地表水中聚乙烯微塑料污染对饮用水安全的潜在影响研究
文献类型:学位论文
作者 | 熊雪君 |
答辩日期 | 2021-12 |
文献子类 | 博士后 |
授予单位 | 中国科学院大学;中国科学院生态环境研究中心 |
授予地点 | 北京 |
导师 | 俞文正 |
关键词 | 微塑料,膜生物污染,消毒副产物生成势,微藻,饮用水 Membrane Biofouling The Formation Potential Of Disinfection By-products Microalgae Drinking Water microplastics |
学位名称 | 博士后 |
学位专业 | 环境科学 |
英文摘要 | 微塑料(Microplastics,MPs)在地表水、地下水和给水厂出水中的普遍存 在,引发对饮用水中微塑料污染问题的关注。虽然微塑料的潜在毒理学影响仍是 未知,但由于饮用水质量与人类健康密切相关,应当将其作为饮用水新兴污染物 纳入重点研究范围。 本研究分别以景观湖泊水和河流地表水为研究对象,从微塑料与微生物作用 的角度,采用化学表征和形貌表征手段,探索微塑料对超滤膜生物污染的影响机 制。同时,结合数据分析方法,分析超滤出水的多种消毒副产物的生成潜力 (formation potential of disinfection by-products,DBPs-FP)与其荧光组分和水质 指标(TN 和 NH4+ -N)之间的相关性,为评估超滤出水中的 DBPs-FP 提供了重 要的指示参数。此外,本研究继续探索了不同微塑料暴露浓度对铜绿微囊藻 (Microcystis aeruginosa)和小球藻(Mychonastes sp.)生长抑制率、氧化应激机 制和细胞形态的影响,以及相应胞外有机物(Algal extracellular organic matter, AEOM)成分特性以及 DBPs-FP 的变化。主要研究结论如下: (1) 微塑料能够刺激与胞外有机物(Extracellular polymer substance,EPS)产 生相关的 Xanthobacteraceae、Sphingomonadaceae、Leptolyngbyaceae 和与微塑料 生物降解相关的 Alphaproteobacteria、Flavobacterium 和 Pseudomonas 的活性, 促进微生物胞外聚合物中蛋白质和多糖的分泌,XPS、FT-IR 和接触角结果进一 步证实,被刺激产生的多糖和蛋白质会在膜表面积累,造成严重的膜污染。 (2) 微塑料的存在引起微生物群落变化,促进了 EPS 的分泌和固氮作用,因 此导致部分三卤甲烷(Trihalomethane,THMs)和含氮消毒副产物(Nitrogenous disinfection by-products,N-DBPs)的生成潜力显著增强。同时,微塑料的存在 显著增强出水中酪氨酸类成分的荧光强度,其结构含有生成消毒副产物的重要结 构酚羟基,结合主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)认为出水中 酪氨酸类成分的荧光强度可以作为预测 DBPs-FP 的一项重要指标。此外,由于 常规水质参数 NH4+ -N 与三氯乙腈(trichloroacetonitrile,TCAN)和 N-DBPs 的 生成潜力正相关, NH4+ -N 浓度可以作为评估 N-DBPs 生成潜力的重要指标。 (3) 不同藻细胞对微塑料暴露表现出不同的生长状态。与 Mychonastes sp.藻细胞相比,微塑料对 Microcystis aeruginosa 藻细胞的生长抑制率更高,氧化应激 反应更显著,细胞损伤更严重。微塑料暴露对 Microcystis aeruginosa 藻细胞的损 伤,不仅增加了 Microcystis aeruginosa 藻细胞 AEOM 的消毒副产物生成势,还 显著增加了 AEOM 中微囊藻毒素(Microcystins,MCs)的含量。 (4) 借助 PCA 可以直观发现,Mychonastes sp.和 Microcystis aeruginosa 藻细 胞 AEOM 成分结构有明显差异。另外,由于微塑料暴露引起的藻细胞氧化应激 会改变 AEOM 成分特性。随着微塑料暴露浓度的增加,AEOM 逐渐转变为芳环 上含氧官能团取代率更高、分子量更高的腐殖质类有机物。微塑料暴露对 AEOM 成分特性的影响最终引发消毒副产物 THMs 以及具有更高的细胞毒性和遗传毒 性的 N-DBPs 和三氯乙醛(Trichloroacetaldehyde,CH)生成潜力的上升。 |
页码 | 101 |
源URL | [https://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/47107] |
专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
推荐引用方式 GB/T 7714 | 熊雪君. 地表水中聚乙烯微塑料污染对饮用水安全的潜在影响研究[D]. 北京. 中国科学院大学;中国科学院生态环境研究中心. 2021. |
入库方式: OAI收割
来源:生态环境研究中心
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