本实验中所用的藻种为水华爆发时的优势藻种之一的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)，隶属于微囊藻属，藻种(FACHB 905)购自中国科学院武汉水生生物研究所，经传代扩培后做研究使用，单个细胞直径约为3.0~7.0 μm，形状多为球形。铜绿微囊藻采用BG-11 培养基。实验室培养铜绿微囊藻在人工气候箱(MGC-350HP-2，一恒，中国)中进行，分别模拟昼夜交替的自然现象，白昼条件为：时间14 h，温度29 ℃，光照采用2只日光灯管对角照射，利用照度计测定中心线平均光强为400~650 lx；黑夜条件为：时间10 h，温度26 ℃，无光照。

1)S-AOM 脱附对藻细胞稳定性及混凝效果的影响。为探究S-AOM 对藻细胞在水体中稳定性及混凝去除效果的影响，将培养的藻细胞储备液分别经过抽滤(GF/F membrane, Whatman)和10 min离心清洗(4 500 r·min⁻¹，弃上清液；反复3次)后用 PBS 重悬，分别以1 000、2 000、3 000 r·min⁻¹ 离心(TGL-15B，飞鸽，中国)处理15 min后，取样过0.45 μm滤膜(津腾，中国)进行溶解性有机碳(DOC)的测定与三维荧光光谱分析。

在六联搅拌仪(MY-3000-6，梅宇，中国)上进行混凝实验：取300 mL 经过离心后重悬的藻液于500 mL烧杯中，经过约30 s (200 r·min⁻¹)搅拌后投加Al₂(SO₄)₃·18H₂O (国药，AR，99.95 %) (文中所有的混凝剂均为Al₂(SO₄)₃，且混凝剂投加量均以Al计)，并立刻快速搅拌2 min (200 r·min⁻¹)，慢速搅拌15 min (40 r·min⁻¹)，静置沉降30 min。静置结束后，在液面2 cm以下取样于紫外分光光度计(U-3900，日立，日本)上测定OD₆₈₀ 以计算剩余藻细胞浓度。

2)基于S-AOM 脱附的适度预氧化-混凝实验。在六联搅拌仪上进行预氧化-混凝实验，氯的投加量分别为0.3、0.4、0.5和0.6 mg·L⁻¹(使用NaClO,以Cl₂计，文中所有氯投加量均以Cl₂计)。取300 mL 经过离心的重悬的藻液于500 mL 烧杯中，分别经过5 min 与10 min 的氧化时间后投加Al₂(SO₄)₃·18H₂O，并立刻快速2 min搅拌(200 r·min⁻¹)，慢速搅拌15 min (40 r·min⁻¹)，静置沉降 30 min。静置结束后，在液面2 cm 以下取样测定剩余藻细胞浓度。在氯被完全消耗后，取 10 mL 样品并用过量 Na₂SO₃淬灭余氯以进行Zeta电位(Zetasizer 3 000，马尔文，英国)的测定，另取20 mL 淬灭后的样品过0.45 μm 滤膜进行三维荧光光谱分析。

3)适度预氯化后远程输水中PCD 对藻细胞完整性及混凝效果的影响。适度预氯化后输水过程中细胞发生程序性死亡对后续混凝效果影响的实验在六联搅拌仪上进行。取300 mL 经离心后重悬的藻液于500 mL 烧杯中，投氯后先快速搅拌5 min (200 r·min⁻¹)，随后以40 r·min⁻¹ 慢速搅拌60~240 min 来模拟长距离的管路输送过程 ( 实际工程中输水过程时间根据距离而定，本研究取4 h，即 480 min ) ，输水时间结束后投加Al₂(SO₄)₃·12H₂O 并立刻快速搅拌2 min (200 r·min⁻¹)，慢速搅拌15 min (40 r·min⁻¹)，静置沉降30 min。静置结束后，在液面2 cm 以下取样，在荧光分光光度计(F-7 000，日立，日本)上测定OD₆₈₀以计算剩余藻细胞浓度。每个取样点取10 mL 样品，用Na₂SO₃ 淬灭余氯后，进行Zeta 电位的测定，另取20 mL Na₂SO₃ 溶液淬灭后的样品过0.45 μm 滤膜进行三维荧光光谱分析。

