淺析城市供水藻類降解產(chǎn)生硫醚類物質(zhì)的原理和監(jiān)測預(yù)警手段
藻類厭氧降解產(chǎn)生硫醚類物質(zhì)是一個涉及微生物活動和復(fù)雜生物化學(xué)過程的現(xiàn)象,其核心原理在于微生物驅(qū)動的硫循環(huán),特別是硫酸鹽還原菌(Sulfate-Reducing Bacteria, SRB) 在缺氧環(huán)境下對藻類有機(jī)質(zhì)(尤其是含硫有機(jī)物)的分解作用。
一、產(chǎn)生原理:
藻類大量繁殖(如藻華)后死亡,其生物質(zhì)沉降到水體底部或沉積物中。
1、厭氧環(huán)境形成:
沉積物表層或底層水體因有機(jī)質(zhì)大量堆積和耗氧微生物的活動而迅速耗盡氧氣,形成厭氧環(huán)境。
2、有機(jī)質(zhì)分解與含硫前體釋放:
1)半胱氨酸:可通過脫硫酶作用產(chǎn)生硫化氫(H?S)。
2)甲硫氨酸: 在厭氧條件下,主要通過甲硫氨酸降解途徑(涉及裂解酶等)產(chǎn)生關(guān)鍵的前體物質(zhì)甲硫醇(CH?SH)。
3)藻類有機(jī)物質(zhì):在厭氧條件下,各種厭氧微生物(包括發(fā)酵菌)開始分解藻類有機(jī)質(zhì)(蛋白質(zhì)、多糖、脂類等)。
4)硫氨基酸:藻類蛋白質(zhì)中含有含硫氨基酸,主要是甲硫氨酸(蛋氨酸) 和半胱氨酸。這些含硫氨基酸在微生物(尤其是專性厭氧菌)的酶促作用下發(fā)生分解:
3、硫醚類物質(zhì)的合成:
1)H?S + CH?SH → CH?SCH? (二甲基硫醚, DMS) + H?S (需要甲基供體,如甲基鈷胺素)
2)CH?SH + CH?SH → CH?SCH? (二甲基硫醚, DMS) + H?S
3)其他反應(yīng): 還可能生成二甲基(CH?SSCH?, DMDS)、甲基乙基硫醚(CH?SCH?CH?) 等。
4)產(chǎn)生的硫化氫(H?S) 和 甲硫醇(CH?SH) 是形成硫醚類物質(zhì)的關(guān)鍵前體。
5)SRB或其他厭氧微生物的作用下,這些前體之間或與其它小分子有機(jī)物發(fā)生甲基化反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng):
6)這些反應(yīng)通常由微生物體內(nèi)的酶(如甲基轉(zhuǎn)移酶)催化,或是在特定化學(xué)條件下發(fā)生。
4、其他合成途徑:
藻類體內(nèi)本身就含有一些硫代謝中間產(chǎn)物(如二甲基磺基丙酸酯 DMSP),在藻類死亡和微生物作用下,DMSP也可被分解生成丙烯酸和 二甲基硫醚(DMS),尤其是在厭氧條件下相關(guān)的微生物活動會加劇這一過程。
二、藻類厭氧降解的監(jiān)測預(yù)警措施
由于藻類的厭氧降解可能產(chǎn)生在供水產(chǎn)生的硫醚類物質(zhì)具有生物毒性,需要建立從水源地→水廠→供水管網(wǎng)的全流程監(jiān)測預(yù)警措施。
具體措施包括
1、水源地藻類在線監(jiān)測
水源地是供水的源頭,藻類基本都來自水源地,因此水源地監(jiān)測是重中之重。應(yīng)從藻類生物量和厭氧環(huán)境兩個方面進(jìn)行在線監(jiān)測。
選擇的指標(biāo)包括 1)溶解氧 2)氧化還原電位 3)葉綠素a 4)藍(lán)綠藻密度。
以上傳感器可搭載在水質(zhì)監(jiān)測浮標(biāo)上進(jìn)行24小時全天候監(jiān)測
2、水廠工藝過程在線監(jiān)測
水廠工藝過程應(yīng)在出水口進(jìn)行在線監(jiān)測,通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋動態(tài)調(diào)節(jié)進(jìn)水工藝,通過調(diào)節(jié)臭氧投加量和活性炭更換頻率來破壞硫醚分子結(jié)構(gòu)
擇的指標(biāo)包括 1)UV254 2)硫化物
3、管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測
在供水管網(wǎng)的二次供水、加壓泵房、小區(qū)水箱等地開展水質(zhì)在線監(jiān)測,提供末梢預(yù)警。
具體的選擇參數(shù)包括 1)pH 2)電導(dǎo)率 3)ORP 4)余氯 5)濁度
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