载体混凝耦合可见光催化氧化高效降解颤藻及其代谢物工艺和机制

In recent years, Oscillatoria as the main dominant species of cyanobacteria bloom has occurred in many water sources around the world. Oscillatoria can release many kinds of harmful metabolites to water during its growth, which has negative effects on water environment and can threaten the health of animals and humans. However, in water supply process the control and treatment of Oscillatoria is not satisfactory: it has low coagulation and sedimentation efficiencies and will grow rapidly during sludge storage period, when the Oscillatoria cells lysed during storage, the intracellular harmful metabolites would release to sludge and cause secondary pollution. Thus, in order to control and remove Oscillatoria cells and their metabolites, our group tries to add semiconductor particles in coagulation process to combine ballasted coagulation and photocatalysis to efficiently remove Oscillatoria cells and degrade Oscillatoria-contained sludge under visible light; to reveal the behaviors of Oscillatoria cells during the photocatalyst-ballasted coagulation; to investigate the transportation and conversion behaviors of Oscillatoria’s metabolites during photocatalysis; to study the effects of photocatalysis and Oscillatoria’s metabolites on the structure of microbial community; to illuminate the recycling of semiconductors, coagulants and water in purified Oscillatoria-contained sludge and finally establish the efficiently treatment of Oscillatoria in water supply process.

近年来，国内外多处水源地都出现了以颤藻为主要优势种的蓝藻水华现象。其在生长过程中可以向水体释放多种有害代谢物，严重威胁水体环境与人畜健康。然而，在给水工艺中颤藻的控制与去除并不理想，其混凝—沉降效率较低并且会在底泥堆置过程中大量繁殖，当这些颤藻细胞破裂时，胞内分泌的有害代谢物便会释放到给水底泥中，造成二次污染。因此，本项目将以给水工艺中颤藻细胞及其代谢物的控制和去除为目的，通过在混凝过程中投加具有可见光催化活性的半导体颗粒，结合载体混凝与可见光催化氧化技术，高效去除颤藻细胞同时无害化处理颤藻底泥，揭示以半导体材料为载体颗粒的载体混凝技术对颤藻细胞在混凝过程中行为特征的影响，探明底泥中的颤藻代谢物在光催化降解过程中的迁移、转化规律，阐明光催化作用及颤藻代谢物对给水底泥中微生物群落结构的影响及机制，同时探索底泥中半导体材料、混凝剂与脱泥水的回用效果，最终建立给水工艺中颤藻的高效处理工艺。

近年来，颤藻在全球众多水源地成为优势种。颤藻细胞的混凝-沉降效率较差，难以在常规的饮用水工艺中去除，且会在底泥堆置过程中大量繁殖并释放藻毒素等代谢物。本项目以可见光催化剂氮掺杂二氧化钛（N-TiO2）为载体颗粒强化混凝去除颤藻细胞，同时借助底泥中N-TiO2颗粒的可见光催化特性，在可见光下髙效降解底泥中颤藻细胞及其代谢产物，探究颤藻细胞氧化降解响应机制。明确了N-TiO2剂量、混凝剂种类和剂量、搅拌条件等载体混凝条件以及光照条件、光催化剂剂量等光催化条件对去除颤藻细胞及其代谢物的影响。在优化的工艺条件下，添加N-TiO2后颤藻混凝去除率可达到95%以上，N-TiO2光催化降解含藻底泥48 h后颤藻去除率达到93.4%，总柱孢藻毒素去除率为89.2%，既解决了颤藻细胞难以混凝去除的难题，又消除了颤藻细胞在底泥中生长带来的不利影响。研究揭示了颤藻细胞及其代谢物在载体混凝和光催化底泥过程中的迁移转化规律。此外，阐明了光催化作用对颤藻底泥中微生物群落结构的影响及机制，明确了颤藻底泥中的致病菌种类（假单胞菌属和玫瑰单胞菌），并解析了二者在光催化底泥过程中的降解效果。探明了颤藻底泥中N-TiO2和混凝剂回用效率与脱泥水回用的安全性。本项目不仅实现颤藻细胞高效去除，保障饮用水水质安全，而且为给水厂提供一种经济、高效无害化处理含藻底泥的新途径。.此外，针对夏秋季节含颤藻等高藻水体，开发了亚铁活化过碳酸钠预氧化强化混凝工艺和臭氧适度预氧化耦合臭氧/过氧化氢联合氧化工艺两套工艺去除蓝藻及其代谢物，相关工艺在高密孚日水厂进行实际推广应用。.受资助期间，受资助人以通讯作者在Water Research、Science of the Total Environment、Journal of Hazardous Materials等期刊发表SCI论文5篇，全部为JCR一区论文，另有1篇论文发表在环境领域新刊ACS ES&T water，在生态学杂志发表中文论文2篇；授权发明专利1项，实用新型专利4项；培养博士2名，硕士4名。