为探究S-AOM 对藻细胞表面特性的影响，分别通过过滤和离心2种方法对藻液进行处理，离心方法已经被广泛应用于藻细胞与培养液的分离^[20]。如图1所示，对藻悬液进行不同转速的离心处理，未发现明显的藻细胞受损，说明离心处理不会造成藻细胞胞内有机物的释放。经过滤处理的对照组样品主要包含藻液中的溶解性有机物(dissolved organic matter, DOM)，离心处理的藻液主要含有DOM 与S-AOM。对藻悬液分别在0、1 000、2 000、3 000 r·min⁻¹下进行离心处理，由图1可见，未发现明显的藻细胞受损及胞内物质泄漏。但随着离心转速的提高，藻液的三维荧光光谱中区域Ⅱ(色氨酸类蛋白质)和区域Ⅳ(可溶性微生物副产物)相关峰的荧光强度显著上升(图2)，说明藻细胞S-AOM 的脱附程度随离心转速的增加而提高。有研究^[21]表明，藻细胞外壁的变化会使得藻细胞表面Zeta 电位发生变化。本研究中的Zeta 电位变化(图3(a))结果表明，在不同离心转速下的藻细胞Zeta 电位无明显变化，藻细胞表面Zeta 电位略有上升，这可能是由于S-AOM 的脱附导致的。但不同转速下离心后，藻细胞表面疏水性发生了明显变化(图3(b))，高转速离心的藻细胞的表面疏水性更高，说明S-AOM 逐渐脱附降低了藻细胞的稳定性。藻细胞表面疏水性与混凝效果相关，有研究表明，藻细胞表面疏水性越强，混凝效果就越好。

已有研究^[22]表明，S-AOM 会与混凝剂发生络合反应干扰混凝过程的进行。且由于S-AOM 可以使藻细胞互相粘附在一起形成藻细胞的聚集体，进而提高藻细胞在水体中的稳定性，使其难以被混凝去除^[23]。本研究考察了不同程度的S-AOM脱附对混凝除藻效果的影响，结果如图4所示。可见，对于不同离心转速的藻处理液，3 000 r·min⁻¹下的藻液混凝效果最好，在混凝剂的投加量达到0.81 mg·L⁻¹ 组别中，藻的去除率可以达到93 %；混凝剂投加量在0.675 mg·L⁻¹ 的组别藻的去除率也可以达到83 %。这也进一步证实了S-AOM 的脱附可以提高混凝除藻效果。

现有的预氯化强化混凝除藻的机制大多数是通过杀死藻细胞从而增强混凝效果。本研究考察了氯投量对藻细胞S-AOM脱附及对藻细胞表面特性的影响。如图5所示，反应体系中氯的消耗较为迅速，仅需不到5 min 的时间，所有投加量下的余氯浓度均接近于0。在5 min的氧化时间里，0.3~0.5 mg·L⁻¹ 的氯主要与藻细胞S-AOM 反应，藻细胞受损率与对照组相比无明显变化，而0.6 mg·L⁻¹ 的氯与S-AOM 反应后仍可以继续氧化损伤藻细胞，造成藻细胞大量破损。由图6可见，0.3~0.5 mg·L⁻¹ 的氯氧化后的藻细胞悬液中色氨酸类蛋白质区和可溶性微生物副产物区的峰强度相较于过滤处理仅有较小变化，这可能是由于氯的氧化作用使得藻细胞S-AOM 脱附所导致的，而0.6 mg·L⁻¹ 氯氧化后的藻细胞相对应的峰强度明显增强，这是由于短时间内过量投氯使得藻悬液中的大部分藻细胞失去了完整性(图5)，氯直接氧化损伤藻细胞导致藻胞内有机物发生泄漏。

