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大连水产学院 硕士学位论文 高压电场对水和单胞藻影响的试验研究及系统设计 姓名：曲冰 申请学位级别：硕士 专业：农业生物环境与能源工程 指导教师：胡玉才 20050601 高琏电场对求和单脆藻影响的试验研究及系统设计 摘要 本文高压电场对水和单胞藻影响的试验研究及系统设计，主要从高压脉 冲电场对水的作用、高压静电场对小球藻光合作用的影响和高压电场处理器 系统的研究三个方面来论述。 用三种不同的水介质作为负载，通过改变水体的体积和高压电源的电压 来研究不同的水介质对高压脉冲电场电参量的影响。试验结果表明，各种不 同的水体作为高压脉冲电场的负载，对高压脉冲电场的电参量有一定影响， 其基本规律是：体积和脉宽成正比和频率成反比。这三种水( 纯净水、自来 水、海水) 作为负载所产生的电压脉冲宽度相差不大，在o - 5 m s 之间。 本文用高压电场系统对海水小球藻作了处理，并观察测量小球藻的光合 作用的情况，试验得出：在l o k v c m 的电场强度下，经过1 5 m i n 处理的小球 藻其光合作用的能力大幅提高，而经过2 5 m i n 处理的小球藻其光合作用被抑 制。试验测试了不同处理时间段的小球藻的叶绿素含量，发现叶绿素a 的含 量并投有显著的变化。 借鉴高压脉冲电场对液体食品灭菌的研究成果，对处理器系统进行了比 较研究，为了深入开展水和水生生物电场生物效应的研究和应用，我们设计 了种新的处理器，即圆筒形螺线管式动态高压电场处理器，解决了处理量 少，散热效率低等问题，并对此处理器串请了专利。 关键词：高压电场；水介质；光合作用；处理器 ! ! ! 兰曼! 旦! 坐鱼旦q ! 坠鱼垦坠曼鲤坠曼! ! 呈! 里旦型! ! ! ! 望垦垒翌旦! 坠! 曼垦生生望生垒垦垒! 旦垒 a b s t r a c t i td e s c r i b e dt h eh i g hv o l t a g ee l e c t r i cf i e l d ( h v e f ) e f f e c to nw a t e ra n du n i c e l l u l a ra l g a t h e t h e s i sw h i c hh a st h r e ep a r t s ，t h eh v e fe f f e c to nw a t e rt h eh v e f e f f e c to n a l g aa n dt h eh v e f p r o c e s s o rs y s t e m u s i n g t h r e ed i f f e r e n tk i n do f w a t e r ，w es t u d i e dt h ei n f l u e n c eo fe l e c t r i cf i e l d sp a r a m e t e r sb y t h ed i f f e r e n tk i n d so fw a t e r , v o l u m eo fw a t e ra n dt h ev o l t a g e i tf o u n dt h a tv o l u m eo fw a t e r e f f e c to nt h ep a r a m e t e ri ne v i d e n c e t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nv o l u m e ，v o l t a g ea n dt h ef r e q u e n c y p u l s ew i d e a n dt h e p e a k t op e a kc a nb es e e m e di nl i n e a r i t y c h l o r e l l av l g a r i sw a sp r o c e s s e db yh i g hv o l t a g ee l e c t r i cf i e l di nt h i s e x p e r i m e n t 。t h e nw e o b s e r v e dt h ep h o t o s y n t h e s i so ft h ea l g a i tf o u n dt h a tt h ea b i l i t yo fp h o t o s y n t h e s i sh a sb e e n i m p r o v e db yt r e a t i n g 15m i nu n d e rl k v c me l e c t r i cf i e l d i n t e n s i t y b u tw h e nu s i n g 1k v c m i n t e n s i t yt ot r e a tw i t ha l g af o r2 5 m i n t h ea b i l i t yo f p h o t o s y n t h e s i sd e s c e n dc l e a r l y a n di tw a s