不同臭氧浓度对BAC中微生物的影响

上述分析可知, 高浓度臭氧导致BAC过滤效果变差, BAC出水中SMPs类和蛋白质类大分子物质增加.为分析其原因, 本部分进一步针对BAC柱中微生物凋亡及其活性进行分析.

 

1.1 不同臭氧浓度对BAC中微生物凋亡的影响

对不同臭氧浓度下BAC上的微生物凋亡特征进行分析, 结果如图1所示.根据两种染色剂的荧光强度, 将图内细胞划分为第一象限(上右象限, UR)表示晚期凋亡及死亡细胞, 第二象限(上左象限, UL)表示碎片及损伤细胞, 第三象限(下左象限, LL)表示正常细胞, 第四象限(下右象限, LR)为早期凋亡细胞.在无臭氧的条件下, BAC上微生物的存活率为95.10%, 在0.5、2.0和4.0 mg·L-1的臭氧条件下, BAC上微生物的存活率分别降至76.00%、62.60%和49.90%, 这表明臭氧会灭活部分BAC上的微生物, 这可能会减弱BAC的过滤效果.但臭氧浓度为2.0 mg·L-1时, BAC的过滤效果反而提高, 这可能是微生物活性增加强化了生物过滤.

不同臭氧浓度条件下BAC中微生物凋亡情况

 

1.2 不同臭氧浓度对BAC中微生物活性的影响

        为验证臭氧浓度对微生物活性的影响, 对BAC中微生物及出水中的ATP进行测定, 结果如图2所示.臭氧浓度为2.0 mg·L-1时, BAC上的ATP相比无臭氧时提高62.52%, 这可能是臭氧将水中难降解的有机物氧化为易于生物降解的有机物, 同时臭氧通入后增加了水中溶解氧含量, 提高了微生物的活性, 为生物降解活动提供有利条件[31].结合图 3中发现BAC出水中EEM总荧光强度减弱(31.72%), BAC对腐殖质分解产物和蛋白质及SMPs类有机物降解率增加(61.03%和47.34%), 这进一步证明适宜臭氧浓度可以提高微生物活性, 提升BAC的降解能力.
        但臭氧浓度为4.0 mg·L-1时, BAC上ATP浓度降低了17.99%, 且有占比56.16%的ATP属于游离ATP；测定BAC出水中ATP, 在4.0 mg·L-1的臭氧条件下, BAC出水中ATP含量与2.0 mg·L-1相比增加了76.00%.一般游离ATP表示外来因素导致微生物释放出的胞外ATP[33, 34], 过高的臭氧使BAC上微生物细胞受损甚至失活, 同时微生物在BAC载体上的附着能力减弱, 出水中的ATP浓度升高；同时在BAC出水的EEM表征中发现代表蛋白质(区域Ⅰ)和SMPs类(区域Ⅲ)荧光强度分别增加46.23%和63.72%, 这表明过高臭氧浓度不仅导致微生物活性降低, 同时微生物细胞受损甚至失活释放出有机物, 导致BAC出水中蛋白质和SMPs物质增加.

不同臭氧浓度条件下BAC和BAC出水的ATP特征