一種在不破壞藻細胞的前提下控制藻毒素風險的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及水處理技術領域，特別是涉及一種在不破壞藻細胞的前提下控制藻毒 素風險的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著水體富營養(yǎng)化，藻類大量生長，在適宜條件下甚至出現(xiàn)爆發(fā)式增長產生水華， 帶來一系列環(huán)境問題和飲用水安全問題。有些可以產毒的藻細胞大量繁殖，其次生代謝產 物藻毒素對人體健康造成嚴重威脅。藻毒素種類很多，主要包括環(huán)肽類肝毒素、生物堿類神 經毒素和脂多糖類毒素等，短期或長期接觸含有藻毒素的水體或飲用了含有藻毒素藻的 水，可能會導致腹瀉、嘔吐、頭疼、發(fā)熱、肌肉關節(jié)疼痛等多種癥狀，甚至可以導致死亡。1996 年巴西就曾發(fā)生過藻毒素致死事件，而藻毒素引起的家禽、水生動物死亡事件在全世界均 有報道。微囊藻毒素是毒性最強、分布最廣的藻毒素之一，世界衛(wèi)生組織規(guī)定飲用水中總微 囊藻毒素限值為Iyg · I/1，我國生活飲用水衛(wèi)生標準(GB 5749-2006)毒理指標也對微囊藻 毒素 MC-LR做出了限定，限值亦為Iyg · IZ1。
[0003] 藻毒素化學性質穩(wěn)定，在水中自然降解過程十分緩慢，加熱煮沸也不能將其去除。 目前，處理同時含有藻細胞和胞外藻毒素的水常用的工藝有:生物方法、物理方法、化學方 法及尚級氧化等。
[0004] 生物方法是利用藻毒素降解菌將藻毒素分解成無毒或低毒物質。雖然可以較好去 除藻毒素，但耗時較長，且降解菌對環(huán)境條件要求苛刻，且出現(xiàn)沖擊負荷時處理效果較差。
[0005] 物理方法如絮凝沉淀、活性炭吸附、膜分離技術等，雖然可以有效去除藻細胞，但 是對藻毒素的去除效果有限。絮凝劑對胞外藻毒素幾乎沒有去除效果，且可能造成藻細胞 破裂釋放出主要存在于胞內的大量的藻毒素?；钚蕴课娇梢暂^好去除藻細胞和藻毒素， 但投加量較大。膜分離技術成本較高，聚醚砜膜對藻毒素具有較好的去除效果，而親水型的 醋酸纖維素膜對藻毒素去除率幾乎為零。
[0006] 化學方法如O3氧化、Cl2氧化、ClO2氧化、KMnO4氧化等，雖然可以有效氧化去除藻毒 素，但會造成藻細胞破裂，釋放出主要存在于胞內的大量的藻毒素，需要投加大量氧化劑， 增加處理成本。氧化劑投加量大時會產生大量消毒副產物，從而帶來新的安全威脅，尤其是 含鹵素氧化劑，如投加大量Cl2會產生HAAs等，投加大量ClO 2會產生亞氯酸鹽、氯酸鹽等。而 投加大量O3會產生溴酸鹽、甲醛等，投加大量KMnO 4會引起錳超標及色度超標等新安全問題。
[0007] 高級氧化如UV-C與H2O2聯(lián)用、UV-C與C10-聯(lián)用等，利用UV-C激發(fā)產生強氧化性的自 由基，氧化分解藻毒素，雖然提高了處理效率與速率，但和化學方法有類似的問題，同樣造 成藻細胞破裂釋放大量藻毒素，使用含鹵素氧化劑也會產生大量消毒副產物等，帶來新的 安全問題。
[0008] 因此迫切需要一種能在不破壞藻細胞的前提下控制藻毒素風險的方法。

【發(fā)明內容】

[0009] 為了彌補上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出一種在不破壞藻細胞的前提下控制藻 毒素風險的方法。
[0010] 本發(fā)明的技術問題通過以下的技術方案予以解決：
[0011] -種在不破壞藻細胞的前提下控制藻毒素風險的方法，包括如下步驟:對同時含 有藻細胞和胞外藻毒素的水進行uv-c輻照和投加 S2O82I關用處理，其中，所述uv-c的劑量為 50mJ · cm-2~IOOmJ · cm-2,所述S2〇82-的濃度為2mM~10mM，所述S2〇82-在所述UV-C的激發(fā)下 產生強氧化性的自由基SOf ·，所述自由基SO^ ·氧化去除所述胞外藻毒素。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術對比的有益效果是：
