飲用水處理過程中藻毒素去除的研究進(jìn)展

梁曉曦 范功端

（福州大學(xué) 福建福州 350000）

引言

我國(guó)是世界上最缺水的13 個(gè)國(guó)家之一，地表水源受污染的現(xiàn)象十分嚴(yán)重，其中一個(gè)表現(xiàn)形式就是湖泊富營(yíng)養(yǎng)化狀況嚴(yán)重。傳統(tǒng)的飲用水處理方法有很多，物理、化學(xué)、生物、膜過濾等，但這些方法都有局限性，比如難以徹底去除藻毒素，成本高等。因此，尋找一種合適的方法來處理飲用水中的藻毒素越來越迫切，而使用納米材料有望根除這一問題。

1 飲用水中藻毒素的種類、含量、分布及毒理性

1.1 飲用水中藻毒素的種類

在藻毒素中，以肝毒素為例，它可以接著分成微囊藻毒素和節(jié)球藻毒素，其中微囊藻毒素是最具有代表性的，它種類很多，每一種又有很多同分異構(gòu)體，目前水體中最普遍的，造成污染最嚴(yán)重的就是微囊藻毒素。

1.2 水源地的藻毒素分布狀況及含量

富營(yíng)養(yǎng)化問題普遍存在，就算是滇池、太湖、巢湖等著名水源也發(fā)現(xiàn)了藻毒素，甚至有些地方藻毒素的含量超出飲用水限值的三十多倍，而藻毒素也少量出現(xiàn)在魚體內(nèi)。聯(lián)合國(guó)規(guī)定水源地的藻毒素含量不超過一微克每毫升，而我國(guó)目前水源地的藻毒素含量超標(biāo)，因此處理迫在眉睫。

1.3 藻毒素的毒理性

藍(lán)藻細(xì)胞在正常繁殖過程中可以自體產(chǎn)生藻毒素并存儲(chǔ)在體內(nèi)，在死亡后將毒素全部釋放到水體中。肝細(xì)胞和肝巨細(xì)胞是微囊藻毒素的靶細(xì)胞，可被誘導(dǎo)至壞死，甚至可以推理得知該毒素是一種可怕的腫瘤促進(jìn)劑。

1878 年，F(xiàn)rancis 報(bào)道，澳大利亞南部動(dòng)物和當(dāng)?shù)鼐用窬霈F(xiàn)死亡現(xiàn)象，死亡原因竟是飲用水中含有藍(lán)藻［1］；此后在巴西發(fā)現(xiàn)有病人由于滲透液用水中含有藻毒素而死亡，這是最早被查出的藻毒素危害人體的事件。藻毒素對(duì)人體的危害更大，如果人體敏感部位接觸含有毒素的水，急性腸胃炎可能會(huì)出現(xiàn)；而長(zhǎng)期飲用這樣的水導(dǎo)致的后果就是癌癥的發(fā)病率會(huì)極大地增加，如果能夠有效的利用藻毒素，對(duì)腫瘤有改善作用。

2 飲用水處理過程中藻毒素的去除方法

2.1 傳統(tǒng)方法

目前水處理過程的常規(guī)處理方法對(duì)藻毒素的去除是很有限的。

根據(jù)相關(guān)研究可以發(fā)現(xiàn)，混凝沉淀法對(duì)去除水體中的藻毒素有不小的作用。使用該方法，有效結(jié)合物理降解法，對(duì)藻毒素的去除率可達(dá)30%。

2.2 物理去除

混凝沉淀法、活性炭吸附法，膜處理法，是廣泛應(yīng)用于藻毒素去除中的物理方法，這些方法有百分之八十的去除率，但是這種方法成本較高，對(duì)于大多數(shù)水廠來說是不適用的。

2.3 化學(xué)去除

常見的化學(xué)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強(qiáng)光照射下的降解與色素濃度成正相關(guān)的原理來進(jìn)行，PiotrGajdek 等人用實(shí)驗(yàn)表明，將每升藻毒素濃度為250 毫克的溶液在紫外光強(qiáng)度為6uEcm-2s-1 的條件下進(jìn)行降解，在一個(gè)小時(shí)后的降解率降低至25%。

一種更有效的化學(xué)去除方法是光降解法。IainLiu 等人實(shí)驗(yàn)研究得到結(jié)論，把起始濃度為1mg/L 的水溶液和1%TiO2放在光照下半個(gè)小時(shí)，藻毒素的降解率高達(dá)99%；而換為把1%TiO2和1%H2O2與溶液一同放在光照下，只需5 分鐘，降解率便可高達(dá)99.6%。

研究表明，作為強(qiáng)氧化劑的臭氧能夠更高效、更快速地去除藻毒素，將每升水體中的臭氧濃度控制在0.3 微克，那么對(duì)于其中的藻毒素的降解率可以達(dá)到99%。

