太湖蓝藻水华污染是太湖水体富营养化的直接后果,而频繁暴发的蓝藻水华会使水质恶化、湖泊生态退化,不仅破坏水资源环境,还制约社会经济可持续发展。蓝藻水华所释放的藻毒素给人类和水生动植物带来的巨大健康隐患。低频低功率超声除藻是一种环境友好除藻技术,其除藻效率高,除藻后不仅不影响水质,不产生二次污染,还使水质得到改善。　　 目前关于超声去除太湖蓝藻的即时反应动力学的研究极少,关于超声除藻前后水体水质指标变化的研究尚未见报道。本研究通过医工结合,应用声学、环境工程和公共卫生学等学科知识,研究超声治理蓝藻水华污染的关键问题。用不同的超声反应装置工艺设计与参数处理藻污染的水体,尤其是水华暴发期间的水质严重恶化的水体,观察超声除藻效果,构建超声除藻反应装置,初步建立超声除藻反应动力学模型,同时结合关于超声除藻前后水质变化情况研究,了解超声除藻技术对水体可能会造成的影响,从而评价超声除藻技术除藻的效果及对水体水质的影响,并为将来超声除藻现场试验及工程化研究提供进一步的基础研究资料。本实验研究内容和结果如下:　　 一、优化超声除藻反应装置工艺设计与参数组合实验研究　　 以太湖捞取的蓝藻为实验对象,对比超声作用前后溶液中蓝藻浓度的变化,优化超声反应装置工艺设计(辐射头放置方式、深度)与参数组合(频率、功率、辐照时间、藻浓度),并结合超声在去气水中的声场分布特点对超声除藻进行研究。研究结果表明,超声除藻反应装置工艺优化设计:超声辐射头放置方式由下向上,超声辐射头放置深度为0.5～1cm;优化超声参数:20 kHz±10％的频率、30W±10%的功率、240s的辐射时间;相同处理条件下,在藻浓度为106～108个/mL的范围,藻浓度越低,超声对藻细胞的去除效果越明显。　　 二、超声除藻反应动力学探讨　　 根据优化超声除藻反应器的工艺设计与参数组合实验研究的结果构建超声除藻反应器。在该反应器内进行超声除藻实验,确定超声除藻即时动力学的反应级数和反应速率方程,若为一级反应,则研究超声频率、功率和太湖蓝藻初始浓度对动力学过程的影响,初步建立超声去除蓝藻的即时反应动力学方程式;若非一级动力学,则查找资料,研究多级反应动力学测定方法。研究结果表明,超声除藻即时反应为一级反应动力学,反应速率常数k值为-0.0072,R2为0.9918,一级反应方程为y=0.0072x+0.0867。在10～30W±10%范围内,除藻一级反应速率常数K的绝对值随着功率的增大而递增;在20～900kHz±10%范围内时,除藻一级反应速率常数K的绝对值随着频率的增大而递减;在106～108个/mL范围内时,随着浓度的增大,除藻一级反应速率常数K的绝对值减小。在叶等动力学模型的基础和本实验室条件下,推导建立动力学方程,即各影响因素(超声功率、频率、藻溶液初始浓度)对拟一级反应速率常数K的影响程度的关系式为:K=K0[C]0q(W)Bfr,其中K0为本征动力学常数,[C]0为藻溶液初始浓度(106～108个/mL),W为超声功率(10～30W±10%),f为超声频率(20～900 kHz±10%),a为溶液初始浓度的影响指数,B为超声功率的影响指数,r为超声频率的影响指数。　　 三、低频低功率超声除藻前后水质变化情况　　 在自制的反应器中进行超声除藻实验(超声频率20 kHz±10%、功率30 W±10%、辐射时间240s0,对比除藻前后实验溶液水体中水质指标,包括DO、COD、叶绿素a、TN、TP等含量变化,并比较不同处理方法(单独超声、单独阳光、超声后阳光)对MC-LR、MC-RR的降解效果,评价超声除藻技术。研究结果表明,超声除藻后静止24h,水质指标DO值从0.66mg/L升高到3.08mg/L;COD值发生一定程度的下降,最大下降率可达到22.6%;Chl-a浓度下降幅度最大可达到70.8%;TN、TP浓度均有明显下降,但氮盐下降幅度大于磷盐的。三种处理方法对藻溶液中的藻毒素均有降解作用,但降解效果由高到低的排序是超声后阳光作用＞阳光单独作用＞超声单独作用,超声作用后再将水样置于阳光下照射480min后,MC-RR和MC-LR的降解率分别是78.4%、77.7%。因此,低频低功率超声不仅不会造成水体的二次污染,还能改善水体水质指标;低频低功率超声后,水体表面的藻细胞下沉,水体透明度上升,阳光对水体中藻毒素的光解作用得以加强。