的投量接近水厂处理的水平，结果显示MC-LR被ClO2氧化去除的剩余浓度远远低于国家标准1.0μg/L。
　　本文对ClO2与MC-LR的反应动力学进行系统研究。结果表明，ClO2与MC-LR的反应级数对二者均为一级，总反应级数为二级。在pH=6.47、反应温度20℃的条件下，ClO2对MC-LR的反应速率常数为7.86L/(mol?s)。考察了溶液pH和温度对反应速率常数的影响，结果表明溶液pH对反应速率有一定影响，在酸性和中性条件较碱性条件反应速率常数大一些；反应速率常数随温度的增加而增大，二者反应活化能为78.81kJ/mol，表明ClO2与MC-LR在一般水处理条件下即可发生反应。
　　考察ClO2预氧化处理工艺与常规水处理工艺对含藻水样的处理效果，并且对微囊藻在ClO2预氧化剂作用下的破坏形态和藻毒素的释放特性进行了初探。研究结果表明：ClO2预投量为3.0mg/L时，出水叶绿素去除率达到98.5%，藻的杀灭率达到95%，浊度去除率达到89.08%。与常规水处理工艺相比，ClO2预氧化处理工艺，可以有效灭藻，降低浊度。通过对微囊藻毒素释放特性的研究显示，当ClO2大于3.0mg/L时，胞内和胞外毒素都降到一个较低的水平，可以达到控制饮用水中微囊藻毒素含量的目的，保证饮用水安全。
　　本论文研究得出ClO2对于水中微囊藻及微囊藻毒素具有很好的去除效果，这对蓝藻“水华”的治理和饮用水安全生产提供了科学依据。

目录

二氧化氯对水中微囊藻和微囊藻毒素-LR去除效果的研究

REMOVAL EFFICIENCY OF MICROCYSTIS AND MICROCYSTIN-LR IN RAW WATER BY CHLORINE DIOXIDE

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 水体富营养化的现状和危害

1.1.1 水体富营养化的现状

1.1.2 水体富营养化的危害

1.2 蓝藻“水华”及微囊藻毒素的产生与危害

1.2.1 蓝藻“水华”及微囊藻毒素的产生

1.2.2 微囊藻毒素的危害

1.3 国内外的研究现状

1.3.1 藻类去除技术研究进展

1.3.2 藻毒素去除技术研究进展

1.4 本课题研究的目的及内容

第2章 实验与分析方法

2.1 实验试剂与仪器

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器

2.2 研究方法

2.2.1 分析检测方法

2.2.2 实验方法

第3章 ClO2对微囊藻杀灭效果的研究

3.1 惠氏微囊藻和铜绿微囊藻的扩培及生长规律的测定

3.2 ClO2 对微囊藻的杀灭效果

3.2.1 ClO2投加量对微囊藻杀灭效果的影响

3.2.2 反应时间对ClO2杀灭微囊藻效果的影响

3.2.3 反应温度对ClO2杀灭微囊藻效果的影响

3.2.4 反应pH对ClO2杀灭微囊藻效果的影响

3.2.5 叶绿素初始浓度对ClO2杀灭微囊藻效果的影响

3.3 本章小结

第4章 ClO2对微囊藻毒素（LR）去除效果的研究

4.1 ClO2对MC-LR处理效果的研究

4.1.1 反应时间对MC-LR去除率的影响

4.1.2 ClO2浓度对MC-LR去除率的影响

4.1.3 pH值对MC-LR去除效果的影响

4.1.4 温度对MC-LR去除效果的影响

4.1.5 MC-LR初始浓度的影响

4.1.6 ClO2对MC-LR去除效果的影响因素主次分析

4.1.7 ClO2对低浓度MC-LR的处理效果

4.2 本章小结

第5章 ClO2与微囊藻毒素（LR）反应动力学的研究

5.1 动力学研究基础

5.1.1 描述反应速率的方法

5.1.2 动力学反应速率的研究方法

5.1.3 反应温度对反应速率的影响

5.1.4 研究方法

5.2 ClO2氧化MC-LR的反应动力学

5.2.1 MC-LR反应级数的确定

5.2.2 ClO2反应级数的确定

5.2.3 反应速率常数k的确定

5.2.4 影响反应速率的因素

5.3 本章小结

第6章 ClO2预氧化/混凝组合工艺处理含藻水的试验研究

6.1 ClO2预氧化处理水中微囊藻的效果

6.1.1 水样和处理工艺

6.1.2 常规水处理工艺处理含藻水的效果

6.1.3 ClO2预氧化工艺处理含藻水的效果

6.2 ClO2预氧化作用下微囊藻的破坏形态及毒素的释放特性

6.2.1 微囊藻的破坏形态

6.2.2 微囊藻毒素释放特性

6.3 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

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哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致谢