亚硫酸氢盐活化高锰酸盐(BS/PM)预氧化同步去除铜绿微囊藻与藻源有机物的效能机制及ANN模型预测

针对有害蓝藻水华引发的饮用水安全危机，华东师范大学团队创新性采用亚硫酸氢盐活化高锰酸盐(BS/PM)预氧化技术，实现铜绿微囊藻(M. aeruginosa)99.8%光合抑制率及藻源有机物(AOM)特征峰120分钟完全氧化，通过ANN模型(R2=0.9819)精准预测处理效果，为水厂藻类控制提供高效低成本解决方案。

　　

随着全球水体富营养化加剧，蓝藻水华爆发频率显著攀升，其中铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)作为优势藻种，不仅产生肝毒性微囊藻毒素，其释放的藻源有机物(AOM)更会诱发饮用水异味、膜污染及致癌风险。传统水处理工艺对溶解性AOM去除效率有限，而高锰酸钾(KMnO₄)单独氧化存在反应速率慢、残留色度等问题。华东师范大学的研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表研究，创新性地将亚硫酸氢盐(NaHSO₃)活化高锰酸钾(BS/PM)技术应用于藻类控制领域。

研究采用实验室培养的铜绿微囊藻体系，通过光合活性(Ф_e)、叶绿素a(Chl-a)检测评估藻细胞灭活效率，结合zeta电位、扫描电镜(SEM)观察细胞结构变化，运用三维荧光光谱和分子量分布分析AOM组分转化，并构建粒子群优化反向传播神经网络(PSO-BP)预测模型。

生长抑制效率
BS/PM系统在5:1摩尔比(312.5 μmol/L PM:62.5 μmol/L BS)、pH 5条件下，10分钟内实现99.8%光合活性抑制和99.6% Chl-a降解，显著优于单独KMnO₄或NaHSO₃处理。SEM显示处理10分钟即出现细胞膜破损和胞内有机物(IOM)释放。

有机物转化特征
荧光光谱证实120分钟内完全氧化胞外有机物(EOM)特征峰，30分钟快速去除腐殖酸、富里酸及类芳香蛋白组分。分子量分布显示大分子有机物(>10 kDa)占比从初始41.2%降至18.5%，BDOC/DOC比值提升31.2%(EOM)和19.9%(IOM)，显著增强生物降解性。

ANN模型预测
PSO-BP模型预测精度(R²=0.9819)优于传统BP神经网络和多元线性回归(MLR)，为实际工程参数优化提供可靠工具。

该研究首次阐明BS/PM通过生成三价锰(Mn(III))实现藻细胞快速灭活与AOM氧化降解的双重机制，其区域选择性和立体选择性特性在温和条件下即可发挥高效作用。技术兼具低成本(较UV/臭氧节省30-50%运行费用)和环境友好性，为水厂应对蓝藻水华提供了兼具即时控制效果和长期生态效益的解决方案，相关参数已应用于某太湖水源水厂的工艺改造。研究同时开创了ANN在藻类控制领域的预测模型构建范式，对智慧水务发展具有启示意义。