藻源性有机质地球化学特征及其对亚硝胺消毒副产物生成贡献与机理研究

The algae derived organic matter (AOM)is an important part of natural organic matter in lake, which not only plays an important role in the ecosystem, but also closely related with the water quality and drinking water safety . The widespread eutrophication of lakes is still rampant in China, resulting frequent outbreaks of algal blooms. However, the study on algae derived organic matter is in the relatively low level. Based on the laboratory simulation experiments, this project will carry out an in-depth research on the chemical structure characteristics, metabolic succession laws of algae-derived organic matter, and its contribution and mechanism for nitrosamine nitrogen-containing disinfection byproducts (DBPs) formation. The purposes are to reveal the chemical composition and structural characteristics of organic matter derived from typical algaes in eutrophic lake in China, discuss the response mechanism of the water chemical characteristics and nutritional conditions with metabolic succession law, screen the disinfection byproducts precursors of nitrosamine from algae-derived organic matters, and describe the reaction mechanism of nitrosamine disinfection byproducts generated from algal- derived organic matter. The results will help to learn more about chemical composition and structure of natural organic matters, and provide an important scientific basis for in-depth study of the role of natural organic matter in lakes during various physical, chemical and biological processes. In addition, the results will also help to choose the efficient, economical and safe drinking water treatment technology to protect drinking water quality and human health. Accordingly, this project has both important theoretical and practical significance.

藻源性有机质是湖泊天然有机质的重要组成部分，不仅在生态系统中发挥着重要作用，更与水环境质量和饮用水安全密切相关。本项目针对我国湖泊普遍存在富营养化问题，导致藻类大量繁殖，但藻源性有机质研究程度相对较低的现状，采用室内模拟实验的研究方法，围绕典型藻类藻源性有机质的化学组成、结构特征、代谢演替规律及其对亚硝胺消毒副产物的生成贡献和机理等科学问题开展深入研究。在揭示典型藻类藻源性有机质的化学组成与结构特征基础上，构建水化学特征与营养条件对其代谢演替规律的响应机制，甄别藻源性有机质中亚硝胺消毒副产物前驱体，阐述藻源性有机质生成亚硝胺消毒副产物的反应机理。研究成果不仅有助于丰富人们对湖泊天然有机质化学组分和结构的认知，为深入研究天然有机质在湖泊各种物理、化学和生物过程中的作用提供重要科学依据，更有助于有针对性地选择高效、经济、安全的水处理技术，保障用水安全和人体健康，具有重要的理论和现实意义。

藻源性有机质（AOM）是湖泊天然有机质的重要组成部分，不仅在生态系统中发挥着重要作用，更与水环境质量和饮用水安全密切相关。本项目针对我国湖泊普遍存在富营养化问题，导致藻类大量繁殖，但AOM研究程度相对较低的现状，采用室内模拟实验的研究方法，围绕典型AOM有机质的化学组成、结构特性、代谢演替规律及其对消毒副产物的生成贡献等科学问题开展深入基础研究。项目研究(1)识别了典型蓝藻、绿藻和硅藻产生AOM的主要化学组成与结构特征，采用TOC、蛋白质、碳水化合物和氨基酸等指标识别了AOM的化学组成，采用荧光光谱和紫外光谱研究了典型AOM组分的荧光特性和紫外吸收特点，研究了典型AOM组分中脂肪胺与氨基酸单体，分析了典型AOM的化学结构，采用分子量切割的方法，研究了不同特征分子量AOM的化学组成与结构特征；(2)在实验室实现了典型蓝藻、绿藻和硅藻的培养，完成了典型藻类对AOM的代谢/产生规律研究，发现绿藻和硅藻的代谢产物也是富营养化湖泊中NOM的重要组成部分之一；(3)在实验室模拟研究了营养盐对典型蓝藻、绿藻和硅藻产生AOM的影响规律，发现营养盐类型对不同藻类产生AOM的影响规律受藻种的影响显著不同，同时营养盐类型对藻类AOM的化学特征和结构组成也具有不同的影响规律；(4)识别了典型AOM在氯化/氯胺化消毒过程中的消毒副产物(DBPs)，三卤甲烷依然是生成量相对较高的DBPs；同时在前人认为铜绿微囊藻是DBPs的主要前躯体的基础上，研究发现四尾珊藻和谷皮菱形藻衍生的卤代乙酰胺生成量显著高于铜绿微囊藻；此外，依据AOM产生源和主要化学特性，有针对的性选取消毒剂种类、优化消毒剂反应时间，实现对DBPs的优化控制。本项目研究成果有助于丰富人们对湖泊天然有机质化学组分和结构的认知，为深入研究天然有机质在湖泊各种物理、化学和生物过程中的作用提供重要科学依据，更有助于有针对性地选择高效、经济、安全的水处理技术，保障用水安全和人体健康，具有重要的理论和现实意义。