n t f i n dt h ec h a n g i n go f t h ec h l o r o p h y l ln om a t e rw h a t t r e a l i n gc o n d i t i o n t h e e q u i p m e n t o ft h eh v e fi n f l u e n c eo nb i o l o g yb a s h tas u c c e s s f u lm o d e l s ow ei n v e n t e da n e w p r o c e s s o ra n da p p l y f o rp a t e n tf o rt h i sn e w p r o c e s s o n k e yw o r d ：h i g hv o l t a g ee l e c t r i cf i e l d ；w a t e r ；p h o t o s y n t h e s i s ；p r o c e s s o r i i 第一章绪论 1 1 研究的目的和意义 第一章绪论 海洋是一种生物与环境、生物与生物之间相互依存，相互制约的复杂生态系统。系统 中的物质循环、能量流动都是处于相对稳定，动态平衡的。海洋浮游生物类作为海洋食物 的基础环节，是海洋生态系统中的主要初级生产者。在海洋环境条件适宜的情况下，他们 通常会迅速增殖，形成所谓的水华( b l o o m s ) ，有时浮游植物的暴发性增殖会造成鱼类死 亡，生态环境恶化。通过藻毒素污染海洋食物，从而对人类健康甚至生命造成威胁。国际 科技界把这种现象称之为有害藻类东华 h a r m f u la i g a lb l o o m s ( h a b s ) ，通常情况下称为 赤潮( r e dt i d e s ) ”。 当赤潮发生时，微小的藻类暴发性繁殖和高密度聚集，引起海水变色，这种动态 平衡遭到干扰和破坏。在植物性赤潮发生初期，由于植物的光合作用，永体会出现高叶绿 素a 、高溶解氧、高化学耗氧量“。这种环境因素的改变，致使一些海洋生物不能正常生 长、发育和繁殖，导致一些生物逃避甚至死亡，破坏了原有的生态平衡。赤潮还会危害人 类健康，有些赤潮生物分泌赤潮毒素，当鱼虾、贝类处于有毒赤潮区域内，摄食这些有毒 生物，虽不能被毒死，但生物毒索可在体内积累，其含量大大超过食用时人体可接受的水 平。这些鱼虾、贝类如果被人食用，就会引起人体中毒，严重时可导致死亡。引起赤潮的 主要生物包括原甲藻、硅藻、隐藻、裸甲藻、兰藻等浮游生物以及某些细菌。目前，对赤 潮的治理方法主要是通过物理方法、生物方法或化学方法来抑制这些赤潮生物的生长”。1 。 在现今的海水养殖中，各种海珍品的幼苗其开口饵料往往都是些微小的单细胞藻 类，例如，小球藻、金藻以及角毛藻等。面作为海珍品的饵料，要求这些单细胞藻类具有 易于培养，成本低，所含的营养价值高的特点。目前，对单胞藻的培养就是简单的置于池 中并加入适量的营养盐令其自然生长繁殖。 单细胞藻类，简称单胞藻，又名微藻，典型的单胞藻有金藻、角毛藻、小球藻等。因 其利用个体大小合适，生长繁殖旺盛，易培养等，我们将它作为实验对象。寻找电磁场对 单胞藻类生物的促进或灭杀效粟的一般规律，从而为电磁场对单胞藻类的生物效应的后续 实验研究打下坚实的基础。 在生物电磁学领域中，电磁波产生的生物学效应及其应用是一个十分重要的研究课 题。近十多年来，人们把研究目标转为研究非热生物效应上，即生物在电磁波作用下，特 别是在低强度、长时间弱电磁场作用下，生物体内不产生明显的温升，或其产生的温升在 生物体自身温度起伏的范围之内( 可忽略) ，但却可以产生强烈的生物响应，从而使生物 体发生生理、生化功能的各种变化，表现为生物有机体对作用因子具有频率选择性和功率 选择性。这种非热生物效应往往发生在远离平衡态的情况下，即生物体对电磁波的响应是 非线性的，由外界小能量的诱导可以在生物体内部释放出巨大的能量。大量实验“”证实 了非热生物效应实际上是电磁场或电磁波对生命过程中新陈代谢干扰的结果，而这种干扰 实质上又是电磁波对新陈代谢中各种生物化学反应的非热作用所致。非热效应的能量不是 来自电磁波而是来自生物体内本身的新陈代谢，电磁波只存在刺激作用。大量实验证明， 高压电扬对水和单胞藻影响的试验研究及系统设计 环境电场发生变化，将影响植物的生长，果蔬采后的呼吸强度和动物器官的生理功能，可 以改变生物的遗传性状。本文研究的就是高压电场对单胞藻的繁殖和生长的特性和规律。 电磁场对单胞藻生物效应的试验研究，其目的就是要通过实验从中总结出规律，从而 寻求电场作用机理方面的突破。另外，其研究结果可以指导生产，或直接应用于生产实践， 是电磁场技术应用的一个新领域。因此无论是深入开展生物效应研究，探索生物效应的发 生机理，还是对海洋环境保护都具有非常积极的意义。 1 2 国内外研究现状和发展趋势 众所周知，空气、阳光和水是生物赖以生存的基本条件。事实上，无色无味，看不见 摸不着的电磁环境也是生物所必器的物质条件之一。长期以来，电磁环境对生物生长发育 的影响并没有受到科技工作者的重视。