[0013] 本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明將UV-C與S2O82H關用，S2Of能夠在UV-C激發(fā)下產生強 氧化性的自由基SOf ·，自由基SOf ·能夠高效氧化去除胞外藻毒素，從而降低或消除水中 藻毒素對人體或家畜、水生動物等可能造成的安全威脅，同時，本發(fā)明的處理方法又不會破 壞藻細胞，防止了大量藻毒素從藻細胞內釋放到水體中，降低了安全風險，達到控制藻毒素 風險的目的，同時減少了氧化劑投加量，降低了處理成本。
[0014] 本發(fā)明不僅處理效果好，而且健康環(huán)保，氧化劑最終生成SO42'無毒副作用，藻毒 素被氧化不產生有毒副產物，最終產物安全無毒，不造成新的危害，處理試劑簡單易制，應 用靈活，本發(fā)明可廣泛用于處理同時含有藻細胞和胞外藻毒素的水。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合優(yōu)選的實施方式對本發(fā)明作進一步說明。
[0016] 本發(fā)明提供一種在不破壞藻細胞的前提下控制藻毒素風險的方法，在一些具體實 施方式中，該方法包括如下步驟:對同時含有藻細胞和胞外藻毒素的水進行UV-C輻照和投 加 S2〇82-聯(lián)用處理，其中，所述UV-C的劑量為50mJ · cm-2~IOOmJ · cm-2,所述S2〇82-的濃度為 2mM~10mM，所述S 2〇82-在所述UV-C的激發(fā)下產生強氧化性的自由基S04- ·，所述自由基 SOf ·氧化去除所述胞外藻毒素。
[0017]所述S2Of在UV-C輻照的激發(fā)下產生強氧化性的自由基SO^ ·的反應式如下：
[0019] 自由基SO4- ·氧化去除胞外藻毒素是指藻毒素分子被SO4- ·氧化成兩個或兩個以 上小分子。
[0020] 聯(lián)用處理是指利用UV-C源所產生的UV-C對同時含有藻細胞和胞外藻毒素的水進 行輻照，同時向水中投加 S2〇82_，福照時間可以由所需UV-C的劑量與UV-C源所產生的UV-C強 度計算確定。
[0021] 其中，同時含有藻細胞和胞外藻毒素的水是指在水中能檢測出至少一個藻細胞且 可以檢測出胞外藻毒素。水既可以是環(huán)境水體(包括湖泊、河流、池塘、水庫、海洋等一切被 水覆蓋的地表），也可以是水處理廠或水處理設備中的水。
[0022] 水中含有的藻細胞既可以是能夠產生藻毒素的藻細胞，也可以是不產生藻毒素的 藻細胞。藻細胞既可以是膜完整的藻細胞，也可以是膜不完整(如膜穿孔、破裂、破碎等）的 藻細胞或其碎片。
[0023] 胞外藻毒素可以是膜完整的藻細胞排放出的存在于細胞外的藻毒素和/或膜不完 整的藻細胞或其碎片釋放出的存在于細胞外的藻毒素。
[0024]其中，藻毒素是微囊藻毒素（如MC-LR、MC-RR等），也可以是其他藻毒素，如魚腥藻 毒素-a、短裸甲藻毒素-B等。
[0025]本發(fā)明實施例中的S2O82+和UV-C易得，應用靈活，UV-C的產生源可以是太陽或也可 以是一切包含產生UV-C的元件的設備或裝置(例如搭置起可移動易拆裝的或固定的UV-C設 備或裝置，或在原有水處理設備、裝置、設施上加裝UV-C設備或裝置;還可以是新建的UV-C 設備）。其中，產生UV-C的元件包括低壓汞燈、中壓汞燈、高壓汞燈、超高壓汞燈、二極管等一 切可以產生UV-C的元件。所述輻照是指UV-C照射進入水中，既包括所述產生UV-C的元件與 水接觸使得UV-C直接進入水中，也包括太陽或所述產生UV-C的元件不與水接觸使得UV-C間 接進入水中。
[0026] 投加 S2〇82_的是指投加一切生成S2〇82_的化學物質，如通過電離、水解、氧化等方式 能生成S 2O8I的化學物質，如Na2S2〇8、K2S2〇8等，在投加時，既可以是直接投加所述化學物質， 也可以是投加所述化學物質制成的特定濃度的S 2Of的溶液，只要保證投加后S2Of在水中 的終濃度為2mM~IOmM即可。
[0027] 其中，所述不破壞藻細胞是指基本不造成藻細胞的細胞膜穿孔、破裂或破碎，在水 中，原本細胞膜完整的藻細胞將基本保持其細胞膜的完整性，使得細胞內的大量藻毒素不 會釋放出來;原本是細胞膜膜不完整的藻細胞不會造成其進一步的破壞。
