（环境工程专业论文）强电场电离放电制取羟基自由基处理铜绿微囊藻的试验研究.pdf

llllllii。iiiiviiuiiliiizi17lllll 学位论文版权使用授权书 江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相致， 允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入中国 学位论文全文数据库并向社会提供查询，授权中国学术期刊( 光盘版) 电子杂 志社将本论文编入中国优秀博硕士学位论文全文数据库并向社会提供查询。 论文的公布( 包括刊登) 授权江苏大学研究生处办理。 本学位论文属于不保密口。 学位论文作者签名：孱确债 年月日 指导教师签名：气 年月日 3 u dc5 0 2 密级公开公珏 编号! q 2 9 9 s 0 8 0 9 0 1 6 江蒜大擎 硕士学位论文 强电场电离放电制取羟基自由基处理铜绿微囊藻的 试验研究 t h ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nk i l l i n ga l g a eb y g e n e r a t eh i g h c o n c e n t r a t i o nh y d r o x ys o l u t i o nv i ah i g h f i e l di o n i z a t i o n 。一j ：d i s c h a r g i n g 一 作者姓名 奎鱼值 专业名称 巫境三猩申请学位级别亟 论文提交日期2 q ! ! 生鱼旦论文答辩日期2 q ! ! 生鱼旦 学位授予单位和日期江菱太堂 生旦旦 答辩委员会主席杜道挞 评阅人 2 0 11 年6 月 江苏大学硕士论文 摘要 随着人类活动对水域生态系统的影响日益加剧，富营养化已成为全球性的重 大水环境问题。目前常用的除藻方法主要有化学药剂法、气浮法、直接过滤法和 生物处理法等，但是其安全性、经济性和除藻效率等方面并不能满足水处理的要 求。因此，开发和研究安全、高效的除藻方法不仅具有重要的科学和实际意义， 而且也是目前水体急需解决的重大环境问题之一。 本文在采用大气压强电场电离放电产生高浓度羟基溶液的技术进行杀藻研 究，探讨羟基浓度、初始含藻量、处理时间、p h 值和温度对藻液灭杀效果的影 响，进行了相关的单因素和正交实验，研究了羟基自由基杀灭铜绿微囊藻的剂 效关系，并对机理进行了初步的探讨，为该方法的工业化应用提供依据。试验 结果表明： ( 1 ) 通过进行臭氧气体杀灭铜绿微囊藻的静态试验，结果表明，当处理水 量为4 0 0 m l ，臭氧气体浓度为4m g l ，p h 为7 1 ，水样水温2 9 6 k ，初始含藻量 为9 1 0 6 个m l ，处理时间为1 0 m i n 时，铜绿微囊藻杀灭率约为8 2 3 ( 2 ) 采用强电场电离技术制取羟基的实验装置，在较佳的实验室条件下， 处理水量2 0 0 r n l ，羟基比值浓度为2 6 1 8m g l ，初始含藻量为9 1 0 6 个m l ，p h 值为7 3 ，水温2 9 7 k ，处理时间为1 0 m i n 时，铜绿微囊藻的杀灭率接近1 0 0 。 ( 3 ) 通过正交试验得出试验的最优水平组合，强电场电离放电产生羟基自 由基杀灭铜绿微囊藻的最优工艺条件为羟基比值浓度2 6 1 8m g l 、初始藻浓度 9 1 0 6 个m l 、水温2 9 7 k 、处理时间1 5 m i n 。通过极差分析，判断出各因素对试 验指标影响的主次顺序，其中反应时间对铜绿微囊藻的杀灭率的影响最大，其次 是羟基比值浓度和初始藻浓度，水温对铜绿微囊藻的杀灭率的影响最小。 ( 4 ) 在前期的试验研究基础上，设计了1 5 t h 处理含藻饮用水的试验，确 定羟基制取设备完全满足治理含藻饮用水的需要。试验结果表明，在羟基比值浓 度为2 0 6 8m g l 时，处理1 5 m i n 后，铜绿微囊藻的杀灭率可达1 0 0 。 ( 5 ) 羟基自由基主要通过影响蛋白质合成，破坏d n a 分子结构，影响膜 的通透性，以及细胞色素脱色等方面杀死铜绿微囊藻。 强电场电离放电制取羟基自由基处理铜绿微囊藻的试验研究 本文的综合结论是：大气压强电场电离放电产生高浓度羟基溶液的技术对藻 类的污染可以起到很好的控制作用，可以有效的杀灭饮用水中的藻细胞。该工艺 具有广泛的工业应用前景。 