直到2 0 世纪7 0 年代末，低水平电磁辐射的兴奋作 用被科技界认可，特别是现代通讯手段的发展，吸引了越来越多的科学家关注电磁环境对 生物生长发育的影响，从而引发了世界范围内对电磁辐射非热生物效应研究的热潮”。 地球上的生物在它们的生活中有一个不可忽视的环境因子，那就是自然界中所存在的 电磁场。我们知道，自然界是个静电的海洋，地球上的生物都生活在一个巨大的电场环 境之中，地球电离层相对于地面有3 6 0 k v 的正电位，地球表面附近的电场强度约为1 3 0 v m ， 整个地球每秒钟内都有大约1 8 0 0 库仑的正电荷从大气中流入地球内，而地球表面上的生 物体正是这1 8 0 0 安培的大气电流的重要通道。实验证明”1 ，生物的各种生命活动都伴有电 现象发生，而电现象是一切生命活动的信号，这种电信号是有机体生长、发育的前兆。囡 此适当地控制和改变生物体的电活动，就有可能影响和刺激生物体的生长发育，从而改变 生物体生长发育的进程。要改变和控制生物体的电活动，除了直接的电刺激外，就是外界 环境电场，即人为地对生物体施加电场，如匀强电场、非匀强电场、电晕场、脉冲电场等 等，这些电场都能够不同程度地影响生命系统内的自然电场，促进或控制生物体的生长和 发育，从而引起诸多的生物学效应。 高压电场环境生物效应研究简称电场生物效应研究，主要研究各种环境电场对生物体 ( 包括动物、植物、微生物和人) 所产生的影响以及产生这些生物学效应的微观机制。大 量的实验结果表明。不同的电场作用于同一生物体和同一电场作用于不同的生物体都会产 生不同的生物学效应，其中促进生物生长发育的效应称为正效应或兴奋效应；而阻碍或破 坏生物生长发育的效应称为负效应或抑制效应。由于外界环境的电场发生变化而引发的生 物学效应被称为电场环境生物效应。 1 。2 1 国内外的电场生物效应研究 电致生物效应包括电流生物效应和电场生物效应，利用电流或电场处理生物体，以期 获得生物效应，国外早有人从事这方面的研究”1 。e j f r i n g ( 1 8 8 2 ) 就曾研究过电流处理生 物体所发生的弯曲现象。w i l h e mr o u x ( 1 8 9 2 ) 观察到许多动物卵细胞施加电场后，细胞 质出现了明显的分层现象。a l b e r tm a t h e w s ( 1 9 0 3 ) 首先提出生物体内的自然电场可能影 响生物体的生长和发育。b r a u n e r 和b u n n i n g ( 1 9 3 1 ) 发现将植物置于电场强度为6 4 0 v m 的电场中，会发生向电性弯曲，根弯向阴极，而胚芽鞘和基茎则弯向阳极。h o d i n 和h u x l e y 2 第一章绪论 ( 1 9 3 9 ) 以无脊椎动物枪乌贼的巨大神经为材料，首次在生理学上证明，在没有任何外来 刺激的情况下，神经纤维膜内、外之间存在蓿跨膜电位差，膜内为负，膜外为正。 二次大战后期及战后的一段时期内，研究者的注意力集中于高剂量电离辐射的杀伤作 用上。1 9 6 1 年h e n r yh f 发表论文，他认为不见得任何小量的电高辐射都有害。此后， 日本、欧美和前苏联等国的研究者，如l e m u r f ( 1 9 6 5 ) ，g h s i d a w a y ( 1 9 6 8 ) ，i a n d e r s o n ( 1 9 7 1 ) ，伊板( 1 9 7 5 ) ，a d s e n a t r a ( 1 9 7 8 ) ，m a r i n o ( 1 9 8 3 ) ，r e c h ( 1 9 8 7 ) ，a z a d m i v ( 1 9 9 3 ) ，sopog h h ，i 1 审( 1 9 8 6 ) 等等开始将电场生物效应用于农作物选种，杀 菌保鲜，促进生长发育和生物工程等方面，开展了大量的试验研究和理论研究”1 。 我国早期从事动植物电生理研究，主要是基础理论方面。应用电磁场处理农业生物体， 研究其生物学效应和增产效应，是从七十年代开始的，至今已经有十几个研究小组试验了 几十种植物种子，而且已有部分成果在农业生产中得以推广。“。 大量的实验证明，环境电场发生变化，可影响植物的生长”2 ”。用足够强的静电场诱 发蚕豆、黑麦等植物时发现，场强为4 0 0 k v m 的静电场对促进黑麦生长和有丝分裂存在影 响“”1 ；而1 5 0 3 0 0 k v l m 的场强有促进蚕豆生长作用，但4 0 0 k v m 的电场对蚕豆生长起 抑制作用。有报道高压静电场能影响植物根系生长，正高压静电场促进根系生长，负高压 静电场对根系生长起抑制作用“”。静电场对人及动物有刺激作用，适量的刺激具有积极的 效应，过量的刺激有害健康“。大量实验”1 证明动物和植物在人工高压正静电场的作用 下，生长过程将会明显地加快，其体重及产量将有所提高。至今，我国的电场生物效应研 究，涉及到处理种子、促进生长发育、果蔬保鲜、医疗保健和生物工程等几个领域。 在电场生物效应领域中，利用电场进行非热灭菌技术近些年越来越受到人们的关注。 非热灭菌技术包括脉冲电场、振荡的脉冲磁场、微波及电磁场、电子电离辐射、强光脉冲 和高压处理等技术，其中脉冲电场技术最令人关注。