【科研速递】生科院范佳佳揭示新型UV/KMnO4高级氧化技术高效调控藻华原水的微观机制

来源：杭州师范大学时间：2024-01-27 18:10:18

近日，生命与环境科学学院范佳佳副教授使用新型紫外高锰酸钾联用高级氧化技术（UV/KMnO₄），实现了蓝藻高效灭活、去除和藻毒素降解多重功能，并探究了去除藻细胞的相关机理，为UV/KMnO₄联用这一新型技术应用于水厂应急净化藻华原水提供新的思路。相关研究成果以题为《Multiple roles of UV/KMnO₄ in cyanobacteria containing water treatment: Cell inactivation & removal, and microcystin degradation》发表于Journal of Hazardous Materials（2023，IF=13.6）上。

蓝藻水华在全球范围内的爆发频率和强度长期居高不下，不仅严重危害水生生态系统，还给饮用水净化带来潜在风险。蓝藻细胞通常活动性高、表面带负电和形态多变，混凝、沉淀和过滤等传统水处理工艺的蓝藻去除率和灭活效率均较低，需要配合预氧化技术提高除藻效率。但过度的氧化会导致藻细胞有机物和有害物质释放（如微囊藻毒素），并增加消毒副产物的生成。因此，探寻一种能够同时灭活、去除藻细胞并降解藻毒素的技术对饮用水处理具有重要意义。UV/KMnO₄因其能产生高反应活性的羟基自由基和锰组分，被公认为是颇具潜力的新型水处理技术。

UV/KMnO₄灭活、去除微囊藻以及降解微囊藻毒素示意图

本项研究首次系统探究了UV/KMnO₄对微囊藻水华原水的处理效率及机制。研究发现，在复杂培养基和原水背景下，UV/KMnO₄均可完全灭活微囊藻。相较于单独UV辐照或单独KMnO₄氧化，UV/KMnO₄表现出显著的协同效应，微囊藻细胞结构被严重破坏，出现皱缩、质壁分离甚至是部分瓦解的现象；并且可在1小时内实现对胞内、胞外微囊藻毒素的完全去除，消除了细胞内的藻毒素后续在淤泥中再次释放的危害。

UV/KMnO₄处理后细胞结构和藻毒素的变化

藻细胞表面形态以及藻细胞去除效率

进一步研究揭示，经UV/KMnO₄处理后的微囊藻细胞可在无混凝剂添加条件下，通过后续自沉降而被高效率去除。处理过程中快速产生的新生态MnO₂和原水的Ca²⁺离子对藻细胞去除均有促进作用。Ca²⁺离子可在负电性的MnO₂和藻细胞之间起着桥接作用，进而诱发絮体形成，藻细胞因表面吸附MnO₂而比重增加，促进其从水相去除。因此，UV/KMnO₄可作为一种保障饮用水安全的高效处理技术。