2.4 生物方法

許多研究發(fā)現(xiàn)，能夠通過自身特點(diǎn)高效降解藻毒素的微生物廣泛生存在河流、水庫(kù)以及污水溝甚至沉積物中，通過對(duì)藻毒素的活動(dòng)結(jié)構(gòu)的破壞，來達(dá)到降低藻毒素含量的目的。

3 納米材料光催化劑降解藻毒素

3.1 納米技術(shù)的來源與發(fā)展

納米技術(shù)是現(xiàn)代科技飛速發(fā)展的產(chǎn)物，因研究對(duì)象的大小在0.1 到100 納米之間而得名，它的基礎(chǔ)是納米科學(xué)。納米技術(shù)是新科技發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力，是新工業(yè)革命的主導(dǎo)者，納米材料領(lǐng)域也已經(jīng)成為全球最大、最有希望和最具競(jìng)爭(zhēng)力的研究領(lǐng)域之一。目前納米技術(shù)在人們的衣食住行等各個(gè)方面得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)人們的生活和工作方式產(chǎn)生了巨大的積極作用。而在其他環(huán)境領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用中，納米材料體現(xiàn)了很好的光催化性能，所以近年來科學(xué)家們也在嘗試把納米技術(shù)用于去除藻毒素的研究中。

3.2 納米技術(shù)在水處理方面的應(yīng)用

由于納米技術(shù)有良好的吸附性，納米材料體現(xiàn)了超出人們預(yù)期的優(yōu)良性能，所以近年來科學(xué)家們也在研究利用納米技術(shù)去除藻毒素。

納米技術(shù)可作為催化劑和吸附劑，這兩種優(yōu)良性賦予納米材料去除水中污染物的能力，微納米結(jié)構(gòu)的金屬氧化物，不僅來源豐富、無毒且成本較低，最重要的是對(duì)高毒離子有很好的吸附作用；此外，納米材料可以同時(shí)作為催化劑和完成對(duì)有機(jī)污染物的降解，而且沒有任何二次污染，這些都極大地吸引著科學(xué)工作者。

3.3 納米材料的應(yīng)用

納米材料的種類多種多樣，比如結(jié)構(gòu)材料，催化、敏感、微晶稀土永磁材料等等。自從納米材料出現(xiàn)以來，科學(xué)家們便對(duì)納米材料在物理、結(jié)構(gòu)、光電和化學(xué)性質(zhì)等方面的優(yōu)良特征產(chǎn)生了濃厚的興趣。隨著科學(xué)研究的深入，納米材料有能力給化學(xué)、生物、材料、等學(xué)科的研究帶來新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，這一點(diǎn)也逐漸被人們意識(shí)到，因而催化、物理、涂料等領(lǐng)域也將一直活躍著科學(xué)工作者們的身影。近年來，化工生產(chǎn)領(lǐng)域也在積極探索與納米技術(shù)的融合之路，這條道路也必將美麗無比。

3.4 納米材料去除藻毒素的機(jī)理

TiO2納米膜的膜表面為30nm 左右的顆粒狀多孔結(jié)構(gòu)。藻毒素的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，在自然光照下也不會(huì)被分解，但接近其最大吸收波長(zhǎng)（238nm）的紫外光卻可以導(dǎo)致毒素的活性物質(zhì)（ROS）發(fā)生光解或光學(xué)異構(gòu)現(xiàn)象［2，3］，此降解途徑為攻擊藻毒素結(jié)構(gòu)中易受攻擊的位點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明，在僅有紫外光照或僅有催化劑的情況下，藻毒素基本沒有發(fā)生降解，將紫外光和催化劑兩者相結(jié)合對(duì)藻毒素的降解十分有效，同樣在250 分鐘的時(shí)間內(nèi)，毒素濃度下降了19.5ug/L。

結(jié)語

隨著納米合成技術(shù)的不斷發(fā)展，人們需要的具有特殊結(jié)構(gòu)的納米材料已經(jīng)出現(xiàn)在人們的生活中，然而，在科技技術(shù)不斷進(jìn)步的同時(shí)，人們對(duì)納米材料的依賴和需求也越來越大，目前在眾多的應(yīng)用領(lǐng)域中，納米材料在水污染處理方面的應(yīng)用，被認(rèn)為是一個(gè)重要的研究方向之一。

就目前而言，合成具有高性能的水處理材料依然存在一些問題，比如納米材料做催化劑時(shí)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；納米材料是顆粒狀，在水中不好回收循環(huán)，一種便利高效的回收利用方式也有待發(fā)現(xiàn)；去除藻毒素的中間產(chǎn)物的毒理性并不清晰，產(chǎn)生的毒的性降解需要進(jìn)一步研究，等等。

如果能夠進(jìn)一步深入研究，那么在飲用水處理領(lǐng)域必將產(chǎn)生一次更加深刻的工業(yè)革命，我堅(jiān)信，納米技術(shù)不斷發(fā)展完善的同時(shí)，飲用水的處理技術(shù)也必將更先進(jìn)，而我們對(duì)未來的暢想，也終將成為現(xiàn)實(shí)。