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项目年度编号
2000100042
中图分类号
X703
成果公布年份
2019
成果简介
我国生态文明建设对水污染防治提出了更高要求，2015年颁布的《水污染防治行动计划》规定新建城镇污水处理设施全部要执行一级A排放标准(GB18918-2002)，急需强化传统脱氮除磷工艺或研发新型处理工艺以提高脱氮除磷效率。藻类作为水环境中的光合自养生物，具有吸收氮磷的天然性能，优势藻种可高效率、低成本去除氮磷物质，脱氮除磷后的藻体还可作为油脂提取原料资源化利用，因而基于藻类的污水处理技术及其资源化利用已得到广泛关注。该项目自2009年以来，围绕将藻类生物技术用于实际城镇污水处理这一目标，对优势藻种脱氮除磷体系构建及其环境胁迫的应答机理进行了深入研究，项目主要研究内容和成果包括以下三个方面：
(1)筛选了脱氮除磷优势藻种并构建藻菌共生体系用于实际污水处理。筛选了脱氮除磷效果好、环境适应性强的两种优势藻种小球藻(Chlorella vulgaris)和短带销藻(Oedogonium brevicingulatum)，构建并优化了藻菌共生体系，其中短带鞘藻-活性污泥体系在自行设计的藻菌生物膜反应器中处理实际城镇污水可达到一级A排放标准；发现藻细胞对氮磷的吸收主要转化为细胞内的有机成分，谷氨酰胺合成酶和ATP合酶是调控藻细胞对氮磷吸收的关键酶。
(2)探讨了优势藻种对单一环境因子胁迫的应答响应与机理。以小球藻为优势藻种代表，从生理生化水平、细胞水平和蛋白水平上，深入探讨了单一环境因子胁迫对藻细胞生长与脱氮除磷的影响机理。通过构建定量结构-活性关系发现，季铵盐阳离子表面活性剂(QACs)的分子体积越大，log(1/EC<sub>50</sub>)值越大；烷基链长度CL、极化率张量αzz、分子中氢原子所带最大正电荷qH<sup>+</sup>和熵S<sup>o</sup>是影响QACs毒性的主要因素；QACs可破坏细胞膜的完整性，降低细胞光合活性以及关键酶活性，导致藻细胞的放氧活性、叶绿素荧光参数、PSⅡ体系和反应中心活性下降，同时诱导小球藻叶绿体形态、类囊体膜结构及PSⅡ放氧复合体结构损伤，从而降低小球藻的光合能力，最终导致小球藻对氮磷去除能力下降；而胞外聚合物通过吸附、络合作用可缓解污染物对藻细胞脱氮除磷的抑制作用。
(3)分析了优势藻种对复合环境因子胁迫的应答响应与机理。发现纳米ZnO/CTAC(十六烷基三甲基氯化铵)复合污染体系对藻细胞具有拮抗毒性效应，CTAC抑制纳米ZnO溶出Zn<sup>2+</sup>以及减少Zn元素在胞内的富集是复合污染体系的联合毒性效应表现为拮抗作用的主要原因；而PAHs(多环芳烃）/CTAC复合污染体系对藻细胞具有协同毒性效应，CTAC改变了荧蒽等在PAHs小球藻亚细胞的动态分布，致使更多CTAC进入细胞内是复合污染体系的联合毒性效应表现为协同毒性作用的主要原因。
项目负责人葛飞教授在主持完成国家自然科学基金面上项目、教育部“新世纪优秀人才支持计划”项目等5项课题的基础上，与国内十大水处理企业之一的中环保水务投资有限公司下属中环湘潭污水有限公司开展了实质性合作。研究成果以第一作者和责任作者完成相关学术论文32篇(SCI论文22篇)，其中8篇代表作发表在Bioresource Technology,Aquatic Tocicology,Chemosphere、Ecotocicology Enviromental Safety等环境领域国际知名学术期刊(SCI总引155次，SCI他引130次)，已授权国家发明专利2项。指导学生获得湖南省优秀硕士论文、湘潭大学研究生校长奖等奖励。
完成单位
湘潭大学
完成人
葛飞 刘娜 李峰 梁志杰 许银 周琼芝
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