高压脉冲放电等离子体技术对铜绿微囊藻灭活及藻毒素去除的效果和机理研究

Microcystis aeruginosa algae bloom is the most serious pollution in freshwater body, and these Microcystis aeruginosa can release toxins, which is very harmful to the human body and the water environment. It plays an important role in drinking water security to seek effective control technology on the removal of Microcystis aeruginosa and Microcystins. In this study, a new method is used for the inactivation of Microcystis aeruginosa and the removal of Microcystis by high voltage pulsed discharge plasma technology. The research contents include the design of discharge reactor, the ascertainment the optimal discharge form, analysis on the synergistic effects of the physical and chemical effects in discharge process by the measurement of the production of active substance and the distribution and radiation intensity of the ultraviolet produced between the discharge electrodes, selection of the suitable solid catalyst and study on the.effect of catalyst on the strengthening of the pulse discharge process and the reaction mechanism. And in different discharge reaction operating conditions, the observation of the growth of Microcystis aeruginosa and the change of the cell structure features, the detection of the concentration change of extracellular and intracellular Microcystins, the research on the effect and mechanism of.inactivation of Microcystis aeruginosa as well as on removal of Microcystins and the research on the release process of intracellular substance caused by algal cell structure damage by the plasma technology will be conducted. All these research work will provide the scientific basis for further study and actual engineering application.

铜绿微囊藻水华是淡水水环境污染中危害最严重的一类，这些铜绿微囊藻会释放出藻毒素，对人体和水生态环境造成危害。寻求有效的铜绿微囊藻及藻毒素控制技术，对于饮用水的安全保障具有重要意义。本研究即是利用高压脉冲放电等离子体技术这种新方法来对水中铜绿微囊藻进行灭活及去除藻毒素。通过研究确定最佳的放电形式，测定放电产生的活性物质量的变化和光辐射强度及分布状况，分析放电过程产生的物理化学效应之间协同作用。选择合适的固体催化剂，并研究催化剂在强化高压脉冲放电过程中所起到的作用和反应机理。在不同的放电反应操作条件下，观察水中铜绿微囊藻的生长过程和细胞结构等特征的变化，并检测胞内外微囊藻毒素浓度的变化，研究放电过程对铜绿微囊藻的灭活以及对藻毒素的降解去除效果及反应机理。对等离子体技术对藻细胞结构破坏导致胞内物质的释放过程进行研究。为该方法的进一步研究开发和实际工程应用提供科学依据。

寻求有效的铜绿微囊藻及藻毒素控制技术，对于饮用水的安全保障具有重要意义。在本项目中采用混合气液两相放电形式对于铜绿微囊藻的灭活及藻毒素的去除效果和反应机理进行研究。通过设计不同形式的混合气液两相放电反应器，研究在反应器中加入多种固相颗粒催化剂或负载型催化剂后，选择最优的反应条件。气相放电为主体时，添加固相催化剂后，随着电压的增加和气体流速的增加，活性物质的量增加，放电强烈，产生的紫外光强增加。水中气泡放电时，随着电压和气体流速的增加，活性物质的量也增加。随着电压峰值、脉冲频率、处理时间和曝气量的增加，藻的灭活率提高。放电过程造成了藻细胞向周围的介质中释放了大量的胞内物质。细胞SOD活性大幅度下降。MDA含量和细胞膜通透性的变化，也说明了藻细胞被破坏。在脉冲电压为35kV，反应时间为30min时，随着脉冲频率和氧气通入量的增加，藻毒素去除率达到90%。加入叔丁醇后，藻毒素的去除率降低。说明了藻毒素降解的主要去除机理为羟基自由基的氧化作用。在不同的电压作用下，藻毒素的去除满足一级反应动力学。处理之后的1体积的藻溶液对于10体积的未处理的藻溶液中的藻的生长产生了较大的抑制作用。随着电压的升高，降低了胞内毒素的产生。胞外毒素的变化总体趋势是先增加后降低，随着放电的进行，胞外藻毒素得到降解去除。该技术能够对于水中铜绿微囊藻的灭活和藻毒素的去除发挥作用。在实际应用中根据实际条件，既可以作为水源水污染的治理技术又可以作为水厂的预处理技术或深度处理技术。通过本项目的研究能够为该技术的实际应用提供理论依据，并分析探讨该技术工程应用实施的方式，这将对此项技术的推广和实际应用具有重大的意义。