《Journal of Water Process Engineering》：Cyanobacteria and cyanotoxins in drinking water: Strategies for multi-barrier management and advancement in photocatalytic treatment
编辑推荐：
•从源头控制有害藻华（HABs），并在饮用水处理厂（DWTP）中进行高效处理，对于确保饮用水安全至关重要。•适度预氧化已被证明是一种提高混凝效率的有前景的方法。•各种光催化处理方法的综述已得到全面介绍。•将预光催化作为一种适度预氧化策略的研究仍尚不充分。•需要更多关于其他蓝藻
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从源头控制有害藻华（HABs），并在饮用水处理厂（DWTP）中进行高效处理，对于确保饮用水安全至关重要。
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适度预氧化已被证明是一种提高混凝效率的有前景的方法。
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各种光催化处理方法的综述已得到全面介绍。
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将预光催化作为一种适度预氧化策略的研究仍尚不充分。
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需要更多关于其他蓝藻菌种以及在真实自然水条件下的研究。
引言
全球淡水资源日益受到有害蓝藻华增生的威胁，这主要归因于人类活动和气候变化的共同作用[1]。由农业径流、工业排放和未经处理的污水中过量的氮和磷等营养物质负荷引起的富营养化，为有害藻类提供了肥沃的环境，导致浮游植物群落从平衡状态向蓝藻优势转变[2]。温度升高增强了蓝藻的生长速率和代谢效率，而热分层增强限制了垂直混合，形成了稳定的、富含营养物质的表层，有利于藻华的形成[3]。水文模式的改变，包括强降雨事件和持续干旱，进一步加剧、延长并增加了有害藻华的频度，使其成为发达和发展中地区持续且复杂的水质挑战[4]。
与蓝藻华相关的一个重大问题是其产生的有毒次级代谢产物，通常被称为蓝藻毒素[5]。这些毒素包括肝毒素（微囊藻毒素）[6]、神经毒素（安纳妥因-a和河鲀毒素）[7]、[8]、细胞毒素（束皮素）和皮肤毒素（脂多糖）[9]，它们分别会影响肝功能、引起神经系统疾病、造成全身性细胞损伤和皮肤刺激[10]。澳大利亚阿历山德丽娜湖（Lake Alexandrina）中Nodularia spumigena（浮游束花蓝藻）的藻华通常被称为首次有记录的有毒蓝藻华事件。自那以后，全球各种淡水和海洋生态系统中有害藻华事件的发生频率日益增加[11]。基于MODIS对1956个大型淡水湖的二十年评估发现，620个湖泊的藻华发生显著增加，这一趋势在2015年之后加速最为明显[12]。2020年，蓝藻毒素被认为是博茨瓦纳奥卡万戈三角洲（Okavango Delta）约350头非洲象不明原因大规模死亡的可能原因[13]。同样，全球范围内多次鱼类大量死亡事件与有害蓝藻华（HCBs）有关，包括2010年佛罗里达州圣约翰斯河（St. Johns River）的大规模鱼类死亡事件[14]。除了生态影响外，有害蓝藻华还对公共健康和饮水安全构成重大风险。饮用水水厂的反复污染，如2014年俄亥俄州托莱多事件[15]，表明迫切需要有效的蓝藻及其相关毒素监测、控制和缓解策略。
传统饮用水处理工艺在减轻蓝藻及其相关毒素带来的复杂风险方面效果有限[16]。虽然混凝-絮凝通常被用于去除悬浮颗粒物，但其对蓝藻细胞的去除效果高度依赖于pH值和混凝剂投加量等运行参数，通常需要针对特定物种进行优化[17]。吸附、沉淀和过滤等物理去除方法可以降低蓝藻细胞数量。然而，它们无法去除溶解性的蓝藻毒素和藻类有机物（AOM），而后者可作为前驱物，可能导致有害消毒副产物（DBPs）的形成，进一步带来健康隐患[18] [19]。这些局限性促使我们需要探索能够安全、高效、可持续地灭活蓝藻细胞并降解相关毒素的处理技术。
光催化作为一种新兴的高级氧化技术（AOP），在去除蓝藻及其相关毒素方面展现出巨大潜力，其首次记录的应用可追溯至Robertson和Lawton在1997年的研究[20]。此后，大量研究表明光催化能显著减少蓝藻细胞，并直接降解细胞内外蓝藻毒素。大多数现有研究采用了过度氧化方法，虽然对蓝藻去除有效，但会引起细胞裂解，释放细胞内蓝藻毒素和藻类有机物（AOM），并增加氯消毒过程中消毒副产物（DBPs）的形成风险[21]。近年来，研究焦点逐渐转向适度预氧化方法的应用，这些方法旨在对蓝藻细胞施加部分氧化应激，使其表面藻类有机物（S-AOM）脱附，从而增强通过混凝、沉淀等传统处理工艺的去除效果，同时保持细胞完整性，从而减少细胞内毒素的释放[16] [22] [21]。尽管相关研究日益增多，但将光催化作为适度预氧化手段以提高混凝效率的应用仍尚不充分。
