随着我国工农业的快速发展和城市人口密度的急剧增加,人类向水体中排放大量的化肥、人畜粪便以及含磷洗涤废水等污染物,水体的富营养化趋势日益严重.水源的富营养化会给饮用水的安全性带来极大的隐患,对饮用水的生产造成严重的影响.因此寻找高效的抑藻方法显得尤为重要. 由于现有的抑藻技术都存在着一定的局限性,因此发展新型的抑藻技术已成为当前国际上水质净化的前沿性课题,同时也是我国水质污染控制的迫切需求.电解具有效率高、简单易行,一般不需添加化学药剂等优点,在水处理中具有良好的应用前景.水力空化技术作为一种新型水处理技术,具有设备简单、能效低、处理量大、无二次污染等诸多优点,因此在除藻抑藻方面可能会发挥其重要的协同作用. 针对景观水、饮用水、循环冷却水中藻类的污染问题以及水体富营养化的状况,本文以最易形成水华的优势藻种铜绿微囊藻为研究对象,以不加化学药剂的绿色方法为手段,系统研究了单独水力空化、单独电解及其联合作用抑藻的效果与机理.主要研究内容包括: 目前水力空化技术已引起了广泛的关注,它主要是利用空泡溃灭时所形成的极端的高温高压、强烈的冲击波和微射流及溶液中产生的自由基等作用而使有机物分解.但将其用于水处理领域在国内尚处于起步研究阶段,仍有大量问题需要进一步的探讨.在理论上,本文对经典的Wang-Brennen的水力空化空泡动力学模型进行了改进,考虑了空化管阻力损失、声辐射、液体的可压缩性以及真实气体的影响,建立了新的水力空化的气泡动力学模型,并利用该模型分析了水力空化发生的过程.研究发现,空泡溃灭时形成局部和瞬间的高温高压,声辐射和空化管阻力损失是水力空化模型必须考虑的两个主要因素.忽略液体的压缩性或者把泡内气体当作理想气体处理,对模拟结果的影响则较小.并且改进后模型的模拟结果更接近于实际状况.此外,本文考察了不同因素(包括输送压强、空泡初始泡径、水中的体积空泡数和含气种类等)对空化强度(溃灭压强)的影响.结果表明:①溃灭压强的自然对数与输送压强、近似喉管速度线性正相关.②溃灭压强将随着泡径的减小而急速升高.③空泡的含气种类对溃灭压强的影响很小.④随着体积空泡数的增大,空泡的溃灭压强也有所升高,但变化幅度并不大. 在应用上,采用此技术对铜绿微囊藻进行了处理.结果表明,处理时间、空化数、喉管管径、扩散(收缩)角、输送压强、藻密度、喉管长度和空化管管长等是影响其抑制效果的主要因素,并对水力空化管的构型进行了优化.其水力空化技术抑藻的最佳工艺条件为:空化时间40min、喉管直径3mm和扩散(收缩)角20°在此条件下,水力空化技术的抑藻效果明显,当初始藻密度约为1.550×10<6>cells/mL时,抑藻率可达到65.99﹪. 研究了电解对铜绿微囊藻的影响,发现电解有一定的抑藻效果.对影响抑藻率的主要影响因素(如电解时间、电流密度、极板间距、电解质类型和电极材料等)进行了单因素实验和分析研究,结果表明,电解时间是影响电解抑藻率的最主要因素,电流密度和阳极材料也是影响抑藻率的主要因素.确定了电解抑藻的最佳工艺条件,即:电解时间40min、电流密度10mA/cm<2>、极板间距4cm.对藻密度、电解时间、电流密度和极板间距等因素,进行了正交实验和分析.通过多因素的研究可知,4个因素对抑藻率的影响程度由大到小依次为:电解时间>电流密度>藻密度>极板间距.EPR谱图的变化表明自由基可能是抑藻的主要原因之一. 水力空化和电解技术对该藻的生长抑制表现在:两种技术都抑制了铜绿微囊藻细胞的正常生长繁殖,受损的细胞发生质壁分离,类囊体和气泡结构发生了改变,藻细胞中色素含量有所变化,使其光合效率下降,阻碍了藻胆体向叶绿素a传递光能等. 水力空化与电解联合作用对铜绿微囊藻有良好的抑制效果,二者对藻的抑制作用存在正的协同效应.电解可以弥补水力空化过程中作用位点密度较低的缺点;而水力空化产生的高温、高压、冲击波和微射流等极端条件,又强化了电解处理的效果.处理时间、电压、输送压强、初始藻密度和电解质等是影响其抑制效果的主要因素. 两种技术联合作用的抑藻效果要明显优于二者单独作用时的效果.初始藻密度约为1.42? 0<6>cells/mL 的藻液在两者共同作用下处理 20min,培养6天后的的抑制率为74.81﹪,比在相同条件下水力空化和电解单独作用时的抑制率分别提高48.05﹪和49.51﹪.该方法具有装置简单、运行管理方便、处理效果好、占地面积小、无二次污染等特点,适用于大规模污水的处理. 水力空化与电解联合作用抑藻的初步机理通过下列指标进行表征:(1) 通过对质膜透性的测定,发现细胞膜出现了膜脂过氧化伤害,导致细胞膜透性增加,电解质外渗,藻细胞严重受害,进而生长受到抑制. (2)通过对水力空化与电解联合作用前后藻细胞吸收光谱的分析可以看出,藻细胞的类囊体和气泡等细胞结构被严重破坏,色素含量和组成也发生了很大变化,从而引起细胞功能衰退.(3)利用流式细胞仪测定了两种方法联合作用前后藻细胞的叶绿素相对荧光强度.结果表明,两种方法联合作用可以使藻细胞的叶绿素相对荧光强度大大降低,正常细胞数量大大减少,藻的碎片数增加,说明藻类生长受到强烈的抑制.