不同混凝剂在水处理工艺中对微囊藻毒素厌氧生物降解影响研究

doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240126

山东科学 ›› 2025, Vol. 38 ›› Issue (5): 123-130.doi: 10.3976/j.issn.1002-4026.20240126

不同混凝剂在水处理工艺中对微囊藻毒素厌氧生物降解影响研究

马广翔¹^,²^,³(), 鞠甜甜⁴^,^*(), 夏延钊¹, 陈琳琳¹, 宋汶阳¹, 刘越¹

1.山东沃蓝环境技术有限公司，山东济南 250014
2.山东大学，山东济南 250100
3.山东环境科学学会，山东济南 250014
4.山东省建设项目环境评审服务中心，山东济南 250011

收稿日期:2024-11-04 修回日期:2025-01-10 出版日期:2025-10-20 上线日期:2025-10-11
通信作者: *鞠甜甜，女，硕士，高级工程师，研究方向为生态环境影响评价、水体富营养化及藻类控制技术。E-mail：jutiantian0712@163.com
作者简介:马广翔（1985—），男，博士，高级工程师，研究方向为水污染控制技术、生态修复技术及微藻控制与利用技术。E-mail：mxiang0812@sina.com
基金资助:
山东省重点研发计划（国际科技合作）项目(2019GHZ030)

Effects of different coagulants on the anaerobic biodegradation of microcystin-LR in water treatment

MA Guangxiang¹^,²^,³(), JU Tiantian⁴^,^*(), XIA Yanzhao¹, CHEN Linlin¹, SONG Wenyang¹, LIU Yue¹

1. Shandong Wolan Environmental Technology Co.，Ltd，Jinan 250014，China
2. Shandong University，Jinan 250100，China
3. Shandong Society of Environmental Sciences，Jinan 250014，China
4. Shandong Provincial Construction Project Environmental Review Service Center，Jinan 250011，China

Received:2024-11-04 Revised:2025-01-10 Published:2025-10-20 Online:2025-10-11

摘要/Abstract

摘要：

针对常规饮用水处理中的蓝藻及其代谢产物的去除难题，向含藻原水中添加不同类型的混凝剂（壳聚糖、聚合氯化铝PAC及三氯化铁FeCl₃），探讨了混凝剂对蓝藻细胞破损及微囊藻毒素LR（MC-LR）厌氧生物降解的影响。采用3D-EEM荧光谱、扫描电子显微（SEM）及酶联免疫吸附测定（ELISA）技术进行了分析。研究结果表明，FeCl₃的混凝絮体对蓝藻细胞破损及总MC-LR降解未表现出明显影响；壳聚糖在初期具有保护蓝藻细胞和吸附胞外MC-LR的效果，但随着时间推移，壳聚糖的功能逐渐减弱；而PAC则显著加剧蓝藻细胞破损，导致胞内毒素大量释放，从而加快了总MC-LR的降解速率。同时，通过3D-EEM荧光图谱检测到氨酸/色氨酸蛋白区、酪氨酸/色氨酸区等5类物质质量浓度随反应进程增加，表明不同混凝剂对底泥中胞外聚合物（EPS）的产生有显著影响，且PAC组中相关物质增加最快。该研究系统探讨了混凝剂对蓝藻细胞及MC-LR厌氧降解的影响机制，为给水污泥中蓝藻及其毒素的高效去除提供了重要参考依据。

关键词: 给水污泥, 微囊藻毒素LR, 混凝剂絮体, 含藻底泥, 厌氧生物降解

Abstract:

This study investigated the effects of different coagulants—namely chitosan，polyaluminum chloride （PAC），and ferric chloride （FeCl₃）—on cyanobacterial cell breakage and microcystin-LR （MC-LR） anaerobic biodegradation in raw water containing algae during conventional drinking-water treatment. Analyses were conducted using three-dimensional excitation emission matrix （3D-EEM） fluorescence spectroscopy，scanning electron microscopy，and enzyme-linked immunosorbent assays. Results showed that coagulated flocs generated by the action of FeCl₃ had no significant effect on cyanobacterial cell breakage or total MC-LR degradation. Chitosan initially protected cyanobacterial cells and adsorbed extracellular MC-LR； however，its effectiveness declined over time. Meanwhile，PAC significantly exacerbated cyanobacterial cell breakage，leading to the massive release of intracellular toxins，which ultimately accelerated the degradation rate of total MC-LR. In addition，3D-EEM fluorescence spectroscopy revealed increasing concentrations of five substance types，such as the ammoniacal/tryptophan protein zone and tyrosine/tryptophan zone，indicating that the different coagulants had a significant effect on the production of extracellular polymers in the sludge. Further，the related substances increased in amount the fastest when PAC was used. This study is the first to systematically investigate the mechanisms by which coagulants affect cyanobacterial cells and MC-LR anaerobic degradation，providing an important reference for the efficient removal of cyanobacteria and their toxins from waterworks sludge.

Key words: waterworks sludge, microcystin-LR, coagulant flocs, alga-containing sludge, anaerobic biodegradation

中图分类号:

X703

马广翔, 鞠甜甜, 夏延钊, 陈琳琳, 宋汶阳, 刘越. 不同混凝剂在水处理工艺中对微囊藻毒素厌氧生物降解影响研究[J]. 山东科学, 2025, 38(5): 123-130.

MA Guangxiang, JU Tiantian, XIA Yanzhao, CHEN Linlin, SONG Wenyang, LIU Yue. Effects of different coagulants on the anaerobic biodegradation of microcystin-LR in water treatment[J]. Shandong Science, 2025, 38(5): 123-130.

图/表 7

图1

表1

表2

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参考文献 15

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不同混凝剂在水处理工艺中对微囊藻毒素厌氧生物降解影响研究

Effects of different coagulants on the anaerobic biodegradation of microcystin-LR in water treatment

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混凝剂名称	ρ（投加物）/ （mg·L^-1）	快搅转速/ （r·min^-1）	快搅时间/ min	慢搅转速/ （r·min^-1）	慢搅时间/ min	参考文献
壳聚糖	7	230	2.0	20	12	[7]
PAC	4	150	2.0	40	30	[4]
FeCl₃	50	250	0.5	20	30	[5]

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