关键词：强电场电离；铜绿微囊藻；杀灭率；羟基自由基 l l 江苏大学硕士论文 a b s t r a c t a sh u m a na c t i v i t yi n f l u e n c e st h ea q u a t i ce c o s y s t e mi n c r e a s i n g l y , e u t r o p h i c a t i o n h a sb e c o m eag l o b a ls e r i o u sw a t e re n v i r o n m e n tp r o b l e m t h eu s u a lm e t h o d su s e da t p r e s e n tt i m ea r ec h e m i c a la g e n tm e t h o d ，a i rf l o t a t i o nm e t h o d ，d i r e c tf i l t e r i n gm e t h o d a n db i o l o g i c a lt r e a t m e n tm e t h o da n ds oo n ，b u tt h e i rs e c u r i t y , e c o n o m i c a le f f i c i e n c y a n da l g a er e m o v a le f f i c i e n c yc a nn o ts a t i s f yt h ew a t e rp r o c e s sr e q u i r e m e n t t h e r e f o r e d e v e l o p i n ga n dr e s e a r c h i n gan e ws a f ea n de f f i c i e n ta l g a er e m o v a lm e t h o di sn o to n l y o fg r e a ts c i e n c ea n da p p l i c a t i o ni m p o r t a n c eb u ta l s oo n eo ft h eg r e a te n v i r o n m e n t p r o b l e m sn e e dt ob es o l v e da tp r e s e n t b a s e do nt h ep r e v i o u sr e s e a r c h so nt h ea l g a er e m o v a lt e c h n o l o g y , k i l la l g a eb y u s i n gt h et e c h n o l o g yt h a tg e n e r a t eh i g hc o n c e n t r a t i o nh y d r o x ys o l u t i o nv i ah i g h f i e l d i o n i z a t i o nd i s c h a r g i n g d i s c u s s e dh o wt h eh y d r o x i d ed e n s i t y , i n i t i a la l g a ec o n t e n t ， t r e a t m e n tt i m e ，p hv a l u ea n dt e m p e r a t u r ei n f l u e n c et h ea l g a ek i l l i n ge f f i c i e n c y , a n d d e s i g n sm a n ys i n g l ea n ds u p e r s a t u r a t ee x p e r i m e n t s ， r e s e a r c h e dt h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nd o s ea n de f f e c to fk i l l i n g m i c r o c y s t i sa e r u g i n o s ab yu s i n gh y d r o x y l r a d i c a l ，a n dd i s c u s s e dt h em e c h a n i s mp r e l i m i n a r y p r o v i d eac r i t e r i o ni nt h e i n d u s t r i a l i z ea p p l i c a t i o no ft h i sm e t h o d 。