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水源水庫溫躍層溶解氧最小值條件下,天冬氨酸的轉化規律與機制如何變化?近年來,水源藻華明顯,這些水源水通常具有較高的溶解性

作者:悠米遊戲解說

水源水庫溫躍層溶解氧最小值條件下,天冬氨酸的轉化規律與機制如何變化?

近年來,水源藻華明顯,這些水源水通常具有較高的溶解性有機氮(DON)水準,其中AAs是DON化合物的重要組成部分。

天冬氨酸(Asp)作為天然水中主要的AAs之一,廣泛存在于湖泊、水庫和河流中,在長江和漢江中占總AAs的40.00%~60.00%,這與Asp主要存在于大型水生植物,和維管植物組織中(占15%左右)有關。

研究選取了水體中常見的、含量較高的、典型含氮消毒副産物前體物質Asp作為研究對象,通過改變MOM的DO濃度和壓力,探究不同MOM條件下Asp樣品的水化學特性及其DBPFPs變化規律。

材料與方法

研究使用7個容積為5.00L的自制密封不鏽鋼容器,先在不鏽鋼容器的A口、B口均打開的狀态下,通過B口向容器連續注入氮氣,進行曝氣将DO排出到所需設定濃度,模拟水體中不同DO濃度。

設定完成DO濃度後,關閉B口和減壓閥,通過A口向密封不鏽鋼容器注入氮氣調節設定不同的壓力,模拟不同水深。

設定初始DO濃度為0.50mg/L模拟水體DO最小值,通過向密封容器(A口)注入氮氣設定壓力,分别為0.30MPa和0.70MPa,即未注入氮氣狀态,以探究固定水體DO最小值條件下,不同壓力MOM的影響。

設定壓力為0.30MPa模拟水源水庫中MOM常發生的30m水深,通過向容器(B口)連續注入氮氣将DO排出到設定濃度,分别為7.00mg/L,5.00mg/L,3.00mg/L,0.50mg/L。

設定無菌水對照組DO濃度為0.50mg/L,壓力為0.30MPa,模拟水源水庫MOM條件,通過滅菌使容器達到無菌狀态。

室溫(25.00℃±2.00℃)下持續反應14天,分别于第0、1、3、5、7、10和14天取樣并對樣品進行分析,取第14天樣品進行微生物分析,研究的所有參數均重複3次(n=3)進行計算。

Asp水樣在不同DO(7.00mg/L、5.00mg/L、3.00mg/L、0.50mg/L)條件下反應過程中DOC和DON均呈下降趨勢。

反應前3天,DOC分别降低了84.53%、76.00%、70.27%、17.87%,DON分别降低了95.00%、85.50%、82.00%、25.00%,之後緩慢變化。

DO濃度越低,微生物對Asp水樣的轉化越慢,這是因為低DO濃度影響了微生物的代謝。

有趣的是,當DO為7.00mg/L時,DOC和DON在反應第3~14天呈略微升高的趨勢,這可能是由于較高的DO濃度促進了微生物的生長繁殖和新陳代謝,進而增加了樣品中有機物的濃度。

Asp水樣的DON主要在細菌的礦化作用下被轉化為NH4+-N,且DO濃度越低轉化越慢。

不同DO條件下,UV254均随着反應時間的增加呈略微升高趨勢,反應結束時分别為0.027cm-1、0.008cm-1、0.014cm-1、0.033cm-1。

這間接說明,Asp水樣在微生物降解過程中産生了微量的芳香性物質,且厭氧條件下表現出更強的芳香性。

結論

不同DO條件下,DO濃度越低,Asp水樣的轉化及T-DBPFPs的降低越慢,反應第3天,有氧條件下DOC和DON降低了70.27%~95.00%,T-DBPFPs降低了61.50%~98.88%。

厭氧條件下DOC、DON和T-DBPFPs僅降低了17.87%、25.00%和30.34%,且微生物代謝過程中,産生了更多的可溶性生物代謝物,這種物質的大量産生可能是導緻低DO濃度下水樣轉化效率降低的主要原因。

不同壓力條件下,反應第3天,有壓Asp水樣的DOC、DON和T-DBPFPs,最大降低程度比常壓條件小36.80%、36.50%和24.17%,0.70MPa和0.30MPa間的差異并不明顯。

有壓水樣的轉化較慢,可能與其C1類色氨酸熒光強度降低較慢,C2可溶性生物代謝物熒光強度較高有關。

RDA分析結果表明,不同MOM條件下,DO的濃度對Asp水樣的特性,及DBPFPs變化有較大影響,且DOC、DON和類色氨酸蛋白樣熒光,與DBPFPs相關性較強。

Asp水樣的降解過程中微生物發揮着主要作用,有氧條件下優勢門依次為變形菌門、拟杆菌門、放線菌門,厭氧條件下隻有變形菌門一種優勢菌門。

低DO濃度顯著抑制細菌群落多樣性,進而影響細菌代謝程度,大大降低了Asp水樣被細菌降解的速率,不利于DBPFPs的降低。

有壓條件與常壓相比較僅降低了部分新生菌群的相對豐度,厭氧有壓的MOM條件,不利于Asp水樣的轉化及後續DBPFPs的控制。

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