高铁酸钾_PAC氧化_混凝去除水体中铜绿微囊藻_刘立明

6期
刘立明，等. 高铁酸钾/PAC 氧化-混凝去除水体中铜绿微囊藻
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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引言 (Introduction)
以藻类水华（尤其是蓝藻水华）为表征的水体 富营养化已经成为我国乃至全世界主要的水环境问 题之一。在过去数十年中，许多国家对蓝藻水华的 控制和治理尝试了许多方法，归结起来主要包括物 理法、化学法和生物法。物理方法除藻效果显著、 无二次污染，但工作量较大、周期较长，较高的经 济成本使该方法的应用受到制约[1-3]。 生物方法主要 是利用生态系统食物链摄取原理和生物的相生相克 关系来控制或抑制藻类水华从而达到控制水华的目 的，是一种“绿色”除藻方法，但技术难度和管理难 度大，见效慢，且一次性资金投入大[2-4]。化学法除 藻方法比较快速、高效，但缺点明显，一是氮磷物 质未输出水体，化学药剂还可能使胞内毒素和嗅味 物质释放到水中，导致水体的二次污染[5]。鉴于此， 开发高效、环保的控藻、除藻技术迫在眉睫。 聚合氯化铝（polyaluminium chloride，PAC）是 水处理工艺中常见的无机高分子絮凝剂，具有较强 的架桥吸附性能，在水解过程中，发生凝聚、吸附 和沉淀等物理化学过程[6]。 高铁酸钾具有强氧化性， 在酸性条件下和碱性条件下标准电极电位为 2.20 V 和 0.72 V，因此无论酸性条件下还是碱性条件下都 具有较强的氧化性，可有效灭活微生物，氧化和混 凝金属离子，氧化降解有机污染物，去除悬浮颗粒 物，其还原产物三价铁离子具有一定絮凝作用，是 一种绿色友好试剂[7, 8]。 已有报道高铁酸钾可以去除水体中颤藻 (Oscillatoria sp.) [9, 10]、栅藻(Scenedesmus sp.)、绿球 藻 (Chlorococoum sp.) [11]等藻类。研究表明，高铁酸 盐的氧化性直接导致了丝状藻丝体的断裂， 影响了颤 [10] 藻的正常段殖体繁殖方式 ，破坏了栅藻和绿球藻 的细胞胶鞘， 造成细胞内物质流失[11]， 从而达到杀灭 藻类的作用。 在我国很多浅水湖泊发生水华的是微囊 藻水华，但是关于高铁酸钾氧化铜绿微囊藻 （Microcystis aeruginosa)影响报道甚少。本文使用高 铁酸钾和聚合氯化铝（PAC）联合作用于常见水华藻 类--铜绿微囊藻（M.aeruginosa)，研究其去除效果和 影响因素，为微囊藻水华控制和去除提供参考。 2 材料与方法 (Materials and methods)
第 32 卷
第6期
2013 年 11 月
生 态 科 学 Ecological Science
32(6): 686-691 Nov. 2013
刘立明，李丽萍，黄应平. 高铁酸钾/PAC 氧化-混凝去除水体中铜绿微囊藻[J]. 生态科学, 2013, 32(6): 686-691. LIU Li-ming, LI Li-ping, HUANG Ying-ping. Study of Removal of Microcystis aeruginosa by Potassium Ferrate/ Polyaluminium Chloride Oxidation-flocculation[J]. Ecological Science, 2013, 32(6): 686-691.
单细胞铜绿微囊藻FACHB-905 (M. aeruginosa) 由中国科学院水生生物研究所典型培养物保藏委员 会淡水藻种库（FACHB）提供, 于光强25 μE m-2s-1， 温度25±1 ℃，光周期12 h:12 h条件下在BG11培养基 中温室进行培养。 2.2 方法 2.2.1 高铁酸钾的制备 将 NaOH 和 NaClO 溶液 混 合于 反 应 器 中， 滴 加 Fe(NO3)3溶液，搅拌，反应1-2 h。调整反应液的pH， 使得Na2FeO4从反应液中析出， 过滤， 滤出的Na2FeO4 加入KOH溶液中，待Na2FeO4溶解后过滤，在滤液中 缓慢滴加KOH饱和溶液，析出K2FeO4粗品。重结晶， 用异丙醇洗涤，于70 ℃,80 kPa真空干燥，得纯品[12]。 2.2.2 氧化/混凝实验 氧化实验： 将处在对数生长期的同一浓度的铜绿 微囊藻转移至1 L锥形瓶中，加入适量蒸馏水，保持 OD665相同；调节pH值，添加不同量的高铁酸钾（10 mg, 20 mg, 40 mg, 60 mg, 80 mg和100 mg），以500 r×min-1的转速快搅1 min， 然后以50 r×min-1的转速慢搅 24 min， 静置沉淀1 h。 在水面下1 cm抽取上清液进行 叶绿素a测定。 混凝实验： 将处在对数生长期的同一浓度的铜绿 微囊藻转移至1 L锥形瓶中，加入适量蒸馏水，保持 OD665相同； 调节pH值， 添加不同量的PAC （10 mg, 20 mg, 40 mg, 60 mg, 80 mg和100 mg），以250 r×min-1 的转速搅拌2 min，再以50 r×min-1的转速慢搅23 min， 静置沉淀1 h。在水面下1 cm抽取上清液进行叶绿素a 测定。 氧化/混凝实验：将处在对数生长期的同一浓度 的铜绿微囊藻转移至1 L锥形瓶中， 加入适量蒸馏水， 保持OD665相同；调节pH值，依次添加不同量的高铁 酸钾，以500 r×min-1的转速快搅1 min，再投加一定量 PAC进行混凝，以250 r×min-1的转速搅拌2 min，然后 以50 r×min-1的转速慢搅22 min，静置沉淀1 h[9]。在水 面下1 cm抽取上清液进行叶绿素a测定。 2.2.3 微囊藻毒素MC-LR的测定 微囊藻毒素MC-LR的测定采用固相萃取(SPE)结 合高效液相色谱。取200 mL高铁酸钾处理后的水样， 在10 000 r×min-1，4 ℃离心30 min。取上清液，C18 (Sep-pak, 500 mg×6mL-1)固相萃取柱萃取，洗脱。然 后用氮气吹干，用90%甲醇定容至100 μL，离心去杂 质后HPLC测定[13]。HPLC测定的条件为：Shim-pack
高铁酸钾/PAC 氧化-混凝去除水体中铜绿微囊藻
刘立明，李丽萍，黄应平