h a m i n t o n 和s a l e ( 1 9 6 7 ) ：s a l e 和 h a m i t o n ( 1 9 6 7 ，1 9 6 8 ) ，h u l s h e g e r 和n i m a n ( 1 9 8 0 ) ；h u l s h e g e r 等人( 1 9 8 1 ，1 9 8 3 ) ：m a t s u m o z o 等人( 1 9 9 1 ) ；j a y a r a m 和g r a h l 等人( 1 9 9 2 ) ：c a s t r o 等人( 1 9 9 3 ) ；p o t h a k a m u r y 等人( 1 9 9 4 ) ； b a r b o s a c a n o v a s 等人( 1 9 9 4 ) 都报道过脉冲电场方法能够有效地灭杀流体食品中的细菌及 微生物。美国华盛顿州立大学己研究出了较为成熟的仪器，并申请了专利”3 。”1 。 对于脉冲电场的杀菌效果其中一个解释就是电介质破裂理论( z i m m e r m a n n 以及其他 人( 1 9 7 6 ) ：z i m m e r m a n n ( 1 9 8 6 ) ) 。一个外加电场表明对电场中的生物体的细胞膜加上了 一个电势差，这个电势差会促使细胞膜中的静电电荷分离而细胞膜的双极子特性就被改 变了( b r y a n t & w o l f e ，1 9 8 7 ) 。当这个横跨膜电势超过了一定值大约是1 v 时，载流子分子 之间的排斥就促使了膜比较弱的区域就形成了孔道( z i m m e r m a n n 以及其他人( 1 9 7 6 ) ；b e n z 以及其他人( 1 9 7 9 ) ；b e n z z i m m e r r n a r m ( 1 9 8 0 ) ：h o f m a n n e v a n s ( 1 9 8 6 ) ；z i m m e r m a n n ( 1 9 8 6 ) ：c h a n g & r e e s e ( 1 9 9 0 ) ) 。当横跨膜电势超过极限值时就对活细胞产生致命的效 果。随着高压脉冲技术的不断发展和完善，这一技术必将被大规模工业化应用“8 。3 ”。 1 2 2 水生生物的电场生物效应研究 国外对水产生物电场生物效应的研究报道很少，国内在这一领域开展工作的也不多。 近十几年来，对于水产经济动物的实验研究，主要集中在以下几个方面。： 1 对团头鲂及异育银鲫的四细胞期胚胎进行电场刺激后，其鱼苗的成活率普遍提高。通 3 高压电场对水和单施藻影响的试验研究及系统设计 常孵化池中孵化的鱼苗在池中只能存活6 7 天，而胚胎受过电场刺激的鱼苗在孵化池 中可以存活ll 天以上，且放养的效果十分良好。 2 对异育银鲫四细胞期胚胎进行三分钟的电场刺激后，可使其出苗率提高2 0 左右。 3 比较各种淡水家鱼在四细胞期胚胎和神经期胚胎受电场刺激后的生长情况发砚：前者 的后期生长速度加快2 0 5 0 ：而后者的后期生长速度提高得更快，可高达5 0 以 上。 4 自1 9 9 4 年始，大连水产学院胡玉才等也开展了水生生物的静电效应研究，以海洋水产 生物为研究对象，初步的实验结果表明，鲍的受精卵经高压静电场的适当处理后，不 仅孵化率和着扳情况较好，而且幼苗期的活力增强，有利于提高出苗率。对幼鲍和病 鲍的处理，有利于提高成活率和抗病能力。 5 除了电场对各种鱼类产生了诸多的生物学效应外，电场对其它水生生物如角毛藻和浮 游生物等也都有不同程度的效应，主要表现是细胞分裂加快或抑制其生长，甚至是死 亡。 1 3 存在的问题 随着人们生活水平的提高，各类电子产品进入千家万户，有关物理因素对人类生理和 心理的影响以及物理因素对生物多样性的影响，逐渐引起人们的关注。正因如此，关于物 理因素的生物学效应的研究进展迅速，但由于生物体的复杂性使得每种生物的突交条件干 差万别，且一些突变的具体机理还无法找出，还有很多物理因素对生物影响机理还需深入 探讨。电场生物效应是以生物的宏观现象表现的，而这些宏观现象与生物体内的微观过程 和机制有着密切的联系。因此，研究电场生物效应的重要任务应该是：一方面要搞清楚电 场效应的宏观现象：另一方面要揭示出电场效应的微观机制；例如电场如何影响生物体内 的电子传递，电场与生物体内自由基活动，电场与各种酶活性，电场与生物体的代谢过程 等等。然而，目前的研究现状是：宏观现象的研究尚处了资料积累阶段，微观机制的研究 还很分散和表浅，远没有达到相互联系和明确阐述的程度。 目前，海水养殖业发展势头迅猛，水产品已经成为人类生活必可不少的优质蛋白源。 利用物理因素开展对水产经济动物及水产动物括饵料的品种改良，无疑是一个良好的途 径。水产生物电场环境生物效应的实验研究，虽然取得了一定的进展，但是目前的研究工 作仍处在揭露事实、积累经验、总结实验规律的初级研究阶段，有待探索的问题还很多。 目前对于电场环境生物效应机理的认识大都在细胞水平上进行分析与解释：在实验研究 中，主要存在的问题有以下几个方面： 1 根据电场处理单胞藻的情况，不同的品种对电场的反应是不同的，并且都有其最佳处 理条件，即合适的电场类型、电场强度和处理时间等等。而水产生物的最佳处理条 牛、 特点和规律如何，至今还没有人进行过系统的实验研究，探讨这些问题有着重要的现 实意义。 