e x p e r i m e n t sr e s u l t sd e m o n s t r a t e ： ( 1 ) t h er e s u l to fs t a t i c a le x p e r i m e n to fk i l l i n gm i c r o c y s t i sa e r u g i n o s ab yo z o n e s h o w e dt h a tw h e nt h ep r o c e s sw a t e ry i e l di s4 0 0m l ，g a sc o n c e n t r a t i o no fo z o n ei s 4 m g l ，p hv a l u ei s7 1 ，w a t e rs a m p l et e m p e r a t u r ei s2 9 6 1 ( , i n i t i a lc o n t e n to f a e r u g i n o s ai s9 xlo o m l ，p r o c e s st i m ei s 10m i n ，t h ek i l l i n gr a t i oo fm i c r o c y s t i s a e r u g i n o s a i s8 2 3 ( 2 ) u s i n gt h et e c h n o l o g yt h a tg e n e r a t eh i g hc o n c e n t r a t i o nh y d r o x ys o l u t i o nv i a h i g h f i e l di o n i z a t i o nd i s c h a r g i n g ，u n d e rab e t t e rt e s tc o n d i t i o n ，w h e np r o c e s s i n gw a t e r y i e l d = 2 0 0 m l ，h y d r o x i d ed e n s i t y = 2 618 3 m g l ，i n i t i a la l g a eq u a n t i t y = 9 x 10 0 ，p h v a l u e - 7 3 ，t e m p e r a t u r e = 2 9 7 k ，p r o c e s st i m e = 10 m i n ，t h ek i l l i n gr a t eo fm i c r o c y s t i s a e r u g i n o s ac a nr e a c h10 0 ( 3 ) g e tt h eb e s th o r i z o n t a lc o m b i n a t i o nt h r o u g ho r t h o g o n a le x p e r i m e n t ，t h eb e s t t e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o no fh i g h f i e l di o n i z a t i o nd i s c h a r g i n gi st h a tt h eh y d r o x y lr a t i o i i i 强电场电离放电制取羟基自由基处理铜绿微囊藻的试验研究 c o n c e n t r a t i o ni s 2 618 m g l ，i n i t i a la e r u g i n o s ac o n c e n t r a t i o ni s9 10 6 m l ，w a t e r t e m p e r a t u r ei s2 9 7 k ，p r o c e s s i n gt i m ei s 15m i n v i at h er a n a l y z e ，d e c i d et h ep r i m a r y a n ds e c o n d a r yo r d e ro ft h ef a c t o r s ，t h ep r o c e s s i n gt i m eh a st h eb i g g e s ti n f l u e n c e ，t h e f o l l o wi sh y d r o x y lr a t i oc o n c e n t r a t i o na n di n i t i a la e r u g i n o s ac o n c e n t r a t i o n ，t h ew a t e r t e m p e r a t u r ei st h ef a c t o rw i t ht h es m a l l e s ti n f l u e n c e ( 4 ) o nt h eb a s eo ft h ep r o p h a s ee x p e r i m e n t ，d e s i g n e da1 5 t hd r i n k i n gw a t e r w i t ha e r u g i n o s ap r o c e s se x p e r i m e n t ，c o n f i r m e dt h a tt h eh y d r o x y lg e n e r a t ee q u i p m e n t c a l lt o t a l l ym e e