研究方向
科学问题
研究进展
2018-08-30
汇报大纲
研究方向: 水源地藻源型水质问题
- 围绕水源地藻类引起的水质问题
- 产嗅藻类
- 对水厂工艺有害的藻类
科学问题
- 为什么我国水源地中频繁出现嗅味问题？
- 嗅味物质鉴别（基础研究）
- 确定嗅味物质的产生来源（基础研究）
- 嗅味物质产生消亡机制（文章点）
- 为什么产嗅藻在我国饮用水源地中特异性生长？
- 生态位解析（文章点）
- 环境条件响应机制（文章点）
- 光响应机制
- 营养盐响应机制
- 水力条件响应机制
- 丝状蓝藻与其他水生生物的竞争机制
- 水源地嗅味问题管理及预防控制策略
- 嗅味物质、产嗅藻的快速识别及风险评估（基础方法）
- 水源嗅味问题预警模型构建（行业需求）
- 水源地嗅味物质预防、控制策略开发（行业需求）
- 水源水库建设工程设计与运行建议（指南？标准？）
研究进展
1.1 嗅味物质鉴别（基础研究）
土霉味类物质
- 2-甲基异莰醇（√）
- 密云水库
- 青草沙水库
- 金泽水库
- 珠海水库群
- 吴江东太湖湖滨水库
- 土臭素（√）
- 洋河水库
- 于桥水库（2017年）
鱼腥味类物质
- 还需要进一步研究确认（婷婷）
- 黄河冬季沿线城市
- 青草沙水库春季短期
化学味类物质（非藻源）
- 太湖流域
- 金泽水库
1.2 确定嗅味物质的产生来源（基础研究）
研究难点：2-MIB与geosmin相对比较清晰，鱼腥味类物质尚无定论，但针对具体水源产生来源尚存在许多困难
密云水库
- 2-MIB与浮颤藻（Planktothrix）
- 基于显微镜镜检与表观统计结果
青草沙水库
- 2-MIB与丝状藻（席藻、伪鱼腥藻）
- 基于水库方提供的历史数据与表观统计结果
1.2 确定嗅味物质的产生来源（基础研究）
金泽水库
- 外源输入型
- 2-MIB与伪鱼腥藻
- 基于显微镜镜检与表观统计结果
- 混合体系伪鱼腥藻实验室培养辅助结果
1.2 确定嗅味物质的产生来源（基础研究）
东太湖湖滨水库
- 2-MIB与伪鱼腥藻
- 基于显微镜镜检与表观统计结果
1.2 确定嗅味物质的产生来源（基础研究）
珠海水库群
- 尚未有价值结论
- 基于历史数据与最近几次监测结果，发现有颤藻
1.3 嗅味物质产生消亡机制（文章点）
在藻细胞尺度上：
- 致嗅物质的合成代谢通路
- 控制2-MIB、geosmin的功能基因
- geosmin (su2015mib)
- 2-MIB (引物已经设计，定量PCR方法已经构建)
- 消亡机制（实验室实验, 宗来文章li2012earthy）
- 嗅味物质降解（降解菌–>工艺）
- 嗅味物质挥发（挥发速率）
- 鱼腥味（婷婷）
- 土霉味（文献报告）
1.3 嗅味物质产生消亡机制（文章点）
在水源地尺度上：
- 产生来源：
- 内源增长型：密云、青草沙
- 外源输入型：金泽、东太湖？
- 消亡机制（调查+原位实验）
- 传输规律+挥发+降解
- 金泽水库：出水显著降低，嗅味物质源与汇
- 珠海水库群：多水库流路上的传输规律
2.1 生态位解析（文章点）
- 丝状藻的生态位解析
- 实验室培养模拟条件实验
- 宗来文章（li2012earthy）
- 丝状藻（小贾条件培养实验）
- 原位调查统计分析
- 密云水库浮颤藻（su2018gam）
- 实验室培养模拟条件实验
2.2 环境条件响应机制（文章点）
光响应机制
- 细胞形态决定论（su2014importance）
- 细胞投影面积决定获取光能能力
- 扁平率决定细胞能耗水平
- 丝状藻适应弱光条件生长（丝状藻光条件培养实验）
- 浮颤藻: 85 μmol photons m⁻² s⁻¹
- 伪鱼腥藻: 36 μmol photons m⁻² s⁻¹