2 水经过电、磁及其他物理因素处理后会出现多种有趣的效应这些效应有的已经开始 在工农业生产及人类生活中得到应用，但遗憾的是电场对水的内部结构的影响迄今尚 未有一个有说服力的解释。 3 高压电场对水产生物的环境生物效应研究进展缓慢。主要有两方藤的原因：一个是所 4 第一章绪论 观察到的生物效应的不确定性；另一个是研究对象及水环境比较复杂研究难度较大 微观机理不清楚。 4 对于水生生物的研究进展缓慢的一个原因是相应的用于水和水生生物的较为成熟的、 价格合适的试验处理系统还没有成型的产品。 1 4 本文研究主要内容 本文研究的主要内容有以下三个方面： 1 寻找水体环境对高压脉冲电场电参量影响的规律； 2 对小球藻进行高压静电场的处理试验，研究电场对小球藻的生物影响 3 研究和改进现有高压电场处理器系统。 高压电场对水和单胞蒹影响的试验研究及系统设计 第二章水介质对高压脉冲电场电参量的影响 水是生命活动不可缺少的重要物质，无论是动物还是植物其生理、病理过程都和水有 关，水的结构改变直接影响着生命活动的进行。电场对生物的各种效应已有一些研究报道， 在离压电场的作用下水的某些性质发生变化，比如著名的“浅川i 效应”，浅i l 发现：在高 压电场下，水的蒸发变得十分活跃，施加电场后水的蒸发速度加快，并认为电场消耗的能 量很小。”。电磁场对水的其他理化影响也逐渐被入们所认识和利用比如利用高频电场处 理水在防止水垢方面的研究，采用高频电场对水进行处理后，具有很好的防垢、脱垢效果， 对环境、水质不产生任何影响“”。但直接研究以水为负载对电场的电参量影响还没见报道。 水体环境的条件改变对电场电参量的影响是毋庸置疑的，本实验以自来水、纯净水以及海 水为水体试验材料探讨电场的强度和负载量的变化对电场的性质的影响，给电场的某些 生物效应解释奠定基础。 2 1 试验材料和试验方法 本实验采取自来水、纯净水、海水为材料，其中纯净水为杭州娃哈哈牌纯净水，批号 为3 3 1 2 1 0 ：自来水取自本校内的生活用水；海水取自大连水产学院水生生物实验室使用的 黑石礁海域的沙滤海水。 试验用的电场处理系统：高压电源为大连理工大学静电与特种电源研究所研制的 z g f i 型直流高压电源系统，可以提供o - 6 0 k v 的直流高压电源；处理装置为自制的平板型 电场处理器，由两个直径为2 0 e r a ，厚度分别为5 m m 和3 r a m 的铜板和不锈钢板组成：在 两平行板中心位置上放置直径1 4 c m 高8 c m 的圆柱状玻璃器皿作为处理器，试验时将待处 图2 - 1 高压电场处理器的处理装置 6 第二章高压脉冲电场的水体处理 理的液体放到处理器中。在此基础上，外接一个脉冲发生器，脉冲宽度可调，从而在两极 板阎形成高压脉冲电场。根据实验条件的要求，两个电极板问可以产生0 4 k v c m 的高压 电场；图( 2 1 ) 为匀强高压电场处理器的装置图。 实验采用的测量仪器是t e k t r o n i x ( 泰克) 电子有限公司生产的t d s 0 1 2 型号的数字 存储示波器( 图2 2 a ) ，该示波器既可以存储波形，也可以通过连接打印机而将波形打印 出来。由于测量的是高压，所以我们不能用普通探头来连接示波器和测量端，我们这罩使 用的是特殊的p 6 0 1 5 a 型号的高压探头( t e k t r o n i x 数字示波器的附件) ( 图2 2 b ) 。 t d s i o l 2 ( a )( b ) 萄2 - 2t e k t r o n i x t d s1 0 1 2 示波器和p 6 0 1 5 a 高压探头 f i 9 2 2m o d e lt e k t r o n i xt d s1 0 1 2o s c i l l o s c o p e sa n da c c e s s o r y 在试验时将处理装置和高压脉冲电源连接好，示波器的高压探头和高压脉冲发生器输 出端相连接，保证接地端良好的按地。这样我们就可以在示波器上显示输出的脉冲波形， 同时我们把示波器通过一根串口线同微机相连扩展示波器的存储空间和控制范围，利用 i n s t r u m e n tm a n a g e r 和w a v e s t a rf o r0 s c i l l o s c o p e 两个软件对示波器显示的波形进行 控制、捕获、存储和分析。 试验时，我们先将准备好的水样1 0 0 m l 至于处理器中，分别加载不同等级的电压，电 压等级分趴为：2 5 k v 、2 6 k v 、2 7 k v 、2 8 k v 、2 9 k v 、3 0 k v 六个等级，因为平行板间距是一 定的，所以完全可以用电压来表征电场强度，对应不同的电场强度。然后每次增加i o o m l 的水样，再依次加载六个等级的电压。以此类推，直至水样体积增加至1 0 0 0 m l 。试验时的 室内条件为，温度：2 0 ；相对湿度：7 0 。 2 2 纯净水对高压脉冲电场电参量的影响 将纯净水按照2 1 所述的方法放入处理器中，分别加载不同等级的电压，从示波器中 捕获不同条件下的波形，由于波形较多，我们只选取其中几个作为代表，如图2 3 所示 为( a ) 2 0 0 m l ，2 8 k v 、( b ) 4 0 0 m l ，2 8 k v 、( c ) 6 0 0 m l ，2 8 k v 、( d ) 8 0 0 m l ，2 8 k v 、( e ) 1 0 0 0 m l ，2 s k y 下捕获的波形。 