普通小球藻和钝顶螺旋藻在真实水基质中对多种重金属呈现出不同的去除动力学特征

《Scientific Reports》：Chlorella vulgaris and Arthrospira platensis show distinct removal dynamics for multiple heavy metals in real water matrices

　　

摘要

水生系统中的重金属排放对公共健康和生态系统构成风险。利用活体微藻进行生物修复是一种可持续的解决方案，但在现实的多金属条件下其性能仍未得到充分探索。普通小球藻和钝顶螺旋藻在三种真实水基质（河水、湖水、鱼类加工废水）中暴露于模拟意外污染的高浓度五金属混合物（Pb²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺）中。应用动力学建模、傅里叶变换红外（FTIR）光谱和可解释机器学习（ML）来表征去除动力学及相关变量。普通小球藻表现出更稳定和渐进的去除效果，而钝顶螺旋藻在第 7 天最终对鱼类加工废水中 Cd²⁺ 的去除率达到 98.1%，对湖水中 Cu²⁺ 的去除率达到 95.1%。非单调表观摄取要求使用首次观察到的摄取最大值进行动力学拟合。在四种输入特征配置中，高斯过程回归通常比 XGBoost 提供更一致的预测性能，而在排除或替换同期目标相关变量后，简化模型保留了预测信息。Shapley 加和解释分析表明，时间、理化性质、生物量相关和浓度相关变量对金属和物种有特异性贡献。总体而言，综合分析揭示了截然不同的、依赖于基质的去除模式，并支持了活体微藻在复杂多金属污染下进行快速多金属生物修复的潜力。