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城市环境所在藻处理砷微污染水方面取得新进展

2019-10-10 城市环境研究所
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  砷(As)在天然水体中多以砷酸盐[As(V)]、亚砷酸盐[As(III)]等无机形态和一甲基砷(MMA)、二甲基砷(DMA)等有机形态存在,因其不同的生物毒性效应与环境健康风险而引起世界范围内的广泛关注。尽管已有的研究表明蓝绿藻等微生物在砷的生物转化与代谢中发挥重要作用,但是有关环境因素对藻类砷转化与代谢的影响、藻类修复砷污染水体后的处置方法等研究仍然十分缺乏和滞后,不利于藻类修复砷微污染水体的实际应用。

  为了理清有关环境因素对藻类砷转化与代谢的影响规律,近年来,中国科学院城市环境研究所城市水环境过程与生态风险研究组研究员颜昌宙、副研究员罗专溪与闽南师范大学教授王振红、美国麻省大学阿默斯特分校教授邢宝山、比利时根特大学教授Gijs Du Laing等开展合作研究,采用正交试验设计方法(Taguchi methods),选择五价无机砷、溶解性无机氮、溶解性无机磷和pH值作为主要影响因子,开展了一系列的室内模拟研究来确定影响铜绿微囊藻砷生物转化的最优化条件及其动力学特征,结果发现低磷高氮环境有利于砷在藻里累积与转化(总量提高且速率增加),相关研究成果分别发表在Water research (2017, 118: 167-176) 和Journal of Cleaner Production (2018, 199:112-120)上。鉴于磷对砷生物累积与转化的特殊性,研究人员进一步研究了溶解有机磷(DOP)对藻体中砷酸盐(As(V))生物积累和转化的影响规律,选取了三种不同的有机磷源(β甘油磷酸钠(βP)、三磷酸腺苷(ATP)和6葡萄糖磷酸钠(GP))与无机正磷酸盐(IP)进行比较,结果发现IP环境下铜绿微囊藻能高效识别As(V)和P,但在DOP环境则没有观察到这种识别能力。DOP环境特别是βP可显著提高藻体对砷的累积;而GP则明显促进了砷的还原(三价砷高)与甲基化(有机砷高)。GP环境下藻体两个砷还原与甲基化功能基因(arsC和arsM)的相对表达量较高,印证该GP磷环境下藻体砷还原和甲基化能力较高的事实(Environmental Pollution, 2019, 118: 167–176)。

  另外,为了找到藻类修复砷微污染水体后合适的处置方法,研究人员进一步研究负载砷的藻体在混凝沉淀原位与异位处理时水中砷释放与形态转化规律。结果发现,常见混凝药剂中聚合氯化铝对含砷藻体的沉淀去除效果最好。经聚合氯化铝沉淀去除的含砷藻体原位处理水中,总砷逐渐降低,但三价砷由于水环境处于还原状态而在3天后显著升高。而在沉淀含砷藻体异位处理的水体中,藻体砷释放不仅与胞内砷含量有关,还与藻细胞活跃或热处理的存活状态、放置时间密切相关。结果表明含砷藻体原位或者异位处置时,为了降低潜在风险,选择合适的处置时间尤为重要。相关成果发表在Journal of Hazardous Materials (2020, 384, 121249)。这些研究结果有助于科学认识砷在藻体中的生物代谢行为,在评价与砷污染水体藻类修复相关联的关键环境因素和实际应用方面具有十分重要的科学意义。以上研究得到国家自然科学基金项目、福建省科技引导性项目和福建省新世纪优秀人才支持计划等的资助。

  文章链接:1 2

溶解有机磷促进铜绿微囊藻砷累积与转化的作用机理图

负载砷藻体聚合氯化铝混凝沉淀后原位/异位水体中砷的释放与转化概图

打印 责任编辑:叶瑞优

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