tt h er e q u i r e m e n to fp r o c e s st h ed r i n k i n gw a t e rw i t ha e r u g i n o s a t h e e x p e r i m e n tr e s u l ts h o w e dt h a tw h e nt h eh y d r o x y lr a t i oc o n c e n 仃a t i o ni s2 0 6 8m g 1 ， a f t e r15m i np r o c e s s ，t h ek i l l i n gr a t eo fm i c r o c y s t i sa e r u g i n o s ac a nb e10 0 ( 5 ) h y d r o x y lr a d i c a lk i l lm i c r o c y s t i sa e r u g i n o s am a i n l yt h r o u g hd i s t u r bt h e c o m b i n a t i o no fp r o t e i n ，d a m a g et h ep e r m e a b i l i t yo fm e m b r a n ea n dc e l lp i g m e n t d e c o l o r a t i o n t h ec o n c l u s i o no ft h i st h e s i ss h o wt h a tu s i n gt h et e c h n o l o g yt h a tg e n e r a t eh i g h c o n c e n t r a t i o nh y d r o x ys o l u t i o nv i ah i g h f i e l di o n i z a t i o n d i s c h a r g i n g ，h a sg o o d d e g e n e r a t i o ne f f e c tt ot h ea l a g e ，c a l lk i l lt h ea l g a ec e l l si nd r i n k i n gw a t e re f f e c t i v e l y t h i st e c h o l o g ym a yh a st h ew i d e s p r e a da p p l i c a t i o np r o s p e c t k e yw o r d s ：s t r o n gi o n i z a t i o nd i s c h a r g e ，m i c r o c y s t i sa e r u g i n o s a ，k i l l i n gr a t e ， h y d r o x y lr a d i c a l 江苏大学硕士论文 目录 第一章绪论1 1 1 课题背景及意义1 1 1 1 课题背景1 1 1 2 意义2 1 2 富营养化水体中藻类污染及其控制3 1 2 1 富营养化的概念3 1 2 2 我国湖泊富营养化现状3 1 2 3 湖泊富营养化的危害4 1 2 4 传统的富营养化水中藻类的去除方法4 1 3 采用先进氧化技术除藻8 1 3 1 绿色化学8 1 3 2 先进氧化方法9 1 4 强电离放电产生羟基的先进氧化技术1 5 1 4 1 强电离放电产生羟基的等离子体化学反应过程：1 5 1 4 2 采用强电离放电产生羟基除藻的优点：。1 7 1 5 本课题的研究内容及技术路线18 1 5 1 研究内容18 1 5 2 技术路线18 第二章铜绿微囊藻的培养2 0 2 1 藻类的基本特征2 0 2 2 蓝藻2 0 2 3 铜绿微囊藻生长曲线的绘制一2 1 2 3 1 铜绿微囊藻2 1 2 3 2 实验材料2 2 2 3 3 藻液紫外吸收光谱2 3 2 3 4 铜绿微囊藻生长曲线的绘制一2 3 2 3 5 铜绿微囊藻抗氧化性分析2 7 第三章臭氧气体杀灭铜绿微囊藻的试验研究2 9 3 1 臭氧气体杀灭铜绿微囊藻的静态试验研究2 9 3 1 1 试验装置与方法一2 9 3 1 2 试验结果与讨论3 0 v 3 3 3 3 3 4 3 7 3 7 3 8 3 8 4 0 4 0 4 1 4 7 4 9 4 9 4 9 4 9 5 3 5 3 5 4 5 4 5 4 5 5 5 2 6 细胞色素脱色5 5 第六章结论和展望。5 7 6 1 结论5 7 6 2 创新点5 8 6 3 展望5 8 参考文献5 9 致谢6 5 攻读学位期间发表的论文。6 6 江苏大学硕士论文 第一章绪论 随着人类活动对水域生态系统的影响日益加剧，富营养化已成为全球性的重 大水环境问题。目前，我国1 3 3 个湖泊中约有8 8 6 的湖泊呈富营养化状态，其 中6 1 的国控重点湖( 库) 水质为五类或劣五类。