协同臭氧氧化-离子交换策略实现藻类滤液中营养盐的高效回收与有机质降解

针对藻类滤液中高浓度藻源有机质(AOM)及氮磷营养盐引发的二次污染风险，研究人员开发了臭氧氧化-离子交换协同处理策略。通过短时臭氧降解AOM，结合La(OH)3负载树脂选择性吸附磷酸盐，实现近100%磷回收和5分钟快速脱毒，为富营养化水体治理与资源回收提供创新方案。

　　

随着全球淡水生态系统富营养化加剧，有害藻华(HABs)已成为严峻环境问题。机械捞藻虽能快速清除藻类，但产生的浓缩藻类滤液富含藻源有机质(AOM)、氮磷营养盐及微囊藻毒素(MCs)，存在严重二次污染风险。传统处理方法难以兼顾污染物降解与资源回收，尤其对溶解性磷酸盐(SRP)的选择性回收效率低下。针对这一难题，南京水利科学研究院Ji Wu团队在《Water Research X》发表研究，提出臭氧氧化-离子交换协同策略，通过分子尺度解析AOM转化路径，开发可循环使用的纳米限域La(OH)₃负载树脂，实现藻类滤液的高效处理与营养盐回收。

研究采用高效尺寸排阻色谱(HP-SEC)、三维荧光-平行因子分析(EEM-PARAFAC)和二维相关光谱(2DCoS)等多维表征技术，结合Taihu湖藻类滤液样本，系统分析臭氧作用下AOM分子量分布与结构演变；通过比较A520/IRA900树脂及其La(OH)₃改性材料(La-520/La-900)的吸附性能，评估五轮吸附-脱附循环稳定性；采用X射线衍射(XRD)验证LaPO₄原位再生机制。

【分子量分布与AOM结构演变】

SEC色谱显示臭氧5分钟内将>100 kDa生物聚合物(BP)降解为<1 kDa小分子，酸性条件下芳香族断裂更显著。EEM-PARAFAC解析出3类荧光组分：色氨酸类蛋白(C1)、腐殖质(C2)和类多酚(C3)，其中C1在2分钟内荧光强度下降80%，证实蛋白优先降解。UV/FTIR异质二维相关光谱揭示碱性条件下羟基自由基(·OH)更易攻击共轭体系。

【营养盐转化与回收效能】

臭氧将有机氮(DON)转化为NO₃^--N（占比达DTN的72%），La-520树脂对SRP吸附容量达15.2 mg/g，XRD证实LaPO₄在NaOH中可逆再生为La(OH)₃。五轮循环后磷回收率仍>95%，而传统树脂IRA900硝酸盐去除率衰减10%。

【环境应用价值】

该研究创新性实现：1）5分钟臭氧氧化使MCs浓度从5.6 μg/L降至<0.1 μg/L，低于国标限值；2）纳米限域效应保障La(OH)₃/LaPO₄可逆转化，解决吸附剂再生难题；3）A520树脂长烷基链设计提升硝酸盐选择性。技术经济分析显示，耦合流化床反应器可降低30%运行成本，回收磷酸盐可用于鸟粪石结晶肥料生产。

结论部分强调，该策略突破传统"先降解后处理"模式，通过臭氧诱导AOM分子重构增强树脂吸附选择性，为藻类滤液资源化提供闭环解决方案。未来研究可拓展至海洋赤潮治理，并探索与微生物燃料电池的联用潜力。作者建议将短时臭氧接触(5-10分钟)与模块化离子交换单元组合，适用于湖泊、饮用水厂等多场景应急处理。