[0028] 以下通過一個優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0029] 實施例1
[0030] -種在不破壞藻細胞的前提下控制藻毒素風險的方法，包括以下步驟：
[0031] 檢測：分別對水中的藻細胞密度、藻細胞破胞率和胞外藻毒素濃度進行檢測。其 中，藻細胞密度利用流式細胞儀直接檢測得到；藻細胞破胞率采用熒光染色法染色藻細胞 后，利用流式細胞儀檢測得到;胞外藻毒素濃度是將水用0.45μπι孔徑的PVDF濾膜過濾后，利 用LC/MS/MS檢測得到。
[0032] UV-C與S2Of聯(lián)用處理:打開UV-C準平行光束儀，輻照同時含有藻細胞和胞外藻毒 素的水，UV-C的劑量控制為IOOmJ · cnf2。在開始輻照時投加一定量500mM K2S2O8溶液使得 S2Ot的終濃度為5mM，聯(lián)用處理的時間為后取樣并用Na2S2O 3淬滅氧化劑以便檢測。設 置3組平行樣，檢測結果如下表：
[0034]注:括號前為3組平行樣的數(shù)據(jù)平均值;括號中為3組平行樣數(shù)據(jù)的標準差。
[0035]以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的技術人員來說，在不脫 離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應 當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種在不破壞藻細胞的前提下控制藻毒素風險的方法，其特征在于，包括如下步驟： 對同時含有藻細胞和胞外藻毒素的水進行υν-c輻照和投加&0 821 關用處理，其中，所述UV-C 的劑量為50mJ · cm-2~lOOmJ · cm-2,所述S2〇82-的濃度為2mM~10mM，所述S2〇8 2-在所述UV-C 的激發(fā)下產生強氧化性的自由基SOf ·，所述自由基SOf ·氧化去除所述胞外藻毒素。2. 如權利要求1所述的在不破壞藻細胞的前提下控制藻毒素風險的方法，其特征在于： 所述同時含有藻細胞和胞外藻毒素的水是指在水中能檢測出至少一個藻細胞且可以檢測 出胞外藻毒素。3. 如權利要求1所述的在不破壞藻細胞的前提下控制藻毒素風險的方法，其特征在于： 所述胞外藻毒素是指膜完整的藻細胞排放出的藻毒素和/或膜不完整的藻細胞或其碎片釋 放出的藻毒素。4. 如權利要求1所述的在不破壞藻細胞的前提下控制藻毒素風險的方法，其特征在于： 所述胞外藻毒素是微囊藻毒素或魚腥藻毒素_a或短裸甲藻毒素-B。5. 如權利要求1所述的在不破壞藻細胞的前提下控制藻毒素風險的方法，其特征在于： 所述UV-C的產生源是太陽或包含產生UV-C的元件的設備或裝置。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在不破壞藻細胞的前提下控制藻毒素風險的方法，包括如下步驟：對同時含有藻細胞和胞外藻毒素的水進行UV-C輻照和投加S2O82-聯(lián)用處理，其中，所述UV-C的劑量為50mJ·cm-2～100mJ·cm-2，所述S2O82-的濃度為2mM～10mM，所述S2O82-在所述UV-C的激發(fā)下產生強氧化性的自由基SO4-·，所述自由基SO4-·氧化去除所述胞外藻毒素。本發(fā)明具有的優(yōu)點包括：可以高效去除胞外藻毒素但又不會造成藻細胞的破壞，不加劇破壞藻細胞，防止大量藻毒素從藻細胞內釋放，降低了安全風險；健康環(huán)保，處理過程中不產生消毒副產物，不造成新的危害；簡單易制，應用靈活，可廣泛用于處理同時含有藻細胞和胞外藻毒素的水。
【IPC分類】C02F1/72, C02F1/32
【公開號】CN105540732
【申請?zhí)枴緾N201511018002
【發(fā)明人】陶益, 侯德林, 劉玲靜, 周婷如, 張錫輝
【申請人】清華大學深圳研究生院
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月29日