藻类及其代谢物在水处理中的研究新方向

藻类及其代谢物在水处理中的研究新方向

李刚罗美莲

湖南高速铁路职业技术学院湖南衡阳421002

摘要：我国水资源短缺和水体的富营养化问题日益严重，已经成为一个广泛关注的问题，由此带来的藻类特别是蓝藻爆发事件给人们的健康和和社会的发展带来了极大的危害。其中，藻细胞及其代谢物给饮用水处理和水质安全带来了严峻的挑战。

关键词：藻类；代谢物；水处理

水体富营养化危害极大，它使水体变得有异味，水中溶解氧降低，释放有毒物质进入水体，损害人体健康和水体功能。在富营养化水体中，大量藻类形成浮渣，使水体浑浊，透明度降低，水体的感官特性大大降低。藻类的过度繁殖，特别是藻类死亡后被微生物的分解，会发出强烈的臭味。

水源水发生富营养化会加大给水处理的难度，制水成本增加，供水水质难以保证。当水体处于富营养化状态时，水的正常生态平衡会受到干扰，引起水生生物数量的波动，大大降低水生生物的稳定性和多样性。为了保护水资源，一方面必须对富营养化水体进行修复，恢复水体功能；另一方面要控制非点源污染，加强污水处理，减少养分排放总量；我们还应加强水处理过程，有效地去除藻类和其他物质，以确保饮用水卫生安全。

以往研究对藻类的测试指标主要有藻的类型、数量、叶绿素及藻毒素浓度等。藻细胞的检测一般先过膜或者加药沉降浓缩藻细胞，然后通过肉眼镜检藻的类型和数量，对藻细胞形态等细节无法有效观察，本底颗粒物（如泥沙等）对测试有一定影响。此外，普通液相色谱法检测限高，需要萃取浓缩，且预处理步骤复杂，技术要求高，否则误差较大。针对传统藻类测试指标少、预处理复杂、误差大等缺点，近几年，几种新型测试方法开始应用在藻类及代谢有机物AOM的研究上，主要包括：

1）流式细胞仪：它可以高速地分析成千上万的细胞，并可以同时测量多个参数从一个细胞。它具有速度快，精度高，精度好的优点。是现代最先进的细胞定量分析技术之一。近年来才开始逐渐应用于环境领域。通常与荧光染色技术联合使用，通过不同的染色方法和荧光接收器可以测试判断藻细胞的数量、大小以及细胞的生命状态等。操作较为简单，且样品测试时间只需几分钟。目前，国内外都有应用流式细胞仪检测铜绿微囊藻细胞的细胞完整性的研究。

2）调制叶绿素荧光分析仪：可以用于测量藻类的对光的吸收效能从而反映其活度，还能自动分析各种藻类的叶绿素含量从而计算出各类藻所占的比例，大大提高了检测的准度和测定周期。

3）酶联免疫法（ELISA）：它是一种新型的免疫测定技术，采用特殊的试剂进行分析测定的试验方法。最近几年，我国自主研发的藻毒素酶联免疫试剂盒也得到了广泛使用，提高了复杂水体中低浓度藻毒素的检测准确度。此外，该方法对于水体现场测试提供了可能，提高了时效性和避免了长期运输和储存带来的水质变质的问题。

4）三维荧光光谱：可对液体样品中的有机物组份进行快速检测和鉴定，基于荧光光谱指纹（SFS）和图像识别技术，在不需要对样品做预处理的情况下直接检测，对样品的一系列参数提供定性和定量分析。而且由于其灵敏度高，不破坏样品结构等优点，近年来越来越多地用于环境水体中有机物的定性分析。在检测中不同的溶解性有机物荧光峰位置和强度主要可分为4个出峰区域，即生物代谢物（I）、类腐植酸（II）、芳香蛋白质类（III）和类富里酸（IV）。此外，通过荧光指数FI可以判断水体中有机物的来源，当FI值大于1.5时表明主要是内源有机物，即主要包括生物代谢物等。小于1.5时，表明以外源有机物为主，比如生活生产污水的排放等。因此，荧光指纹可用于区分不同水体的有机物组成上的差异，还可以用于示踪同一水体荧光指纹在时空上的变化，从而有效监控水质的变化及可能存在的原因，较常规DOC，BOD等有机物指标，三维荧光光谱法信息更丰富，更准确。

5）电子显微镜：近几年，它开始用来观察藻细胞的微观结构，比如细胞大小、形态等是否正常。与其他检测手段（流式细胞仪等）相结合，可以很好的描述和比较藻细胞在处理前后的形态变化。

由于检测方法的改进，相应的研究方法也得到了很大的丰富，主要包括以下几个方面：

1）建立藻类及其代谢物的多维参数表征体系：以往的研究一般只注重个别指标的改善而没有意识到了其他指标的恶化，比如除藻工艺，一般只用藻细胞的个数的减少来说明该工艺的优势，而不考虑藻细胞的破坏可能会带来胞内有机物的释放而增加后续处理负荷，如细胞内氨基酸，蛋白质等胞内代谢物IOM的释放会降低出水在管网中的生物稳定性。IOM的释放还可能会增加消毒副产物的风险，更值得注意的是，释放的藻毒素如未能在后续工艺得到有效去除，浓度过高时将直接导致出水不达标。随着各种新型检测方法的出现和逐步推广，新型藻类及其代谢物的研究方法也开始逐步形成，如藻细胞数量、藻细胞活性、藻毒素、嗅味、等的测定，为藻类的研究提供更准确和有意义的数据，为各种控藻工艺的研究提供更好的定量表征，从而在衡量去除效果的时候就有据可依。目前，关于藻类及其代谢物的多维表征的研究处于开始阶段，表征指标还不够全面。

2）量化共存AOM对目标污染物去除的影响：以往很多研究水处理工艺对用纯水配置的单一的目标污染物（如单一藻毒素或嗅味物质）的去除，往往没有考虑其他同时存在的AOM的干扰/促进作用，如IOM中藻蓝蛋白在紫外线去除藻毒素时有催化降解作用，而AOM对嗅味物质和藻毒素的吸附有很强的竞争作用。因此，用纯物质研究得到的结论往往只适合该研究本身，对实际水处理应用的参考作用甚微；为了使研究的实用性更广，试验水样应尽量以AOM为背景，并建立竞争模型，从而准确量化AOM对目标去除物的影响。如活性炭吸附时，建立竞争吸附模型，拟合得出各竞争物的吸附常数，从而准确量化比较各吸附质的吸附难易程度，还可用于计算不同水质条件下的藻毒素及共存AOM吸附容量。

3）揭示出藻类代谢物的类别与可能存在的水质危害之间的对应关系，如藻类胞外代谢物EOM和胞内代谢物IOM与嗅味的关系，与消毒副产物的关系等。

参考文献

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