脉冲强光对水中微生物及藻类灭活效能与机理研究

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水作为生命之源,是地球上所有生物、生命体不可或缺的物质,是人类赖以生存和发展的物质资源,是人类生产、生活并维护良好的生态环境所不可或缺的基本条件,而且还是自然界中唯一不可替代的、可重复利用的自然资源,它具有很多功能,包括生命支持功能,生产支持功能,维护环境功能,除此之外,发电、航运、景观和自然美等都是水资源的重要功能。但随着人类在社会、生产、经济等领域的迅速发展,对水的需求量也不断的增加,使水资源出现供不应求的紧张局面,同时各种工业生产造成的水污染问题日趋严峻,怎样尽量减少甚至是避免二次污染的情况下,去除水中微生物以及微生物所产生的有害物质成为水处理消毒领域人们越来越关注的重点。目前国内外水处理中使用的消毒方法有很多,传统水处理方法通常采用氯气作为饮用水消毒的化学药剂,虽然氯气的强氧化作用和良好的处理效果得到普遍认可,但氯气消毒容易产生卤代烷等有害的消毒副产物,使水体安全性下降。作为新兴氧化技术的脉冲强光闪照技术,以其操作方法简单、处理效率高、没有二次污染等优势引起国内外研究者的普遍重视。本论文利用脉冲强光消毒技术杀灭自然水体中的微生物、灭活水体中的铜绿微囊藻,通过光学显微镜和扫描电镜观察铜绿微囊藻经脉冲强光闪照灭活后细胞形态的变化并探讨其灭活机理。研究结果表明:(1)脉冲强光对自然水体中的微生物和水中藻类的灭活效果明显,有很强的致死作用,在饮用水消毒领域有很好的应用前景。(2)实验研究对象的灭活率与实验装置的闪照次数和输入电压有关,闪照次数越多,装置输入电压越大,微生物的灭活效果越好。(3)不同的水质因素条件下,松花江水样中细菌总数受脉冲强光闪照灭活效果产生的影响不同。水样温度不同对脉冲强光灭活效果的影响不明显;水中微生物随着溶液浊度的增加灭活率逐渐降低;溶液pH值为5.68、7.45和9.12的溶液中,经脉冲强光闪照后改变了菌液中的离子性质,灭活率分别达到了7.26个对数、7.59个对数、7.33个对数,因此在弱碱性溶液中脉冲强光的灭活效果更好。(4)铜绿微囊藻的灭活效果受脉冲强光输入电压、脉冲闪照次数、水体温度、浊度和溶液初始pH值等因素影响;适当增加脉冲强光闪照次数和输入电压均能提高藻的灭活率;在藻类最适生长温度范围内,灭活效果好;随着藻溶液浊度越来越大,灭活率逐渐降低,浊度对灭活效果影响明显;在适宜铜绿微囊藻生长的pH范围内,经脉冲强光处理的弱碱性藻液产生的藻的灭活效果好于弱酸性的。(5)通过光学和电子电镜的观察,结合已有的实验结果推测,导致铜绿微囊藻细胞死亡的原因是由脉冲强光闪照造成的物理和化学作用的共同影响。脉冲强光放电破坏了藻细胞的外围结构,细胞出现大量孔洞,细胞内类囊体和藻胆体遭到破坏,是导致细胞死亡的主要原因。
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