砷(As)在天然水體中多以砷酸鹽[As(V)]、亞砷酸鹽[As(III)]等無機形態(tài)和一甲基砷(MMA)、二甲基砷(DMA)等有機形態(tài)存在，因其不同的生物毒性效應(yīng)與環(huán)境健康風(fēng)險而引起世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。盡管已有的研究表明藍(lán)綠藻等微生物在砷的生物轉(zhuǎn)化與代謝中發(fā)揮重要作用，但是有關(guān)環(huán)境因素對藻類砷轉(zhuǎn)化與代謝的影響、藻類修復(fù)砷污染水體后的處置方法等研究仍然十分缺乏和滯后，不利于藻類修復(fù)砷微污染水體的實際應(yīng)用。

為了理清有關(guān)環(huán)境因素對藻類砷轉(zhuǎn)化與代謝的影響規(guī)律，近年來城市水環(huán)境過程與生態(tài)風(fēng)險研究組顏昌宙研究員、羅專溪副研究員與閩南師范大學(xué)王振紅教授、美國麻省大學(xué)阿默斯特分校邢寶山教授、比利時根特大學(xué)Gijs Du Laing教授等開展合作研究，采用正交試驗設(shè)計方法（Taguchi methods），選擇五價無機砷、溶解性無機氮、溶解性無機磷和pH值作為主要影響因子，開展了一系列的室內(nèi)模擬研究來確定影響銅綠微囊藻砷生物轉(zhuǎn)化的最優(yōu)化條件及其動力學(xué)特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低磷高氮環(huán)境有利于砷在藻里累積與轉(zhuǎn)化（總量提高且速率增加），相關(guān)研究成果分別發(fā)表在Water research (2017, 118: 167-176)和Journal of Cleaner Production (2018, 199:112-120)上。鑒于磷對砷生物累積與轉(zhuǎn)化的特殊性，我們進(jìn)一步研究了溶解有機磷(DOP)對藻體中砷酸鹽(As(V))生物積累和轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律，選取了三種不同的有機磷源(β甘油磷酸鈉(βP)、三磷酸腺苷(ATP)和6葡萄糖磷酸鈉(GP))與無機正磷酸鹽(IP)進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)IP環(huán)境下銅綠微囊藻能高效識別As(V)和P，但在DOP環(huán)境則沒有觀察到這種識別能力。DOP環(huán)境特別是βP可顯著提高藻體對砷的累積；而GP則明顯促進(jìn)了砷的還原（三價砷高）與甲基化（有機砷高）。GP環(huán)境下藻體兩個砷還原與甲基化功能基因(arsC和arsM)的相對表達(dá)量較高，印證該GP磷環(huán)境下藻體砷還原和甲基化能力較高的事實（Environmental Pollution, 2019, 118: 167–176）。

另外，為了找到藻類修復(fù)砷微污染水體后合適的處置方法，我們進(jìn)一步研究負(fù)載砷的藻體在混凝沉淀原位與異位處理時水中砷釋放與形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，常見混凝藥劑中聚合氯化鋁對含砷藻體的沉淀去除效果最好。經(jīng)聚合氯化鋁沉淀去除的含砷藻體原位處理水中，總砷逐漸降低，但三價砷由于水環(huán)境處于還原狀態(tài)而在3天后顯著升高。而在沉淀含砷藻體異位處理的水體中，藻體砷釋放不僅與胞內(nèi)砷含量有關(guān)，還與藻細(xì)胞活躍或熱處理的存活狀態(tài)、放置時間密切相關(guān)。結(jié)果表明含砷藻體原位或者異位處置時，為了降低潛在風(fēng)險，選擇合適的處置時間尤為重要。相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Hazardous Materials (2020, 384, 121249)。這些研究結(jié)果有助于科學(xué)認(rèn)識砷在藻體中的生物代謝行為，在評價與砷污染水體藻類修復(fù)相關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵環(huán)境因素和實際應(yīng)用方面具有十分重要的科學(xué)意義。以上研究得到了國家自然科學(xué)基金項目、福建省科技引導(dǎo)性項目和福建省新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃等項目資助。


原標(biāo)題:城市環(huán)境研究所在藻處理砷微污染水方面取得新進(jìn)展