高压电场对水和单胞藻影响的试验研究发系统设计 ( b ) ( d ) ( e ) 图2 - 32 s k y 电压下不同体积示渡器捕获的波形 f i 9 2 3w a v eu n d e rd i f f e r e n tv o l t a g ea n dv o l u m e 2 2 1 对高压脉冲电场频率的影响 将示波器显示的不同条件下所有波形进行捕获、存储后，利用w a v e s t a rf o r o s c i l l o s c o p e 的软件把存储的波形进行分析，得到频率变化的数据，图2 - 4 是在电压为 2 8 k v ，体积从l o o m l - l o o o m l ，频率的变化的实验结果。从试验曲线来看，随着体积的增长， 频率逐渐降低，基本上是星线性变化。从量值上来看，在体积从1 0 0 一1 0 0 0 m l 变化中，频 率的范匿在2 7 0 1 6 0 h z 之间。图2 - 5 绘出了不同体积和电压对频率影响的三维曲面图和对 第二章高压脉冲电场的水体处理 频率影响的等高线图。从三维图中我们可以清晰地看出电压和体积对频率影响的趋势电 压越高频率越大，体积越小频率越大。从等高线图中我们也可以看出，在电压为2 8 k v 下， 体积为1 0 0 5 0 0 m l 时，频率在2 0 0 3 0 0 h z 变化；体积为5 0 0 1 0 0 0 m l 时，频率在1 0 0 2 0 0 h z 变化。 、 一。一 图2 42 8 k v 电压下体积和频率的关系 f i 9 2 4r e l a t i o n s l l i pb e t w e e nv o l u m ea n df r e q u e n c yu n d e r2 8 k v 图2 - 5 ( a ) 体积和电压对频率影响的三维曲面图 f i 9 2 5 ( a ) v o l u m ea n dv o l t a g ei n f l u e n c ef r e q u e n c y 9 湖 呦 毫 渤 瑚 。 皇母曩 高压电场对永和单胞藻影响的试验研究及系统设计 体积( _ 1 ) 图2 - 5 ( b ) 体积和电压对频率影响的等高线圈 f i 9 2 5 ( b ) v o l u m ea n dv o l t a g ei n f l u e n c ef r e q u e n c y 2 ，2 。2 对高压脉冲电场脉冲宽度的影响 将示波器显示的不同条件下所有波形进行捕获、存储后，利用w a v e s t a rf o r o s c i l l o s c o p e 的软件把存储的波形进行分析。图2 - 6 是电压为2 8 k v 时，体积从1 0 0 一1 0 0 0 m l ， 对脉宽变化的影响，从试验的曲线来看体积和脉宽之间近似为正比的关系。从量值上来说， 脉宽比较均匀的变化在2 9 5 3 m s 的范围之间。国2 7 给出了不同体积和电压对脉冲宽度 影响的三维曲面图和等高线图。从三维图中我们可以清晰地看出电压和体积对脉冲宽度的 影响，体积越大脉宽越大，电压越小脉宽越大。从等高线中也可以看出在电压为2 8 k v 时， 脉宽值基本都在0 5 m s 变化。 lr 一 。l 。一 】0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 0 3 0 0 9 0 0i 0 体班_ l 图2 - 62 s k y 电压下体积和脉冲宽度的关系 f i 9 2 - 6r e l a t i o n s h i pb e t w e e nv o l u m ea n dp u l s ew i d eu n d e r2 8 k v l o 螺辇o ； o ： 第二章高压脉冲电场的水体处理 图2 - 7 ( a ) 体积和电压对脉冲宽度影响的三维曲面图 f i 9 2 7 ( a ) v o l u m ea n dv o l t a g ei n f l u e n c ep u l s ew i d e 体积( t 1 ) 图2 - 7 ( b ) 体积和电压对脉冲宽度影响的等高线图 f i 9 2 7 ( b ) v o l u m ea n dv o l t a g ei n f l u e n c ep u l s ew i d e 2 2 3 对高压脉冲电场峰峰值的影响 将示波器显示的不同条件下所有波形进行捕获、存储后，利用w a v e s t a rf o r o s c i l l o s c o p e 的软件把存储的波形进行分析。图2 8 是在电压为2 8 k v 时，体积从 1 0 0 - 1 0 0 0 m l 变化对峰峰值变化的影响。从试验的曲线中可以看出体积和峰峰值可以近似看 l l 高压电场对水和单胞藻影响的试验研究及系统设计 作为线性的关系。从量值上来说在体积由1 0 0 - 1 0 0 0 m l 变化中，峰峰值在2 0 - 2 3 k v 左右变 化。图2 9 给出了不同体积和电压对峰峰值影响的三维挂面图和等高线图。