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在水体富营养化成为全球性问题的背景下,探究如何杀死造成水体水华的藻类细胞且不造成水体的二次污染无疑成为研究的热点和难点。目前杀死有害藻类细胞的方法主要有杀藻剂-化学方法、紫外辐照技术、超声破碎技术、电子束辐照技术等,但是这些方法存在一定的局限性,可能造成水体的二次污染。等离子体放电技术可以通过放电过程中产生的羟自由基,含氧自由基(包括羟基自由基),H2O2,UV,冲击波等对生物体造成直接或间接的损伤。目前关于等离子体对生物作用效应和机理也是人们关注的热点问题。而介质阻挡放电技术作为等离子体技术的一种已经广泛应用于病原菌的灭活、化学合成、薄膜沉积、物质表面改性、污水处理等方面。在污水处理方面,介质阻挡放电技术因其设备简单,易操作,高能效以及环境兼容性而成为一种具有重要应用前景的水处理技术。 本论文工作旨在应用等离子体技术中常用的介质阻挡放电技术高效处理引起水华的优势藻类-铜绿微囊藻,通过改变处理条件而达到最优灭活效果,研究其灭活机理。研究中,我们应用流式细胞术的方法检测等离子体灭藻效果,通过区分细胞的状态可以准确计算灭活率。在研究不同条件的灭活率的变化时,我们发现放电后的样品在放置过程中灭活率仍然继续增加,这是等离子体灭藻的延时效应。对此我们仔细研究了延时效应,这方面的研究可为探寻高效经济的杀死藻细胞的放电条件提供实验方法和依据。 论文主要研究结果总结如下: 1.建立了基于流式细胞术正确计算藻细胞灭活率的方法。按不同比例混合活细胞和死细胞,经SG-I/PI的双染后,对样品进行流式细胞仪检测,检测结果表明,活细胞只能被SG-I染色,死细胞被PI染色,通过不同的荧光通道将死细胞和活细胞分开。用此方法对不同放电时间处理后的藻细胞样品进行检测,还发现一种中间状态的细胞,用TUNEL和Caspase-3 activity两种凋亡试剂盒检测后证实这种中间状态的细胞就是凋亡细胞。 2.基于流式细胞术检测藻细胞灭活率的方法,分析了介质阻挡放电后藻细胞灭活率随样品放置时间的变化,提出利用延时效应优化灭藻条件的方案。放电过程产生高浓度的H2O2是造成藻细胞灭活率延时效应的最主要因素,而且H2O2需要达到一定的浓度才能出现明显的延时效应。另外,由放电引起生成的细胞内ROS对延时效应也有贡献,放电后的样品在放置过程中,凋亡细胞数也有所增加,而这种凋亡细胞数的增加与H2O2和细胞内ROS的含量是相关的。由此,我们将介质阻挡放电对铜绿微囊藻细胞的即时灭活和延时灭活结合起来,提出达到最佳放电时间和最佳放置时间的方法。一般来说,对于要尽快灭藻的情况,可以加大放电时间,如果是为了降低灭藻成本,则应该充分应用延时效应。 3.分析介质阻挡放电其他条件对藻细胞灭活率的影响。随放电电压的增加而增加,随放电时间的增加而增加,随放置时间的增加而增加;空气条件下的灭活率要明显高于氩气条件下的灭活率。通过Box-Behnken实验优化结果可以预测达到不同灭活率所对应的单位时间灭活率最高的放电时间、溶液体积和溶液浓度。 4.利用三维荧光和高压液相色谱技术研究介质阻挡放电对铜绿微囊藻细胞和藻毒素的作用和影响。实验结果表明,随放电时间的增加,藻细胞膜受损伤程度加深,细胞内含物逐渐释放出来;当放电达到某个时间时,细胞内含物包括藻毒素的释放量达到最大值,并随着放电时间的增加内含物被有效的降解。由此显示,介质阻挡放电技术的环境兼容性高,对水体不造成二次污染,在污水处理中具有重要的应用价值。