重金屬鎘脅迫下胞外聚合物在小球藻脫氮除磷過(guò)程中的作用.pdf

1、基于藻類的生物膜技術(shù)具有脫氮除磷的優(yōu)勢(shì)，在城鎮(zhèn)污水處理中具有應(yīng)用前景，但污水中的重金屬等毒物可影響藻細(xì)胞及其胞外聚合物（EPS）。EPS是藻類等生物在特定環(huán)境下產(chǎn)生的高分子物質(zhì)，具有多種生物作用，而目前對(duì)于EPS在重金屬脅迫藻類脫氮除磷過(guò)程的作用及機(jī)制尚不明晰。
　　本文以小球藻（Chlorella vulgaris）為研究目標(biāo)，以鎘為重金屬代表，在考察鎘脅迫對(duì)小球藻脫氮除磷效率影響的基礎(chǔ)上，探明鎘脅迫下氮、磷、鎘在EPS及藻細(xì)胞

2、內(nèi)的分布；明確鎘脅迫下EPS的產(chǎn)生特性及其與脫氮除磷效率之間的關(guān)系。論文主要得到了以下的研究結(jié)論：
　　（1）Cd2+對(duì)小球藻生長(zhǎng)具有較強(qiáng)的毒性效應(yīng)，其96h-EC50值為1.17 mg/L。低濃度的Cd2+（<0.1 mg/L）能促進(jìn)小球藻的生長(zhǎng)、酯酶活性和脫氮除磷效率，而高濃度的Cd2+（>0.5 mg/L）則會(huì)產(chǎn)生抑制效應(yīng)。Cd2+濃度為1.0 mg/L時(shí)，6天實(shí)驗(yàn)周期中小球藻的平均生長(zhǎng)速率是3.29×105 cells/(

3、mL*d)，為無(wú)Cd2+對(duì)照組的59.4％。在1.0mg/L Cd2+脅迫下，小球藻對(duì)氨氮（NH4+-N）和正磷酸鹽（PO43--P）去除率仍然能保持在對(duì)照組（分別為68.0％和50.5％）的62.6％和64.9％，單個(gè)藻細(xì)胞對(duì)NH4+-N和PO43--P的去除量也能保持在對(duì)照組的69.3％和62.5％。酯酶活性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，EPS對(duì)Cd2+脅迫小球藻脫氮除磷中具有緩解毒性作用。
　?。?）在1.0 mg/L Cd2+脅迫下，溶

4、解態(tài)EPS（S-EPS）中總氮（TN）和總磷（TP）的含量分別減少至6.15 mg/L和1.44 mg/L，相比于對(duì)照組增加了56.8％和30.7％；結(jié)合態(tài)EPS（B-EPS）中TN和TP的平均含量分別為0.27 mg/L和0.18 mg/L，比對(duì)照組高26.8％和27.5％；處理組中單個(gè)藻細(xì)胞內(nèi)TN和TP的含量增加至1.39×10-6 mg/L和0.20×10-6 mg/L，為對(duì)照組的82.5％和79.9％。Cd2+在EPS及細(xì)胞內(nèi)的

5、分布表明，EPS（尤其是B-EPS）可作為細(xì)胞的防護(hù)欄障阻止Cd2+進(jìn)入細(xì)胞。在1.0 mg/L Cd2+脅迫下，55.4％的Cd2+分布在B-EPS中，僅有19.5％分布在S-EPS中。此外，Cd2+脅迫減慢了EPS中氮、磷的擴(kuò)散速率以及藻細(xì)胞對(duì)氮、磷的吸收速率，但NH4+-N和PO43--P擴(kuò)散的平均速率仍然分別保持為對(duì)照組的65.8％和64.1％；藻細(xì)胞對(duì)NH4+-N和PO43--P的吸收速率也能保持在對(duì)照組的62.0％和56.2

6、％。
　　（3）1.0 mg/L Cd2+脅迫加速了EPS的產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)周期中第6天時(shí)S-EPS含量達(dá)到15.56×10-7μg/cell，平均B-EPS含量為4.38×10-7μg/cell，比對(duì)照組分別增多了20.0％，30.4％。同時(shí)，S-EPS中多糖和蛋白質(zhì)分別達(dá)到9.74×10-7和7.53×10-7μg/cell，比對(duì)照組增多了17.5％和19.3％； B-EPS中多糖和蛋白質(zhì)平均含量分別為5.45×10-7和3.17×

7、10-7μg/cell，較對(duì)照組增加20.3％和33.2％。三維熒光光譜（3D-EEM）表明，S-EPS中含有類色氨酸和類腐殖酸，B-EPS含有類酪氨酸和類色氨酸。Cd2+脅迫下EPS中各組分含量相比于對(duì)照組都有所增加，且S-EPS中的類色氨酸和B-EPS中的類酪氨酸峰位置發(fā)生了紅移現(xiàn)象。傅里葉紅外轉(zhuǎn)換光譜（FTIR）結(jié)果表明，與Cd2+相互結(jié)合的主要官能團(tuán)是S-EPS和B-EPS中的-OH或-NH(3446-3460 cm-1)、蛋白

8、質(zhì)中的C=O(-1642 cm-1)，以及S-EPS中多糖上的C-O-C或C-O(-1081 cm-1)，且出現(xiàn)了新的官能團(tuán)，如屬于蛋白質(zhì)的-NH（1558，1540 cm-1）和 C=O（1384 cm-1），說(shuō)明EPS中的蛋白質(zhì)和多糖是與Cd2+作用的主要成分。在1.0 mg/L Cd2+脅迫下，EPS的產(chǎn)生總量與小球藻脫氮除磷效率之間呈現(xiàn)出良好的正相關(guān)性，其R2值分別為0.9905(NH4+-N）和0.9414（PO43--P）。