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三峡库区生态环境教育部工程研究中心，宜昌, 443002 【摘要】 铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）是常见的水华种类。水华爆发时生态系统的结构和功能遭到破坏，同时产生
毒素，因此研究微囊藻及其毒素的去除具有重要的意义。研究不同浓度的高铁酸钾与 PAC 高铁酸钾与 PAC 单独和协调去除水 体中铜绿微囊藻和微囊藻毒素（Microcystin-LR，MC-LR）的去除效果。结果表明，采用高铁酸盐预氧化铜绿微囊藻，再通过 PAC 混凝协同作用，明显优于单独使用 PAC 混凝效果。20 mg×L-1 高铁酸钾处理后水体中 MC-LR 含量降低，当高铁酸钾浓度升 高至 40 mg×L-1 时候 MC-LR 含量增加，但高铁酸钾浓度升高（100 mg×L-1）水体中 MC-LR 减少；当 8 mg×L-1 高铁酸钾和 8-16 mg×L-1PAC 联合作用时，不仅絮凝沉降藻细胞，而且高铁酸钾氧化水体中 MC-LR，通过镜检发现不会造成藻细胞破裂。 关键词：高铁酸钾; 聚合氯化铝; 铜绿微囊藻; 藻毒素; 氧化-混凝 doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2013.06.003 中图分类号：X524 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2013)06-686-06
Study on removal of Microcystis aeruginosa by potassium ferrate / polyaluminium chloride oxidation-flocculation
LIU Li-ming, LI Li-ping, HUANG Ying-ping* Engineering Research Center of Eco-environment in Three Gorges Reservoir Region, Ministry of Education, China Three Gorges University, Yichang 443002, China Abstract: Microcystis aeruginosa is a kind of algae of usual water blooms which can not only destruct the structure and function of the ecological system but also produce toxin and damage human being and aquatic organism. So it is essential to study M. aeruginosa and the removal of its toxin. In this article potassium ferrate and flocculation polyaluminium chloride (PAC) were used to take off M. aeruginosa, and the removal efficient of MC-LR with different concentrations of potassium ferrate and PAC individually and synergistically were discussed. Experimental data showed that pre-oxidating with potassium ferrate and then flocculating with PAC can remove more MC-LR than with PAC individually. In the process of pre-oxidation, 20 mg×L-1 potassium ferrate could reduce MC-LR, while MC-LR increased when the concentration of potassium ferrate increased to 40 mg×L-1. But when keeping increasing the concentration to 100 mg×L-1, MC-LR reduced. However, when potassium ferrate as low as 8 mg×L-1 was coupled with PAC (8-16 mg×L-1), the sedimentation of algae was flocculated; moreover, algae cell was not damaged under the microscope. Key words: Potassium ferrate; polyaluminium chloride; Microcystis aeruginosa; Microcystin-LR; oxidation- flocculation
2.1 材料
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VP-ODS 250 mm×4.6 mm 色谱柱，柱温40℃，60% 甲醇：40%磷酸盐缓冲液（pH 3）为流动相，流速1 mL×min-1，进样量10 μL。使用UV检测器，检测波长 238 nm。 2.2.4 叶绿素a的测定 取高铁酸钾-PAC处理后的水样离心，叶绿素a用 80%丙酮提取，4 ℃冰箱放置24 h后离心，取上清液 测定A663和A645，Chla(mg×L-1)=12.7 A663-2.7 A645[14]。 2.3 数据处理 本实验各组均设3个重复，用软件SPSS 13.0进行 显著性ANOVA检验， p<0.05时具有显著性。 3 结果与分析 (Results and analysis)
收稿日期：2012-10-23 收稿，2013-02-15 接受 基金项目：国家十二五水专项(2012ZX07104-003-04)、国家自然科学基金(21177072、21207079)和三峡大学人才科研启动基金(KJ2012B024)资助 作者简介：刘立明(1969—)，男，博士，副教授，从事富营养化水体生态治理和修复研究 *通讯作者，E-mail：chem_edu@126.com