因此对含藻水的治理成为给水处 理中最紧迫的任务之一。 1 1 课题背景及意义 1 1 1 课题背景 太湖是中国的第三大淡水湖，地处长江下游、沪宁杭三角中心。太湖沿岸辖 江苏、浙江、安徽和上海市，是我国工农业经济最发达地区之一，太湖是太湖流 域地区最重要的饮用水源，并有灌溉、调蓄、渔业、航运、旅游等多种功能。但 近几十年来，随着沿湖地区工农业生产的迅速发展和城镇化速度加快、人民生活 水平提高，使污染湖泊的因素不断增多，尤其是未经处理的城市污水大量入湖， 农田化肥、农药的大量使用以及水产养殖规模的不断扩大，致使太湖水污染状况 同趋严重、富营养化程度加剧，藻类生长速度加快【l - 3 】。 太湖自2 0 世纪9 0 年代中期大部分水域已达中富养至富营养水平，蓝藻水华 时有发生【4 1 。特别是2 0 0 5 年以来，太湖夏季出现严重蓝藻水华的面积大幅南扩 和东扩，目前已基本覆盖整个太湖。2 0 0 7 年蓝藻爆发更是比往年提前了近3 个 月，蓝藻爆发的严重性也在增加。2 0 0 7 年5 月2 9 同蓝藻水的爆发，导致无锡部 分地区自来水发臭，无法饮用。据无锡市政府公布的统计，除锡东水厂之外，其 余占该市供水7 0 的水厂水质都被污染，影响到2 0 0 万人口的生活饮用水【5 1 。 监测数据表明，2 0 0 7 年7 月份，太湖流域1 1 个主要集中式饮用水源地总取 水量为9 1 6 3 万立方米，按地表水i i i 类水质标准评价，超标水量为6 8 8 9 万立方米， 超标水量所占比例为7 5 2 。1 1 个主要集中式饮用水源地中，无锡贡湖沙渚、梅 梁湖小湾里和苏州阳澄湖湾里等3 个取水口水质劣于v 类。无锡贡湖沙渚总磷、 总氮和铁分别超标0 6 倍、0 4 倍和1 6 倍，梅梁湖小湾里取水口总磷和铁分别 超标0 4 倍和1 7 倍【6 】；苏州阳澄湖湾里取水1 ：3 总氮、总磷分别超标1 1 倍、2 8 倍。由于饮用水超标，已经严重影响了周围居民的正常生活。有必要研制一种水 强电场电离放电制取羟基自由基处理铜绿微囊藻的试验研究 源地水质突变饮用水应急处理新方法，来有效处理饮用水中的突发性环境污染 物。 本研究课题来源于江苏省自然基金项目一羟基自由基处理水源地突发性环 境污染物研究( 批准号：b k 2 0 0 8 2 4 8 ) 。 1 1 2 意义 除藻技术目前已广泛应用到工业、农业、食品及医药卫生等诸多领域，与工 农业生产、人们日常生活与身体健康密切相关。因此，除藻技术倍受人们的关注， 成为当今饮用水、工业水处理、生物学、农业养殖、食品力n - v _ 和医学消毒等领域 着力解决的一个重点和难点。 从国内外目前的研究进展可以看出，现有的灭藻方法虽然各有所长，但均有 其自身的局限性。同时藻类给传统的水处理工艺带来很多不利的影响，首先藻类 使饮用水产生令人厌恶的臭味；因藻类死亡沉到水底形成腐殖质，增加水的色度， 同时释放藻毒素；藻类及其可溶性代谢产物是氯化消毒副产物的前体物。其次藻 类还降低水处理工艺的处理效能。由藻类形成的浑浊度，其组成大多数为有机质， 电势电位约在4 0m v 以上，具有较高的稳定性，比重小，难于下沉，影响沉淀 效果。藻类不易在混凝沉淀中去除，未去除的藻类进入滤池，造成滤池堵塞，会 使滤池运行周期缩短，反冲水量增加。由于水处理工艺效能的降低，穿透滤池进 入管网的藻类可成为微生物繁殖的基质，促进细菌的生长，造成管网水质恶化， 加速配水系统的腐蚀和结垢，使管网服务年限缩短。另外，藻类的有机质易氧化， 会消耗管网中的余氯。这些不利影响必然加大了处理含藻水的难度。因此有必要 研制一种水源地水质突变饮用水应急处理新方法，来有效处理饮用水中的突发性 环境污染物，同时还不会给传统净水工艺带来不利影响。 在研究应急处理水源地突发性环境污染物方法时，应遵循国际化学科学研究 的前沿绿色化学1 2 条原则和国际环境科学研究前沿高级氧化技术原 则，从源头上解决治理过程中的环境污染问题，力求实现零环境污染、零废物排 放。众所周知，羟基自由基( o h ) 是具有极强氧化能力的氧化剂。它具有极强 的杀灭蓝藻等微生物的特性，同时又具有除臭、脱色的特性。 本课题采用的是强电离放电的方法制取羟基自由基，强电离放电能使电子获 得高能量，这些高能量的电子可以使h 2 0 和0 2 分子激发、超激发、分解和电离， 2 江苏大学硕士论文 再以形成离子簇的方式进行分解、电离分解、电荷交换等反应生成o h 等其它活 性物质。同时采用新式气液溶解装置，提高了传质效率，从而可以制取高浓度 o h 。 采用强电离放电规模高效产生羟基自由基及其治理环境污染物技术，可有效 杀灭饮用水中蓝藻和病原微生物，脱色除臭，可作为水源地水质突变饮用水应急 处理新方法。采用强电离放电规模高效产生羟基自由基的方法可以应用于常规水 处理工艺中，同时还不会给传统净水工艺带来不利影响。