藻细胞表面疏水性的强弱决定了其在水体中是否易于脱稳，Zeta 电位可以用来表征藻细胞表面的带电荷情况及荷电量，表面为电负性及疏水性较强的藻细胞更易于在混凝藻过程中被去除。因此，本研究通过表征藻细胞Zeta 电位与疏水性来评价适度预氯化后的藻细胞表面特性。分别测定0.3~0.6 mg·L⁻¹的氯预氧化5 min 后的藻悬液样品的Zeta 电位与疏水性。由图7可见，相较于过滤处理的藻细胞，0.3~0.5 mg·L⁻¹氯使得藻细胞Zeta 电位略有降低，并且可以显著增强藻细胞疏水性，藻细胞在反应体系中的稳定性下降。0.6 mg·L⁻¹ 的氯导致Zeta 电位上升，藻细胞疏水性相较于过滤处理有所下降。这是由于反应体系中的藻细胞大量破损，胞内有机物发生泄漏，藻细胞在反应体系中的稳定性反而增强，不利于后续混凝去除。

为探究氯调控S-AOM 对混凝除藻效果的影响，考察了经0.3~0.6 mg·L⁻¹氯氧化后混凝除藻效果的变化情况，结果如图8所示。可见，当氯投加量在0.5 mg·L⁻¹ 以下时，藻细胞的去除效果随氯投量的增加而提高，而氯投量过高时会导致除藻效果下降。当氯投量由0增加到0.5 mg·L⁻¹ 时，对应的藻细胞去除率由68% 增至82%。这一结果也可以通过较低的藻细胞受损率(图5(b))证实。当氯投加量较低时，氯主要与藻细胞表面的S-AOM 反应，不会因藻细胞受损而导致胞内有机物释放。0.3~0.5 mg·L⁻¹氯显著提高了S-AOM 的脱附程度，混凝除藻效果随之增强，这一结论与轻度氧化促进水中AOM存在有利于混凝的研究结果一致^[24]。然而，当氯投加量增加到0.6 mg·L⁻¹ 时，藻细胞的去除效果反而变差，甚至低于未经氯处理过的对照组。这可能是由于藻细胞胞内有机物出现泄露干扰了混凝对藻细胞的捕获过程，导致混凝效果变差。

在实际的高藻水处理中，源水距离饮用水处理厂具有一定的距离，经预氯化后的高藻水需要经过一定时间的管路输送才能到达水厂。预氯化后的含藻水在运输过程中会有藻的程序性死亡，本研究探究了预氯化后输水过程中细胞发生PCD 对水厂混凝除藻效果的影响(图9)，未投加氯的对照组藻细胞在输水时间内无较大变化，藻细胞未发生破损。当氯的投量为0.3 mg·L⁻¹ 时，受损藻细胞的比例由60 min的7.5%上升至240 min 时的25.7%，DOC 由1.5 mg·L⁻¹增至2.3 mg·L⁻¹；当氯的投加量为0.4 mg·L⁻¹ 时，受损藻细胞的比例由11%上升至44.2%，DOC 由2.2 mg·L⁻¹增至3.8 mg·L⁻¹，当氯的投加量为 0.5 mg·L⁻¹时，受损藻细胞的比例由15 %升至67 %，DOC 由2.9 mg·L⁻¹增至 5 mg·L⁻¹；当氯的投加量为0.6 mg·L⁻¹时，60 min时97%的藻细胞发生受损现象。

由图5可知，实验投加的氯在5 min 内基本耗尽，而预氯化后受损藻细胞的数目仍随着输水时间的延长而上升。这主要是由于藻细胞在适度投量氯的氧化作用下脱附S-AOM，细胞在水体中的稳定性下降，胞内活性氧(ROS)持续上升并诱导细胞发生PCD，最终导致藻细胞在输水过程中持续受损。

