饮用水处理过程中藻毒素去除的研究进展

梁晓曦 范功端

（福州大学 福建福州 350000）

引言

我国是世界上最缺水的13 个国家之一，地表水源受污染的现象十分严重，其中一个表现形式就是湖泊富营养化状况严重。传统的饮用水处理方法有很多，物理、化学、生物、膜过滤等，但这些方法都有局限性，比如难以彻底去除藻毒素，成本高等。因此，寻找一种合适的方法来处理饮用水中的藻毒素越来越迫切，而使用纳米材料有望根除这一问题。

1 饮用水中藻毒素的种类、含量、分布及毒理性

1.1 饮用水中藻毒素的种类

在藻毒素中，以肝毒素为例，它可以接着分成微囊藻毒素和节球藻毒素，其中微囊藻毒素是最具有代表性的，它种类很多，每一种又有很多同分异构体，目前水体中最普遍的，造成污染最严重的就是微囊藻毒素。

1.2 水源地的藻毒素分布状况及含量

富营养化问题普遍存在，就算是滇池、太湖、巢湖等著名水源也发现了藻毒素，甚至有些地方藻毒素的含量超出饮用水限值的三十多倍，而藻毒素也少量出现在鱼体内。联合国规定水源地的藻毒素含量不超过一微克每毫升，而我国目前水源地的藻毒素含量超标，因此处理迫在眉睫。

1.3 藻毒素的毒理性

蓝藻细胞在正常繁殖过程中可以自体产生藻毒素并存储在体内，在死亡后将毒素全部释放到水体中。肝细胞和肝巨细胞是微囊藻毒素的靶细胞，可被诱导至坏死，甚至可以推理得知该毒素是一种可怕的肿瘤促进剂。

1878 年，Francis 报道，澳大利亚南部动物和当地居民均出现死亡现象，死亡原因竟是饮用水中含有蓝藻［1］；此后在巴西发现有病人由于渗透液用水中含有藻毒素而死亡，这是最早被查出的藻毒素危害人体的事件。藻毒素对人体的危害更大，如果人体敏感部位接触含有毒素的水，急性肠胃炎可能会出现；而长期饮用这样的水导致的后果就是癌症的发病率会极大地增加，如果能够有效的利用藻毒素，对肿瘤有改善作用。

2 饮用水处理过程中藻毒素的去除方法

2.1 传统方法

目前水处理过程的常规处理方法对藻毒素的去除是很有限的。

根据相关研究可以发现，混凝沉淀法对去除水体中的藻毒素有不小的作用。使用该方法，有效结合物理降解法，对藻毒素的去除率可达30%。

2.2 物理去除

混凝沉淀法、活性炭吸附法，膜处理法，是广泛应用于藻毒素去除中的物理方法，这些方法有百分之八十的去除率，但是这种方法成本较高，对于大多数水厂来说是不适用的。

2.3 化学去除

常见的化学去除方法有光降解，光催化氧化和臭氧氧化等。

光降解方法利用微囊藻毒素在一定的强光照射下的降解与色素浓度成正相关的原理来进行，PiotrGajdek 等人用实验表明，将每升藻毒素浓度为250 毫克的溶液在紫外光强度为6uEcm-2s-1 的条件下进行降解，在一个小时后的降解率降低至25%。

一种更有效的化学去除方法是光降解法。IainLiu 等人实验研究得到结论，把起始浓度为1mg/L 的水溶液和1%TiO2放在光照下半个小时，藻毒素的降解率高达99%；而换为把1%TiO2和1%H2O2与溶液一同放在光照下，只需5 分钟，降解率便可高达99.6%。

研究表明，作为强氧化剂的臭氧能够更高效、更快速地去除藻毒素，将每升水体中的臭氧浓度控制在0.3 微克，那么对于其中的藻毒素的降解率可以达到99%。

2.4 生物方法

许多研究发现，能够通过自身特点高效降解藻毒素的微生物广泛生存在河流、水库以及污水沟甚至沉积物中，通过对藻毒素的活动结构的破坏，来达到降低藻毒素含量的目的。

3 纳米材料光催化剂降解藻毒素

3.1 纳米技术的来源与发展

纳米技术是现代科技飞速发展的产物，因研究对象的大小在0.1 到100 纳米之间而得名，它的基础是纳米科学。纳米技术是新科技发展的强大推动力，是新工业革命的主导者，纳米材料领域也已经成为全球最大、最有希望和最具竞争力的研究领域之一。目前纳米技术在人们的衣食住行等各个方面得到了广泛应用，对人们的生活和工作方式产生了巨大的积极作用。而在其他环境领域的广泛应用中，纳米材料体现了很好的光催化性能，所以近年来科学家们也在尝试把纳米技术用于去除藻毒素的研究中。

3.2 纳米技术在水处理方面的应用

由于纳米技术有良好的吸附性，纳米材料体现了超出人们预期的优良性能，所以近年来科学家们也在研究利用纳米技术去除藻毒素。

纳米技术可作为催化剂和吸附剂，这两种优良性赋予纳米材料去除水中污染物的能力，微纳米结构的金属氧化物，不仅来源丰富、无毒且成本较低，最重要的是对高毒离子有很好的吸附作用；此外，纳米材料可以同时作为催化剂和完成对有机污染物的降解，而且没有任何二次污染，这些都极大地吸引着科学工作者。

3.3 纳米材料的应用

纳米材料的种类多种多样，比如结构材料，催化、敏感、微晶稀土永磁材料等等。自从纳米材料出现以来，科学家们便对纳米材料在物理、结构、光电和化学性质等方面的优良特征产生了浓厚的兴趣。随着科学研究的深入，纳米材料有能力给化学、生物、材料、等学科的研究带来新的挑战与机遇，这一点也逐渐被人们意识到，因而催化、物理、涂料等领域也将一直活跃着科学工作者们的身影。近年来，化工生产领域也在积极探索与纳米技术的融合之路，这条道路也必将美丽无比。

3.4 纳米材料去除藻毒素的机理

TiO2纳米膜的膜表面为30nm 左右的颗粒状多孔结构。藻毒素的结构非常稳定，在自然光照下也不会被分解，但接近其最大吸收波长（238nm）的紫外光却可以导致毒素的活性物质（ROS）发生光解或光学异构现象［2，3］，此降解途径为攻击藻毒素结构中易受攻击的位点。实验表明，在仅有紫外光照或仅有催化剂的情况下，藻毒素基本没有发生降解，将紫外光和催化剂两者相结合对藻毒素的降解十分有效，同样在250 分钟的时间内，毒素浓度下降了19.5ug/L。

结语

随着纳米合成技术的不断发展，人们需要的具有特殊结构的纳米材料已经出现在人们的生活中，然而，在科技技术不断进步的同时，人们对纳米材料的依赖和需求也越来越大，目前在众多的应用领域中，纳米材料在水污染处理方面的应用，被认为是一个重要的研究方向之一。

就目前而言，合成具有高性能的水处理材料依然存在一些问题，比如纳米材料做催化剂时需要在紫外光的照射下能降解藻毒素，光催化性能需要提高；纳米材料是颗粒状，在水中不好回收循环，一种便利高效的回收利用方式也有待发现；去除藻毒素的中间产物的毒理性并不清晰，产生的毒的性降解需要进一步研究，等等。

如果能够进一步深入研究，那么在饮用水处理领域必将产生一次更加深刻的工业革命，我坚信，纳米技术不断发展完善的同时，饮用水的处理技术也必将更先进，而我们对未来的畅想，也终将成为现实。