从三维图中我 们可以清晰地看出电压和体积对峰峰值的影响，体积越小峰峰值越大，而电压的改变对峰 峰值的影响总的来说不大。从等高图中也可以看出，当体积定时，电压由2 5 - 3 0 k v 变化 时，峰峰值基本上都在同一量级问变化。 2 3 童 童 2 2 2 1 图2 8 电压2 8 k v 下体积和峰峰值的关系 f i 9 2 8r e l a f i o n s l l i pb e t w e e nv o l u m ea n dd e a kt op e a ku n d e r2 8 k v 图2 - 9 ( a ) 体积和电压对峰峰值影响的三维曲面图 f i 9 2 9 ( a ) v o l u m ea n dv o l t a g ei n f l u e n c ep e a kt op e a k 1 2 第二章高压脉冲电场的水体娃理 体积( - 1 ) 图2 - 9 ( b ) 体积和电压对峰峰值影响的等高线圈 f i 9 2 9 ( b ) v o l u m ea n dv o l t a g ei n f l u e n c ep e a kt op e a k 2 3 自来水对高压脉冲电场电参量的影响 将纯净水按照2 1 所述的方法放入处理器中，分别加载不同等级的电压，从示波器中 捕获不同条件下的波形，我们选取其中几个作为代表，如图2 1 0 所示，为( a ) 5 0 0 m l ，2 5 k v 、 ( b ) 5 0 0 m l ，2 6 k v 、( c ) 5 0 0 m l ，2 7 k v 、( d ) 5 0 0 m l ，2 8 k v 、( e ) 5 0 0 m l ，2 9 k v 和( f ) 5 0 0 m l ，3 0 k v 下捕获的波形。 ( c ) ( b ) ( d ) 高压电场对水和单胞藻影响的试验研究及系统设计 ( e )( f ) 图2 - 1 0 体积为5 0 0 m l 不同电压下示波器捕获的波形 f i 9 2 1 0w a r eu n d e rd i f f e r e n tv o lr a g ea n dv o l u m e 2 3 1 对高压脉冲电场频率的影响 将示波器显示的不同条件下所有波形进行捕获、存储后，利用w a v e s t a rf o r o s c i l l o s c o p e 的软件把存储的波形进行分析。图2 一n 是在体积为5 m 时当电压扶 2 5 - 3 0 k v 变化对频率的影响。从试验的曲线来看，当体积一定时，电压和频率近似的呈线 性关系。从数值上来说，当电压有2 5 k v 逐渐增大到3 0 k v 对，频率也线性的出t 4 0 h 2 增鸯蟊 到3 0 0 h z 左右。图2 一1 2 给出了不同体积和电压对频率影响的三维曲面图和对频率影响的 等高线图，从三维图中我们可以清晰地看出电压和体积对频率的影响的趋势，电压越高频 率越大，体积越小频率越大。从等高图中也可以看出，体积5 0 0 m l 时，电压由2 s k y 增加 到3 0 k v ，频率由l o o h z 增加到3 0 0 h z 。 i 卜 2 52 52 72 8 2 93 0 图2 “体积5 0 0 r a l 时电压和频率的关系 f i 9 2 - 1 1r e l a t i o n s h i pb e t w e e nv o ) m g ea n df r e q u e n c y 1 4 渤湖聊抛印。 岂* 第二章高压脉冲电场的水体处理 图2 - 1 2 ( a ) 体积和电压对频率影响的三维曲面图 f i 9 2 1 2 ( a ) v o l u m ea n dv o l r a g ei n f l u e n c ef r e q u e n c y 体积( m 1 图2 - 1 2 ( b ) 体积和电压对频率影响的等高线图 f i 9 2 1 2 ( b ) v o l u m ea n dv o l t a g ei n f l u e n c ef r e q u e n c y 高压电场对水和单胞藻影响的试验研究及系统设计 2 32 对高压脉冲电场脉冲宽度的影响 将示波器显示的不同条件下所有波形进行捕获、存储后，利用w a v e s t m f o l ， o s c i l l o s c o p e 的软件把存储的波形进行分析。图2 一1 3 是体积为5 0 0 m l 时，电压有2 5 k v - 3 0 k v 变化对脉冲宽度的影响曲线。从试验的曲线中可以看出当电压逐渐增大时，脉宽在逐渐得 减小，电压和脉宽可以近似的看作是一个线性关系。从数值上来说当电压由2 5 k v 一3 0 k v 、 j 、 、。 2 52 62 72 82 93 0 图2 - 1 3 电压和脉宽的蓑系 f i g2 - 1 3r e l a t i o n s h i pb e t w e e nv o l t a g ea n dp u l s ew i d e 图2 1 4 ( a ) 体积和电压对脉宽影响的三维曲面图 f i 9 2 1 4 ( a ) v o l u m ea n dv o l t s g ei n f l u e n c ep u ls ew i d e 7 6 5 4 3 2 l o a 鬻蕾 第二章高压脉冲电场的水体处理 图2 1 4 ( b ) 体积和电压对脉宽影响的等高线幽 f i 9 2 1 4 ( b ) v o l u m ea n dv o l t a g ei n f l u e n c ep u l s ew i d e 增大时，脉宽逐渐由6 5 m s 降低戮2 8 m s 左右。