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不同臭氧濃度對BAC中微生物的影響

上述分析可知, 高濃度臭氧導致BAC過濾效果變差, BAC出水中SMPs類和蛋白質類大分子物質增加.為分析其原因, 本部分進一步針對BAC柱中微生物凋亡及其活性進行分析.

 

1.1 不同臭氧濃度對BAC中微生物凋亡的影響

對不同臭氧濃度下BAC上的微生物凋亡特征進行分析, 結果如圖1所示.根據兩種染色劑的熒光強度, 將圖內細胞劃分為第一象限(上右象限, UR)表示晚期凋亡及死亡細胞, 第二象限(上左象限, UL)表示碎片及損傷細胞, 第三象限(下左象限, LL)表示正常細胞, 第四象限(下右象限, LR)為早期凋亡細胞.在無臭氧的條件下, BAC上微生物的存活率為95.10%, 在0.5、2.0和4.0 mg·L-1的臭氧條件下, BAC上微生物的存活率分別降至76.00%、62.60%和49.90%, 這表明臭氧會滅活部分BAC上的微生物, 這可能會減弱BAC的過濾效果.但臭氧濃度為2.0 mg·L-1時, BAC的過濾效果反而提高, 這可能是微生物活性增加強化了生物過濾.

不同臭氧濃度條件下BAC中微生物凋亡情況

 

1.2 不同臭氧濃度對BAC中微生物活性的影響

        為驗證臭氧濃度對微生物活性的影響, 對BAC中微生物及出水中的ATP進行測定, 結果如圖2所示.臭氧濃度為2.0 mg·L-1時, BAC上的ATP相比無臭氧時提高62.52%, 這可能是臭氧將水中難降解的有機物氧化為易于生物降解的有機物, 同時臭氧通入后增加了水中溶解氧含量, 提高了微生物的活性, 為生物降解活動提供有利條件[31].結合圖 3中發現BAC出水中EEM總熒光強度減弱(31.72%), BAC對腐殖質分解產物和蛋白質及SMPs類有機物降解率增加(61.03%和47.34%), 這進一步證明適宜臭氧濃度可以提高微生物活性, 提升BAC的降解能力.
        但臭氧濃度為4.0 mg·L-1時, BAC上ATP濃度降低了17.99%, 且有占比56.16%的ATP屬于游離ATP；測定BAC出水中ATP, 在4.0 mg·L-1的臭氧條件下, BAC出水中ATP含量與2.0 mg·L-1相比增加了76.00%.一般游離ATP表示外來因素導致微生物釋放出的胞外ATP[33, 34], 過高的臭氧使BAC上微生物細胞受損甚至失活, 同時微生物在BAC載體上的附著能力減弱, 出水中的ATP濃度升高；同時在BAC出水的EEM表征中發現代表蛋白質(區域Ⅰ)和SMPs類(區域Ⅲ)熒光強度分別增加46.23%和63.72%, 這表明過高臭氧濃度不僅導致微生物活性降低, 同時微生物細胞受損甚至失活釋放出有機物, 導致BAC出水中蛋白質和SMPs物質增加.

不同臭氧濃度條件下BAC和BAC出水的ATP特征