水力空化与电解耦合抑藻工艺及其机理的初步研究

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当前我国淡水水体富营养化形势日益严峻,对此,不仅要研究水体去富营养的方法,还要设计出高效、快捷、无二次污染的除藻抑藻技术,以减少水体中蓝藻爆发对周边人群的危害。本文尝试利用水力空化与电解耦合的工艺抑除蓝藻,以将其作为一种应急性的抑藻措施来解决城市内小型景观水体中广泛存在的藻类过渡生长问题。在总结课题组前人研究的基础上,进一步探索了包括空化管径、电解时间在内的处理工艺参数,从空化管设计以及放置位置等方面优化了处理装置结构,并分析了不同藻种和不同生长周期对于抑藻效果的影响。试验选用天然水体优势藻种——铜绿微囊藻和水华鱼腥藻为研究对象,在优化后的水力空化条件下,水头压力0.33MPa,电流密度为2.13mA/cm2,处理10L密度为3.0×106/ml的铜绿微囊藻藻液。结果表明,该装置具有显著的抑藻效果,处理30min的水样在处理后培养3天可以达到76.9%的抑藻率,4天后抑藻率上升到97.5%。而对藻液分别进行单独空化30min和单独电解30min后培养4天的抑藻率分别为27.7%、27.8%,表明空化耦合电解具有协同作用。通过改变空化器位置而进一步提高了装置的抑藻速率,在相同的水压及电流密度下,处理10L藻密度为2.8×106/ml的铜绿微囊藻藻液20min,两天后抑藻率即可达到72.5%。通过比较该装置对不同藻种以及处于不同生长阶段的藻种的处理效果,发现装置对铜绿微囊藻的抑藻率显著优于水华鱼腥藻;对于铜绿微囊藻而言,处于对数生长期的藻细胞比稳定生长期更易被除去。通过TEM电镜照片的分析,发现在受到水力空化、电解的协同作用下,铜绿微囊藻细胞受到一定程度的破坏,外部细胞壁与细胞质部分剥离,细胞内气泡体积变小。为了进一步抑制处理后的藻的生长,进行了处理藻的沉降能力以及低光照下存活能力的测定。沉降柱试验对比表明在藻细胞内部细胞器受损的情况下其沉降能力提高,而随后进行的低光照培养对比试验结果说明经过处理的藻细胞在无光照的条件下死亡率高于对照样。试验结果表明采用该装置通过破坏藻细胞结构不仅直接杀伤藻细胞,而且可使其沉降到水体底部,在光照不足的条件下来提高抑藻效果。最后对电解与空化的协同机制进行了初探。通过分析许云峰所建立的水力空化数学模型,发现其可以产生超声场。因此本文特别在思源湖内设计了测定超声场的试验,结果表明空化确实可以产生超声波,在20kHz-50kHz的频率范围有明显的声场。而单独利用水力空化超声场进行抑藻的试验及结果表明其可以对藻细胞造成一定程度伤害,从而表明将空化管置于水面中就自然存在空化、电解、超声相结合的抑藻方式,三者相互促进,起到了单独作用所不能达到的效果。
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