图2 - 1 4 给出了不同体积和电压对脉冲宽 度影响的三维曲面图和等高线图。从三维图中我们可以清晰地看出电压和体积对脉冲宽度 的影响，体积越大昧宽越大，电压越小脉宽越大。从等商图中也可以看出，当体积为5 0 0 m t 时，电压由2 5 k v 增到3 0 0 k v 的过程中，脉宽由5 - l o m s 量级降到o - 5 m s 量级。 2 3 3 对高压脉冲电场峰峰值的影响 将示波器显示的不同条件下所有波形进行捕获、存储后，利用w a v e s t a rf o r o s c i l l o s c o p e 的软件把存储的波形进行分析。图2 1 5 是体积为5 0 0 m l ，电压由2 s k y 一3 0 k v 时，峰峰值的变化。从试验的蓝线中可以看出，电压的交化对峰峰值的影响总的来说不大， 随着电压的增大，峰峰值略微有所下降。从数值上来说，当电压由2 5 k v 增到3 0 k v 时，峰 峰值有1 8 k v 降到1 7 k v 左右。图2 一1 6 给出了不同体积和电压对峰峰值影响的三维曲面圈 和等高线图。从三维图中我们可以清晰地看出电压和体积对峰峰值的影响，体积和电压的 改变对峰峰值的影响总的来说不大，而从等高线图中更可以清楚地看到这一点，峰峰值基 本上都维持在1 5 - 2 0 k v 左右。 1 9 1 8 5 1 8 i 7 5 1 7 1 6 5 1 6 7 、 2 52 6 2 7 2 8 3 。自卧。 图2 - 1 5 电压和峰峰值的关系 f i 9 2 - 1 5r e l a t i o n s h i pb 咖e e nv o l t a g ea n dp e a kt op e a k j 号譬 高压电场对水和单胞藻影响的试验研究及系统设计 图2 - 1 6 ( a ) 体积和电压对峰峰值影响的三维曲面图 f i 9 2 1 6 ( a ) v o l u m ea n dv o l t a g ei n f l u e n c ep e a kt op e a k 体积( 1 1 ) 图2 1 6 ( b ) 体积和电压对峰峰值影响的等高线图 f i 9 2 1 6 ( b ) v o l u m ea n dv o l t a g ei n f l u e n c ep e a kt op e a k 2 4 海水对高压脉冲电场电参量的影响 将纯净水按照2 1 所述的方法放入处理器中，分别加载不同等级的电压，从示波器中 捕获不同条件下的波形，我们选取其中几个作为代表，如图2 1 7 所示，为( a ) 5 0 0 m l ，2 5 k v 、 ( b ) 5 0 0 m l ，3 0 k v 、( c ) l o o m l ，2 8 k v 和( d ) 1 0 0 0 m l ，2 8 k v 下捕获的波形。 1 8 第二章高压脉冲电场的水体处理 ( c )( d ) 图2 1 7 不同体积和电压下示波器捕获的波形 f j 9 2 1 7w a v eu n d e rd i f f e r e n tv o lr a g ea n dv o l u m e 2 ，4 1 对高压脉冲电场频率的影响 将示波器显示的不同条件下所有波形进行捕获、存储后，利用w a v e s t a rf o r o s c i l l o s c o p e 的软件把存储的波形进行分析。图2 1 8 给出了不同体积和电压对频率影响 的三维曲面图和对频率影响的等高线图。从三维图中我们可以清晰地看出电压和体积对频 率的影响的趋势电压越高频率越大，体积越小颏率越大。 体积( _ 1 ) 图2 1 8 ( b ) 体积和电压对频率影响的等高线图 f i 9 2 一1 8 ( b ) v o l u m ea n dv o l t a g ei n f l u e n c ef r e q u e n c y 2 4 2 对高压脉冲电场脉冲宽度的影响 将示波器显示的不同条件下所有波形进行捕获、存储后，利用w a v e s t a rf o r o s c i l l o s c o p e 的软件把存储的波形进行分析。图2 1 9 给出了不同体积和电压对脉冲宽度 影响的三维曲面图和等高线图。从三维图中我们可以清晰地看出电压和体积对脉冲宽度的 影响，体积越大脉宽越大，电压越小脉宽越大。 第二章高压脉冲电场的水体处理 图2 1 9 ( a ) 体积和电压对脉宽影响的三维曲面图 f i 9 2 1 9 ( a ) v o l u m ea n dv 0 1 a g ei n f l u e n c ep u l s ew i d e 图2 1 9 ( b ) 体积和电压对脉宽影响的等嘉线圈 f i 9 2 1 9 ( b ) v o l u m