氯的投加量和输水过程中PCD 对藻细胞疏水性及混凝除藻效果的影响如图9所示。图9(a)为240 min 输水时间内藻细胞受损率变化。可见，随着输水时间的增加，藻细胞的受损率逐渐上升，且0.6 mg·L⁻¹ Cl₂的组别在短时间的变化最明显。图9(b)为随着输水时间的变化。可见，随着输水时间的延长，DOC 逐渐上升。图9(c)为随着输水时间的变化藻的去除效率的变化。可见，随着输水时间的延长，藻细胞的去除效率逐渐下降。图9(d)为藻细胞疏水性变化。可见，随着输水时间的延长，藻细胞的疏水性提高。在未投加氯的对照组中，藻细胞经远程输水后藻细胞疏水性与混凝除藻效果无明显变化，预氯化的藻细胞在经过远程输水过程后，由于藻细胞发生程序性死亡，胞内有机物发生泄漏，水中DOC 的上升不仅使得藻细胞的疏水性下降，而且抑制了其与混凝剂的结合，导致混凝除藻效果变差。

预氯化调控 S-AOM 对混凝除藻的影响如图10所示。S-AOM 可以提高藻细胞在水体中的稳定性，并在混凝除藻过程中影响混凝对藻细胞的捕获，最终干扰混凝除藻的效果。当氯的投量过高时，脱附S-AOM 的同时还会导致细胞完整性被破坏，胞内有害物质释放进入水体，造成水体二次污染。有研究表明，高度受损的藻细胞对有机物有着较强的吸附作用^[25-26]，藻细胞在水体中的稳定性经过度氯化后反而上升，进而降低了藻细胞的去除效果。藻细胞经适量氯氧化后，S-AOM 脱附，细胞表面电位下降，细胞表面疏水性升高使其易于在混凝过程中被捕获形成絮体，最终得到较高的藻细胞去除率。

输水过程中PCD 对混凝除藻效果的影响如图11所示。在实际的高藻水处理过程中，即使较低的氯投量也会对藻细胞造成氧化胁迫，藻细胞胞内的氧化损伤在输水过程中持续的累积导致细胞启动程序性死亡，进而导致胞内有机物泄漏，最终干扰水厂混凝除藻效果^[27]。因此，在实际高藻水的处理过程中，可以先取少量高藻水样品以确定临界氧化剂投加量，并在此投加量下测定细胞在预氧化后藻细胞受损与时间的关联性，优化投氯点位，最终通过控制氧化剂投加量与氧化后输送至水厂的时间，达到控制胞内有机物释放，减少胞内有毒物质释放，达到水厂混凝除藻效果的目的。

1)对藻细胞分别进行过滤和离心处理调控S-AOM 的实验中，混凝除藻效果随着S-AOM 的脱附有着逐渐上升的趋势，S-AOM 的脱附使得藻细胞在水体中的稳定性下降，细胞表面的疏水性上升，藻细胞更易于从水中分离。

2)预氯化调控藻细胞S-AOM 强化混凝除藻的研究发现藻细胞的预氯化存在适度投量，在适度氯投量条件下藻细胞受损程度较轻。故在实际高藻水的预处理中，可以通过调控预氯化氯投加量使藻细胞在脱稳的同时保持完整，进而增强混凝除藻效果。

3)基于S-AOM 脱附的适度预氧化存在时间效应，氯在消耗完后藻细胞在输水过程中发生程序性死亡，藻细胞持续受损，胞内有机物大量泄漏。可以通过控制氧化剂投加量与氧化后输送至水厂的时间，使高藻水在到达水厂时藻细胞实现失活脱稳且避免胞内有机物释放，在不增加饮用水安全风险的前提下增强混凝除藻效果。