同时，该方法由于遵循 了国际化学科学研究的前沿绿色化学1 2 条原则和国际环境科学研究前沿 高级氧化技术原则，实现零环境污染、零废物排放。因此，具有广泛的应用 前景。同时，其研究成果对处理重大突发性化学品泄漏、禽流感、s a r s 等突发 生物灾害造成的环境污染治理也具有重要的科学意义和实际应用价值。 1 2 富营养化水体中藻类污染及其控制 1 2 1 富营养化的概念 富营养化是指由于人类的活动，水体中营养物质增加( 一般是氮、磷的化合 物) ，引起浮游植物过量生长和整个水体生态平衡的改变【7 1 ，因而造成危害的一 种污染现象【引。 富营养化分为天然富营养化和人为富营养化两种。天然富营养化是湖泊水体 生长、发育、老化、消亡整个生命史中必经的天然过程【9 】，在自然条件下，随着 河流夹带冲击物和水生生物残骸在湖底的不断沉降淤积，湖泊会从平营养湖过渡 为富营养湖，进而演变为沼泽和陆地，这是一种极为缓慢的过程；人为富营养化 则是由于人类的活动，将大量工业废水和生活污水以及农田径流中的植物营养物 质排入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体后，水生生物特别是藻类将大量繁殖， 使生物量的种群种类数量发生改变，破坏了水体的生态平衡，它演变的速度非常 快，可在短期内使水体由贫营养状态变为富营养状态【1 0 1 。 1 2 2 我国湖泊富营养化现状 我国是个湖泊众多的国家，据统计现有湖泊2 7 0 0 余个，总面积达9 1 万 k m 2 【l l 】。大于l k m 2 的天然湖泊有2 3 0 0 余个，湖泊面积为7 0 9 8 8 k m 2 ，约占全国 陆地总面积的0 8 ，湖泊总贮水量为7 0 7 7 多亿m 甜1 2 。然而，我国的湖泊环境 3 强电场电离放电制取羟基自由基处理铜绿微囊藻的试验研究 非常脆弱，湖泊中的营养物质来源广、背景浓度异常高，湖泊富营养化进程迅速， 而且许多湖泊已处于富营养状态【1 3 】。 我国饮用水水源约有2 5 是湖泊水或水库水。目前，淡水湖泊蓝藻水华发生 的频率与严重程度都呈现迅猛的增长趋势。从1 9 8 6 年南京玄武湖蓝藻第一次暴 发，到2 0 0 7 年5 月2 9 日无锡太湖蓝藻全面暴发，导致无锡城市水危机；随后，安徽巢 湖、云南滇池、武汉东湖也陷入了同样的困局；而7 月份的长春新立城水库蓝藻 暴发标志着蓝藻又向中国北方迈进了一大步【1 4 j6 】。最近对我国6 7 个主要湖泊水 质和富营养化现状的调查和评价结果显示：大约有近2 0 的湖泊水质较好fi i i i i 类) ，有8 0 以上的湖泊受到污染( i v 劣v 类) ，说明当前我国湖泊水质污染的 问题十分严峻。6 7 个主要湖泊中，属贫营养湖泊数量为零，属中营养的湖泊为 1 8 个，占调查湖泊总数的2 6 9 ，面积为7 0 1 3 1 l k m 2 ，占调查湖泊总面积的 3 7 6 。属富营养型的湖泊为4 9 个，占调查湖泊数量的7 3 1 ，面积为 1 1 6 3 2 5 5 k m 2 ，占调查湖泊总面积的6 2 4 。 1 2 3 湖泊富营养化的危害 湖泊作为重要的自然资源，广泛用于防洪、灌溉、航运、给水和养殖i 湖泊 富营养化主要危害有： ( 1 ) 导致水体质量下降，功能减退，水生态系统失衡，加速湖泊老化； ( 2 ) 影响水体景观，大量肉眼可见的蓝绿色絮状或胶团状物体漂浮水面，经 风浪冲击而聚集水域沿岸，堆积腐烂，产生恶臭，扩散到大气中，使空气遭受污 染【1 7 】； ( 3 ) 导致制水供水成本提高，净化系统堵塞，出水中含有异味，人们的饮水 质量下降； ( 4 ) 破坏天然水产资源，使鱼类资源小型化，生物多样性下降，优质水产品 的养殖受到严重威胁，暴发性流行病害肆虐； ( 5 ) 影响水生植物的恢复，除遮光和营养竞争外，附生藻类可在水生植被的 表面形成一个高p h 值、高0 2 和低c 0 2 的环境，使水生植被对c 0 2 的可利用性 降低、光合作用受阻，以致水体的自净能力减弱【1 8 刎。 1 2 4 传统的富营养化水中藻类的去除方法 目前国内外去除水源地藻类的方法很多，主要有生物除藻、化学除藻、物理 4 江苏大学硕士论文 除藻等类型 2 1 1 。三种类型主要从两方面来进行的：一是应用环境技术控制外源 性营养物质输入，即用水处理技术，如截污分流和污水集中处理，消除进入湖泊 水体中的n 、p 和有机污染物等；二是减少内源性营养物质负荷，主要应用生 态技术，即减少不利的理化因素( n 、p 和有机污染物等) 和生物因素，改善生 态系统和周围的环境，如微生物修复、底泥疏浚、化学法、人工湿地、水生植被 恢复等，其目的是控制面源污染和加快湖泊的恢复速度【2 2 之5 1 。 1 2 4 1 生物除藻【2 6 】 ( 1 ) 微生物絮凝剂除藻 微絮凝过滤是一种可充分发挥滤池中滤料截污能力的净水工艺，能有效提高 出水水质，特别是对常规工艺难以去除的藻类具有良好的去除效果。