高级氧化技术降解微囊藻毒素的研究进展

第36卷第4期142010年4月水处理技术TECHNOloGYOFWATERTREATMENTVOl-36No．4Apr．，2010高级氧化技术降解微囊藻毒素的研究进展鲁金凤，郭文娟：，郭晓燕，刘百仓3，王启山1，刘艳芳1(1．南开大学环境科学与工程学院，天津300071；2．北京市市政工程设计研究总院，北京100082；3．四JIl大学建筑与环境学院，四川成都610065)摘要：饮用水源中微囊藻毒素(MC)的问题已经引起人们的广泛关注，而一些常规的MC处理方法都各有其局限性。高级氧化技术是一类高效降解M的方法，且降解产物没有生物毒性。本文全面阐述了Ti()2紫外光催化氧化、TiO2，uv／H202、TiO2v／高铁酸盐联用工艺、可见光催化氧化、Fenton法、光助Fenton法,O~'H202及OJFe抖这些高级氧化技术降解MC的研究进展。并根据现有高级氧化技术降解MC研究中的一些不足之处，提出了MC高级氧化处理领域今后研究的主要方向和需解决的问题。关键词：微囊藻毒素；高级氧化技术；饮用水；降解中图分类号；TU991．2文献标识码：A文章编号：1000．3770(2010)04．0014．005目前，随着水体富营养化在世界范围内的不断加剧和蓝藻水华的频繁爆发，藻类及其次生代谢产物一藻毒素对水环境的影响和对人类及动物的毒害性已经越来越引起了全世界的广泛关注。微囊藻毒素(Microcystins，MC)是由蓝藻代谢产生的一类毒性最强、同时具有急性和慢性毒性、且分布广泛的藻毒素。传统的饮用水处理工艺对蓝藻有一定的去除效能，能去除少量蓝藻胞内的藻毒素，但对溶解于水中的MC的去除效能低下，这就亟需在传统水处理工艺的基础上开发一些新的处理技术，进一步去除水中的MC。高级氧化技术作为一种高效降解高稳定性有机物的深度处理技术，在国内外的饮用水、污水处理领域广泛应用。近年来，研究表明一些高级氧化技术对水中的MC也具有很高的降解效能，且能高效脱毒。目前研究较多的用于MC处理的高级氧化技术主要有：光催化氧化技术、Fenton试剂及类Fenton试剂氧化法、基于臭氧的高级氧化技术(OJH0、oJ金属离子均相催化氧化)。这些高级氧化技术在去除微囊藻毒素方面各有优势，对不同水源地的MC的处理效能也各有不同。许多研究者都针对这些高级氧化技术对微囊藻毒素的去除率及脱毒性进行了报道。1常规处理方法的局限性MC是一种单环七肽物质，具有明显的肝细胞毒性。由于多肽中两种可变氨基酸组成的不同，具有多种异构体[1】。其中存在最普遍、含量最多的是MC-LR，MC．RR，MC．YR这3种微囊藻毒素(L、R、Y分别代表亮氨酸、精氨酸和酪氨酸)。目前，国内外研究最多的主要是MC~LR和MC．RR。MC的毒性和其结构相关，Adda是表达MC毒性性的必需基团。研究表明，MC．LR的急性毒性最强，MC—YR次之，MCRR最弱。传统的“混凝．沉淀一过滤．消毒”工艺能够通过其对藻细胞的混凝沉淀或截留作用去除少量胞内藻毒素，但不能消除水中的溶解性胞外藻毒素。有研究发现，当pH>6时，铝盐絮凝除藻的效果良好，但此时水体中溶解性MC含量却增加了约30％。在传统水处理工艺的基础上，研究者根据MC的一些特性，开发了一些常规处理MC的方法，包括：活性炭吸附，化学氧化法和紫外光降解。高投量的粉末或粒状活性炭可以有效的去除水中的MC及其他有机物，．但水体中韵天然有机物(N0M)会与极性较弱的MC竞争吸附位，从而降低活性炭对Mc的吸附效能；此外，为防止被吸附的MC重新进入水中，需对活性炭床频繁反冲洗，给水收稿日期：2009．07．20基金项目：国家自然科学基金(50808102)作者简介：鲁金凤(1980一)，女，博士，讲师，研究方向为水的深度处理技术联系电话：022．23503730；E-mail：lujinfeng@nankai．edu．cn鲁金凤等，高级氧化技术降解微囊藻毒素的研究进展15厂实际运行增加了困难且提高了成本。而化学氧化法所采用的氯、臭氧、高锰酸盐这些氧化剂都会导致藻细胞破裂释放出胞内的MC，且这些氧化剂也各自存在自身的局限性：氯会产生消毒副产物，单独臭氧氧化的臭氧利用率不高，成本太高；高锰酸钾、二氧化氯对MC的针对性不强，降解MC的效能不高。微囊藻毒素在紫外光照下其侧链Adda会受到破坏而使MC脱毒或被降解，但单纯光照法所需的时间相对较长。由于这些常规的处理方法都各有其局限性，且降解效能都相对低下，要保障饮用水的供水安全性，就需要开发新的高效降解MC的方法。2降解MC的高级氧化技术凡是以促进羟基自由基(·OH)生成为目的的过程，被定义为高级氧化技术。由于常规处理MC的方法各有局限性，研究者提出了采用光催化氧化、Fenton及类Fenton法、O3／H202、金属离子催化臭氧氧化等高级