为明确解决这一关键研究空白，本研究对光催化方法在管理蓝藻和蓝藻毒素方面的最新进展进行了全面综述。我们此前的综述文章已讨论了蓝藻的发生、毒性、挑战以及各种适度预氧化工艺[16]。在本研究中，我们专门聚焦于光催化过程的不同应用。特别强调了新兴的适度预光催化方法，该方法代表了从传统高强度过度氧化向温和可控氧化的转变。先前发表的综述主要关注蓝藻的过度氧化[23]、[24]、[25]、[26]。据我们所知，本综述首次对光催化处理方法在管理饮用水中蓝藻和蓝藻毒素方面的应用进行了结构化综合评述。我们批判性地评估了相关机制，确定了关键运行参数，评估了其在饮用水处理中的潜在应用，并确定了未来研究方向。通过综合当前知识状态，本综述旨在为研究人员、水务从业者和政策制定者提供有关光催化在应对饮用水中日益增长的蓝藻污染威胁方面的潜力和局限性的信息。
采用布尔检索技术，在主要学术数据库（包括ScienceDirect、Google Scholar和Web of Science）中进行文献检索。对于光催化处理研究，代表性的布尔检索字符串包括以下组合，例如："photocatalysis of cyanobacteria"（蓝藻的光催化）或"photocatalysis of cyanotoxins"（蓝藻毒素的光催化）或"moderate pre-photocatalysis of cyanobacteria"（蓝藻的适度预光催化）或"photocatalysis for growth inhibition"（光催化抑制生长）与"drinking water treatment"（饮用水处理）或"removal efficiency"（去除效率）。检索到的同行评审文章经过与研究目标的相关性筛选，相关文献被保留以供进一步分析。随后，对这些文章进行了详细审查并分类为：(i) 光催化去除/灭活蓝藻细胞；(ii) 光催化降解蓝藻毒素；(iii) 适度预光催化增强蓝藻混凝；(iv) 光催化抑制蓝藻生长。这种分类使得我们能够对不同处理方法之间的机制、运行条件和性能进行比较评估。
章节摘要
生态影响
有害藻华（HABs）通过产生毒素和大量生物量的积累，对水生生态系统产生重大生态影响[27]。HABs降低光照穿透率，阻碍沉水大型植物的光合作用，从而引发栖息地退化[28]。次级代谢产物，特别是蓝藻毒素，通过生物累积和生物放大作用带来生态风险，将亚致死和致死效应在营养级间传递[29] [30] [31]。在伊利湖，蓝藻华被证明可以
预防和控制策略
预防蓝藻增殖和后续蓝藻毒素释放需要一种全面的（图2）主动方法，结合流域管理、营养物控制、实时监测和早期预警系统[40]。营养物负荷减少仍然是最基本且不可替代的控制策略。最佳管理实践（BMPs），包括植被缓冲带、人工湿地和优化肥料施用，已被广泛采用以减少营养物
光催化处理方法在管理饮用水中蓝藻和蓝藻毒素方面的进展
蓝藻华及其相关蓝藻毒素污染的日益复杂化，凸显了需要能够与传统处理工艺相结合的高级处理技术。光催化处理作为一种有前景的高级氧化技术（AOP），已展现出在减轻饮用水系统中蓝藻华和消除相关蓝藻毒素方面的潜力。利用半导体光催化剂，通过紫外光或可见光激活，光催化产生
结论与未来展望
全球变暖和加剧的人为压力正在逐步改变水生生态系统，导致有害藻华（HABs）的发生频率、强度和地理范围不断增加。要有效管理HABs，必须采用多屏障方法，强调从源头控制，特别是通过营养物削减和集水区管理，在藻华进入饮用水系统之前限制其增殖，从而减轻
CRediT作者贡献声明
Nidhi Sahu：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，调查研究，概念构思。Atul Maldhure：撰写——审稿与编辑，指导监督，概念构思。
生成式AI和AI辅助技术在写作过程中的使用声明
在撰写本作品过程中，作者使用了AI工具进行语言润色和格式排版。在使用该工具/服务后，作者对内容进行了审阅和编辑，并对已发表文章的内容承担全部责任。
资金来源
Nidhi Sahu感谢印度科学与技术部通过DST-Inspire奖学金提供的资金支持。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文章所报告工作的已知竞争性经济利益关系或个人关系。
致谢
作者感谢印度那格浦尔印度国家环境工程研究中心（CSIR-NEERI）主任提供的必要设施。本手稿通过CSIR-NEERI知识资源中心[KRC]使用正版iThenticate软件进行了抄袭检测，KRC编号：CSIR-NEERI/KRC/2026/MARCH/WES/2。
Nidhi Sahu|Atul Maldhure
