藻类前体物质预臭氧化对消毒副产物形成的物种特异性影响机制研究

针对藻类污染水源中消毒副产物(DBPs)的生成风险问题，研究人员系统探究了预臭氧化对四种典型藻类（蓝藻、绿藻、硅藻）及其有机质(AOM)在氯化消毒过程中DBPs生成的差异性影响。研究发现预臭氧化对三卤甲烷(THMs)、卤乙腈(HANs)等DBPs的促进作用具有显著的物种依赖性，其中微囊藻细胞经2 mg/L臭氧处理后DBPs增加45%，而斜生栅藻AOM的DBPs反而降低35.1%。该研究为藻华期饮用水安全处理提供了重要理论依据。

　　

随着全球变暖和人为营养输入加剧，藻类水华在饮用水源中频繁暴发，成为威胁供水安全的重大环境问题。藻细胞及其释放的藻类有机质(AOM)不仅造成滤池堵塞、产生异味，更会在消毒过程中转化为具有强致癌性的消毒副产物(DBPs)。尤其值得警惕的是，当前水厂普遍采用的预臭氧化工艺对DBPs生成的影响机制尚不明确——臭氧既可能通过氧化分解大分子有机物降低DBPs前体，也可能破坏藻细胞释放更多前体物质，这种"双刃剑"效应使得水处理工艺优化陷入两难。

针对这一关键科学问题，中国国家自然科学基金资助项目团队开展了开创性研究。研究人员选取了蓝藻门的铜绿微囊藻(M. aeruginosa)、绿藻门的小球藻(C. vulgaris)和斜生栅藻(S. obliquus)以及硅藻门的小环藻(Cyclotella sp.)这四种具有代表性的水华藻种，首次系统比较了预臭氧化(0-2 mg/L)对其细胞和AOM在后续氯化消毒中DBPs生成的差异性影响。论文发表在环境领域权威期刊《Environmental Research》上，为藻华期饮用水风险管控提供了重要科学依据。

研究采用气相色谱法测定三卤甲烷(THMs)、卤乙腈(HANs)等典型DBPs，通过控制臭氧接触时间(30分钟)和氯化条件(24小时反应，余氯≥0.5 mg/L)，建立了标准化的DBPs生成潜能测试体系。特别值得注意的是，实验同步分析了藻细胞与AOM的差异性响应，并引入溴取代因子(BSF)评估溴代DBPs的生成风险。

藻种特性与DBPs基线水平
研究首先揭示了不同藻种的固有DBPs生成特性：在单纯氯化条件下，硅藻小环藻的细胞和AOM分别产生70.96 μg/L和86.52 μg/L的DBPs，显著高于其他藻种。绿藻小球藻则表现出最低的DBPs生成潜能，其细胞和AOM的DBPs产量仅为28.71 μg/L和50.99 μg/L。这种差异与藻细胞壁结构密切相关——硅藻特有的硅质细胞壁含有更多可与氯反应的有机质，而绿藻的纤维素-果胶质细胞壁反应活性较低。

预臭氧化的物种特异性效应
2 mg/L臭氧处理使铜绿微囊藻细胞和AOM的DBPs分别增加45.0%和36.1%，却使斜生栅藻AOM的DBPs降低35.1%。这种"同藻不同命"的现象首次被量化揭示：臭氧会优先氧化蓝藻细胞壁中的肽聚糖释放前体物质，而绿藻AOM中的活性基团可能被臭氧彻底矿化。特别值得注意的是，所有藻种的HANs产量在臭氧化后普遍提升，其中三氯硝基甲烷(TCNM)甚至出现数倍增长，这与其前体物质(如氨基酸)的臭氧转化特性有关。

溴代风险与基质差异
研究首次报道了藻细胞与AOM在溴代DBPs生成上的显著差异：藻细胞的溴取代因子(BSF)仅为14.5%-30.0%，而AOM达28.6%-39.1%。这表明AOM中的溶解性有机物更易与溴离子反应生成高毒性的溴代DBPs。这一发现解释了为何藻类大量死亡的衰亡期往往伴随更高的饮用水健康风险。

该研究突破了传统研究仅关注单一藻种的局限，首次建立了藻类分类群-DBPs生成特性的对应关系。结论表明，预臭氧化工艺的效果高度依赖于水源中优势藻种组成——对以蓝藻为主的水体需严格控制臭氧剂量，而以绿藻为主时则可适当提高氧化强度。研究团队特别强调，当前水厂的DBPs控制策略需要从"一刀切"转向"精准治理"，建议建立藻类群落监测与臭氧投加的联动调控系统。这些发现为修订《生活饮用水卫生标准》中DBPs限值提供了物种敏感性的科学依据，对保障藻华期饮用水安全具有重要实践指导价值。