- 不同波长光对丝状藻生长影响（光谱培养实验：30 μmol photons m⁻² s⁻¹）
- 红光、绿光生长较好
- 蓝光下没有生长
- 结论：
- 丝状藻能在红绿光下生长，红绿光理论上在深水处比例要高
- 蓝光下对丝状藻有抑制作用，所以不能在表层爆发
2.2 环境条件响应机制（文章点）
营养盐响应机制
- 已有大量文献报道，不作为研究重点
- 采用细胞形态学解释细胞营养盐吸收机制值得挖掘一下（su2014importance的延续）
水力条件响应机制
- 文献报道较多，但结果差异非常大
- 机理复杂，实验重现性差
- 两方面影响（实验室模拟实验）：
- 不同藻种对流速的响应（在常规水库水力环境中，影响不大）
- 水力停留时间导致水体的本地稀释效果相比而言更加可观
2.2 环境条件响应机制（文章点）
丝状蓝藻与其他水生生物的竞争机制
- 微囊藻对丝状藻生长影响
- 野外调查研究
- 密云水库（生态位文章）
- 吴江东太湖湖滨水库（库内无微囊藻发现伪鱼腥藻较多）
- 实验室模拟研究（陆金平）
- 模拟装置设计
- 模拟水库环境
- 光照
- 温度（分层）
- 营养盐
- 模拟装置设计
- 野外调查研究
补充装置示意图
3.1 嗅味物质、产嗅藻的快速识别及风险评估（基础方法）
快速识别（传统方法）
- 藻类：显微镜
- 开发了藻类计数软件：CCTv1.4
- 编排淡水藻类图谱数据库：正在积累
- 致嗅物质：仪器分析、FPA等（成熟）
3.1 嗅味物质、产嗅藻的快速识别及风险评估（基础方法）
快速识别（分生方法）
- 致嗅物质
- geosmin：qPCR方法（su2013establishment）
- 2-MIB：qPCR方法（已开发，未发表）
- 2-MIB野外快速检测方法
- 藻类动态
- 蓝藻（16S rRNA v3-4）：注释结果不佳，被细菌掩盖
- 真核藻类（23S）
- 产2-MIB藻：基于MIB功能基因进行MiSeq测序获取（徐晓庆）
- 引物：MIBF/MIBR （350 bp）
3.1 嗅味物质、产嗅藻的快速识别及风险评估（基础方法）
产嗅藻的风险评估
- 纯藻尺度：实验室条件实验
- 水源水体尺度：GAM模型-基于生态位结合GAM模型预测
致嗅物质的风险评估
- 纯藻尺度：实验室条件实验
水源水体尺度：分为回归模型
分位回归模型构建产嗅藻细胞与致嗅物质关系
3.2 水源嗅味问题预警模型构建（行业需求）
3.3 水源地产嗅藻及嗅味物质预防、控制策略开发（行业需求）
产嗅藻的预防
- 控光
- 水位（密云水库）
- 消光系数/浊度（青草沙水库）
- 黑球
3.3 水源地产嗅藻及嗅味物质预防、控制策略开发（行业需求）
产嗅藻的预防
- 控营养盐
- 面源管控（长期）
- 提升水位，增加传输距离
- 沉积物锁磷
- 调节水力条件
- 降低停留时间，稀释作用（青草沙水库）
- 清除死水区
- 生物抑制
- 浮游藻
- 水生生物（鱼、水草）
- 生物浮床
产嗅藻的控制
- 物理除藻
- 微囊藻拦截（金泽，吴江东太湖湖滨水库）
- 打捞（太湖）
- 化学除藻
- 硫酸铜
- 双氧水制剂（Mike, Peter）
3.3 水源地产嗅藻及嗅味物质预防、控制策略开发（行业需求）
嗅味物质的控制
- 水源控制产嗅藻
- 水源投加活性炭
- 后续水厂处理
3.4 水源水库建设工程设计及运行管理建议（指南？标准？）
优化设计水库
- 库容
- 地形（避免浅水区）
- 进水、出水位置（避免死水区）
- 停留时间（稀释效率高于藻类增殖速率）
- 取水口深度（根据不同季节调节取水口深度，避开有害水体）
运行管理建议
- 进出水流量方案
- 调节流量，控制水深（密云水库）
- 调节流量，控制浊度分布（青草沙水库）
- 调节流量，控制停留时间（金泽、吴江东太湖湖滨水库）
- 高风险季节水位优化
- 丝状产嗅藻高发季节提升水位