微生物絮凝 剂【2 7 1 是一种由微生物产生的具有絮凝功能的高分子有机物。利用微生物本身或 产生的多肽、酯类、糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等作絮凝剂，可以对包括藻 类在内的大多数微生物产生絮凝作用，并且对环境无二次污染 2 8 - 2 9 】。m i a g u i l a r 等【3 0 1 发现利用微生物絮凝剂处理河水和湖泊水时，絮凝后所产生的胶团大，沉 降快，上清液剩余浊度低，除藻效果好。但是微生物絮凝剂使用的成本太大，尚 未推广应用。 ( 2 ) 生物滤池 生物除藻主要利用生物膜上的微生物对藻类的絮凝和吸附作用，把藻类从水 中分离出来。但利用本法进行除藻的研究还不够深入。中科院南京地理与湖泊研 究所根据不同生态类型水生高等植物的净化能力及其微生环境特点，设计了由飘 浮、浮叶、沉水植物及其根际微生物等组成的人工复合生态系统( a c e ) ，在太湖进 行了模拟试验，结果表明，该湖水经该系统净化后藻类生物量下降5 8 口。吴为中 【3 2 1 等人进行了生物陶粒池净水效果的试验研究，藻类的平均去除率为6 0 7 8 4 3 。 ( 3 ) 以藻制藻【3 3 】 引种“水网藻”，利用它的快速繁殖吸收肥料强的特点，“以藻制藻 大量 吸收底泥和水体中的营养物质，定期人工收获利用，消除“微囊藻”等有害藻类 赖以生长的高营养化条件，抑制蓝绿藻过量繁殖【3 4 1 。水网藻不仅可以“以藻制 藻”，还可以去除水中的氮和磷，王朝晖等人【3 5 1 研究结果表明，在富营养化水库 5 强电场电离放电制取羟基自由基处理铜绿微囊藻的试验研究 和重营养化的湖水中，经过水网藻处理后，对氨氮、总氮、总磷去除率均在7 0 以上。虽然水网藻可以短时间内迅速吸收氮磷，但其受水体状态的影响较为严重， 因此水网藻仅可以作为一种除藻的辅助手段【3 6 1 。 ( 4 ) 栽种水生高等植物 香根草、水葫芦、荷花、菖蒲和芦苇等水生高等植物能吸收、迁移、代谢和 富集各种化学物质并通过竞争作用来抑制藻类的生长。司友斌等人【3 7 1 的研究结 果表明，香根草对富营养化水体中的氮、磷、c o d 、b o d 等具有明显的去除效果， 能显著改善富营养化水体的水质。h o s p e r 和m e i j e r 指出生物调控之后，要保持长 期稳定性，总磷浓度应小于0 1 0 m g l ，而且沉水植物对稳定清水态有重要作用。 但水生植物的种植密度不易控制，种植不当会适得其反【3 8 】。 ( 5 ) 放养水生动物 鲢、鳙等滤食性水生生物可吞食大量藻类和浮游动物，使浮游生物量特别是 藻类数量明显减少【3 1 1 。m o l i n 等人研究表明生物操纵理论可以应用于水体富 营养化的治理，水中鱼的数量和大小分布与水体富营养化程度有很大关系【4 2 1 ，这 说明鱼群能有效控制水中的藻类。h u n d r e d t h 对贻贝进行了流速对滤水率影响的 试验。结果表明，流量在2 4 2 l h 1 时，流速对滤水率没有影响【4 3 1 。因此，如果在大 型湖泊、外荡和水库的进水区，水体具有一定动态的条件下，一方面利用湿地生态 工程等截流法控制外源营养盐流入【4 4 1 ，另一方面开展人工养蚌育珠，则可以使大 湖区、大库区的水体富营养化得到有效预防。但此方法不易控制管理。 1 2 4 2 化学除藻 ( 1 ) 化学药剂法【4 5 】 化学药剂法除藻既可在水源地进行，也可在水处理厂进行，是一种工艺简单、 操作方便的有效杀藻方法。目前，常用的杀藻剂主要有c u s 0 4 4 6 , 4 7 、高锰酸盐 1 4 8 4 9 1 、液氯、c 1 0 2 5 0 1 、0 3 和h 2 0 2 等【5 l 】。虽然c u s 0 4 5 2 , 5 3 】、高锰酸盐、液氯、 c 1 0 2 等化学杀藻剂是当前化学控藻技术的主体，但在抑藻的同时也造成了二次污 染，对其他水生生物也同样存在毒性，即使在短期内没有不良反应，也可能因在水 生生物内富集、残留而存在远期危害，此外被杀死的藻类仍存留于水中，并未解决 藻类生长的根源即氮、磷的循环问题。因此，常规化学杀藻剂在大规模实际应用 上存在许多局限性。0 3 是一种强氧化剂，不会产生二次污染，操作也简单可行，从 6 江苏大学硕士论文 技术上讲0 3 是最佳的杀藻剂，但是因0 3 生产费用较高而在应用上受到一定的限 制，一般很少单独使用，只用于组合工艺中对藻类的预氧化阶段【5 4 铷】。 ( 2 ) 电化学法 周群英等【5 明人采用s c 杀藻器杀灭湖泊中的藻类，当进水流量为lm h 、电流 强度为5 9 2 - - 8 8 8 m a c m 时杀藻效果极好，明显地破坏了藻类细胞中叶绿体的 结构，使藻类完全丧失光合作用，溶解氧急剧下降，下降率达9 2 。但此法有时 杀藻不彻底。 1 2 4 3 物理除藻 ( 1 ) 直接过滤与活性炭吸附删 对于低浊高藻的湖泊水可用微滤机除藻，微滤机多采用孔眼为2 0 4 0m 的 滤网，它对藻类的去除率为4 0 - - - - 7 0 ，对悬浮物的去除率可达9 7 - 1 0 0 。活 性炭吸附对藻类、藻毒素的去除效果很好，但水中的有机物会影响活性炭的吸附， 且活性炭再生也较困难，这使处理成本大大提高。 ( 2 ) 超滤膜除藻 近年来，超滤在给水工艺中应用得到迅速发展，超滤膜具有驱动力小、能耗 低、占地面积小、出水水质高等特点，刘萍，曾光明【6 l 】等人通过实验表明超滤 膜对细菌、藻类、浊度的截留和去除能力很强，尤其是细菌及藻类的去除率几乎 为1 0 0 ，浊度去除率9 7 以上，但易出现膜污染的状况，且不易解决。 ( 2 ) 气浮除藻 溶气气浮法除藻在固液分离速度( 5 8 删，1 1 ) 、污泥浓度及节约药耗等方面都 有比较满意的效果。但要求原水的悬浮固体含量不高，并且设备发生故障时能及 时检修。 ( 3 ) 遮光技术 通过在湖面覆盖部分遮光板，控制了全湖藻类增殖。采用塑料制浮板遮光， 覆盖面积为水面的5 0 6 0 。遮光一个月左右微胞藻属消失湖水明澈透底。 此外，c o d 下降5 0 ，p h 值及溶解氧也显著减少，保持在4m g l 以上。特别 显著的是水色和藻类的变化【6 2 1 。但此法仅适用于小湖，而且工作量大，应用成 本高，应用起来有困难。 7 强电场电离放电制取羟基自由基处理铜绿微囊藻的试验研究 1 3 采用先进氧化技术除藻 1 3 1 绿色化学 绿色化学【6 3 1 又称为环境无害化学，在其基础上发展的技术称环境友好技术、 绿色技术或洁净技术是利用化学来防止污染的一门学科，其内容包括新设计或重 新设计化学合成、制造方法和化工产品，是从根本上解决环境污染问题，是最理 想的环境污染防止办法。 绿色化学是当今国际化学科学研究的前沿。它吸收了当代物理、生物、材料、 信息等学科的最新理论和技术，是具有明确的科学目标和明确的社会需求的新兴 交叉学科。从科学观点看，绿色化学是化学科学基础内容的更新；从环境观点看， 它是从源头上消除污染；从经济观点看，它合理利用资源和能源、降低生产成本， 符合经济可持续发展的要求。目前，绿色化学作为未来化学工业发展的方向和基 础，越来越受到各国政府、企业和学术界的关注。 传统的环境保护方法是治理污染，是污染的末端治理，是研究已有污染物对 环境的污染情况及研究治理这些已经产生了的污染物的原理和方法，是一种治标 的方法。 绿色化学的目标是：化学过程不产生污染，即从源头上消除污染。实现这一 目标后就不需要治理污染，因其根本就不产生污染，是一种治本的方法。绿色化 学致力于研究经济技术上可行的、对环境不产生污染的、对人类健康无害的化学 品的设计、制造和使用及化学过程的设计和应用。绿色化学把化学知识、技术和 方法应用于所有的化学品和化学过程，避免使用对人类健康和对环境有害的反应 原料，不用对人类有害的反应过程，设计更安全的目标产物，不使用对环境有害 的催化剂、溶剂，尽可能不生成副产物，更加充分地利用资源，以适应可持续发 展的需要。 绿色化学作为一门新的学科，尚有不成熟的地方。但经过近十年的研究与探 索，该领域的先驱研究者已总结出了绿色化学的1 2 条原则： ( 1 ) 从源头根除污染，而不是污染后再治理； ( 2 ) 设计合成方法时应具有“原子经济性 ，使参与反应及过程的原子尽量全 部转入目标产品中； ( 3 ) 设计合成方法时应尽量不使用或不产生有毒有害物质； 江苏大学硕士论文 ( 4 ) 设计高功效、无毒性( 或低毒性) 的化学品； ( 5 ) 尽量不用辅助物质，需要使用时应尽量采用无毒物质； ( 6 ) 合成应在常温、常压下操作，并使能耗最小； ( 7 ) 最大限度地使用可再生原料； ( 8 ) 不产生或尽量减少副产品； ( 9 ) 不使用催化剂，必要时应选用高选择性的催化剂； ( 1 0 ) 设计的化学品使用后应容易降解为无害物质，并能进入自然生态循环； ( 11 ) 分析方法应能真正实现在线监测，在有害物质形成前加以控制； ( 1 2 ) 选择化工过程物质与使用应使化学事故的隐患最小。 1 3 2 先进氧化方法 1 3 2 1 先进氧化方法概念 先进氧化方法( 技术或流程，简称a o t 或a o p ) 是指产生o h 过程，以及 产生的o h 诱发一系列的o h 链反应，攻击水中各种污染物及微生物，直至降解 为c 0 2 、h 2 0 及无机盐，从根本上解决环境污染问题，实现零环境污染、零污染 物排放。先进氧化方法是在不断提供o h 的产生效率和应用效率的基础上发展起 来的。概括地说，能够产生羟基自由基的工艺都可以归入高级氧化工艺范畴，如 臭氧( 0 3 ) 氧化工艺、过氧化氢( h 2 0 2 ) 氧化工艺、二氧化氯( c 1 0 2 ) 氧化工 艺、紫外( u v ) 辐射工艺、超声氧化工艺、微波工艺等。由于高级氧化工艺具 有氧化性强