（环境科学与工程专业论文）船舶压载水中·oh致死实验及其对海水水质的影响研究.pdf

英文摘要 a b s t r a c t s h i p p i n gb a l l a s tw a t e re n s u r e st h eb a l a n c ea n ds t a b i l i t yo fs h i pw i t h o u tg o o d s ，b u t i tt h r e a t e n se c o l o g ya n de c o n o m ya n dh u m a nh e a l t hs e r i o u s l y c o n s e q u e n t l y ，d e a l i n g w i ms h i p p i n gb a l l a s tw a t e ri so fg r e a tu r g e n c y t h em e t h o do fs t r o n ge l e c t r i c a l f i e l d d i s c h a r g ec a r lp r o d u c eh y d r o x y lr a d i c a l ( o 均，o hh a ss t r o n go x i d i z i n gp r o p e r t y ，s oi t c a l le f f e c t i v e l yk i l l st h em i c r o o r g a n i s mi nt h eo c e a n a c c o r d i n gt or e q u e s to fw a t e ru s e d i ne x p e r i m e n ti n g u i d e l i n e sf o ra p p r o v a lo fb a l l a s tw a t e rm a n a g e m e n ts y s t e m s ) ( g s ) ， t h ea u t h o rc h o o s e si s o c h r y s i sg a l b a n aa n dn i t z s c h i a c l o s t e r i u m t , m i n u t i s s i m aa r eu pt o t h em u s t a r da st h ed i s p o s a lo b j e c t st oh a v es y s t e m i ck i l l i n ge x p e r i m e n t r e s e a r c hr e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt h ec o n c e n t r a t i o no f o ht h a ti s0 5 7 2 m g la n d o 6 2 4 m g lc a l lr e s p e c t i v e l yk i l ll s o c h r y s i sg a l b a n aw i 廿1ac o n c e n t r a t i o no f6 8 0x 1 0 4 c e l l m la n dn i t z s c h i a c l o s t e r i u m t , m i n u t i s s i m a 谢廿lac o n c e n t r a t i o no f5 6 0x 1 0 4 c e l l m l ，a n dt h ek i l l i n ge f f e c tc a l l a c c o r dd - 2s t a n d a r da f t e r6s e c o n d s t h e e x p e r i m e n to fi n f l u e n c eo fm e m b r a n e l i p i dp e r o x i d a t i o no n o hr e v e a l st h a t 、枷t ht h e c o n c e n t r a t i o no f 。o hi n c r e a s e s ，t h ed e g r e eo fm e m b r a n e - l i p i dp e r o x i d a t i o ni sh i g h , t h i s i n d i c a t e sc e l lm e m b r a n e sa r ed e s t r o y e d ，a n da t g a l sd i e d t h ee x p e r i m e n to fi n f l u e n c eo f a n t i o x i d a n te n z y m e so n o hr e v e a l e dt h a t 谢lt h ec o n c e n t r a t i o no f o hi n c r e a s e s ， s u p e r o x i d ed i s m u t a s ea n dp e r o x i d a s ea n dc a t a l a s eb e g i n st od e a c t i v a t eu n d e rt h e f u n c t i o no f o h ，t h i sf u r t h e ri n d i c a t e st h ed e s t o r y i n ge f f e c to fa l g a l sc e l lb y o h j u s tl i k et h es y s t e m i ck i l l i n ge x p e r i m e n ta b o v e ，州廿lt h ep r e c o n d i t i o no ft h e s h i p p i n gb a l l a s tw a t e rd e a l e dw i t h o ha c c o r dd - 2l e t t i n gs t a n d a r d , t h ea u t h o r m e a s u r a t e st h ew a t e rq u a l i t yo fw a t e rs a m p l e s t h ea u t h o rf i n d sp h ，s a l i n i t ya n d c o n d u c t a n c eh a sn oc h a n g e s ；t u r b i d i t ya n dt h ec o n t e n to ft s sd e c r e a s e s ，i tr e v e a l s t h a t 。o hc a nd e g r a d a t eo r g a n i cs u b s t a n c e sa n dp u r i f yw a t e rq u a l i t y ；t h ec o n t e n to f p h o s p h a t ea n dn i t r i t e - ni n c r e a s e s ，t h ec o n t e n to f n i t r a t e - na n da m m o n i a - nd e c r e a s e s ，i t r e v e a l st h a t 0 hc a r lo x i d a t en i t r i t e - na n da m m o n i a - ni n t on i t r a t e - n ，b e c a u s eo f 英文摘要 n i t r i t e - na n da m m o n i a - na r et h et o x i cs u b s t a n c e st oa q u a t i co r g a n i s m s ，a n d o hc a n p u r i f yw a t e rq u a l i t yt o o o hc a l lk i l lt h ea l g a l sp e r f e c t l yu n d e rt h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n , i tp r o v i d e s r e l i a b l ed a t aa n dc o r r e l a t i v ef o u n d a t i o nf o rl a n d b a s et e s ta n ds h i p - b o a r dt e s ta f l e r t i m e ， a n di ta l s om a k e ss o m ep r e p a r ew o r kf o ri n d u s t r yp r o d u c t i o na f t e r t i r n e k 吖w o r d s ：s h i p sb a l l a s tw a t e r ；h y d r o x y lr a d i c a l ；w a t e rq u a l i t y 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文竺船舶压塾丞生：q h 塾延塞笙丞墓盟渔丞丞厦趁彪响硒盔= = 除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体 已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： l 查 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到 5 0 1 a m 时，可检出生存生物少于1 0 个m 3 ； ( 2 ) 当1 0 1 m a 最小尺寸 5 0 1 m a 时，可检出生存生物少于1 0 个m l ； 第1 章绪论 ( 3 ) 指标微生物的排放不应超过规定浓度。 作为一种人体健康标准，指标微生物应包括但不限于以下几种： ( 1 ) 有毒霍乱弧菌( o l 和0 1 3 9 ) 少于1 个1 0 0 m 2 菌落形成单位( c 柚或小于每l 克浮游动 物样品( 湿重) 1 个c f u ； ( 2 ) 大肠杆菌少于2 5 0 + no om lc f u ： ( 3 ) 肠道球菌少于1 0 0 + 1 0 0m lc 如m 。 第d - 3 条压载水管理系统的认可： ( 1 ) 除第2 款规定者外，为符合本公约而使用的压载水管理系统必须由主管机关认 可并考虑本组织制定的导则； ( 2 ) 使用活性物质或含有一种或多种活性物质的制剂来符合本公约的压载水管理系 统，应由本组织根基本组织制定的程序认可，该程序应陈述活性物质及其建议的应用方 式的认可或该认可的撤销。在撤销认可时，在此撤销之日后的一年内应禁止使用有关的 活性物质； ( 3 ) 用于符合本公约的压载水管理系统必须对船舶及其设备和船员均安全。 1 3 2 压载水管理系统认可导则( g 8 ) 压载水管理系统认可导则( g 8 ) 在2 0 0 5 年7 月于海环会( m e p c ) 上通过，包括压 载水管理系统的设计、安装、性能、试验和认可的建议案。该导则主要针对主管机关或 其指定组织以评估压载水处理系统是否满足国际船舶压载水和沉积物控制和管理公 约第d 2 条规定的标准。此外，该导则也可用于指导生产商和船东实施设备评估程序 以及制定压载水管理系统要求。 g 8 导则的主要目的有几个： 1 确定压载水管理系统认可的试验和性能要求； 2 协助主管机关确定压载水管理系统认可的适当的设计、结构和工作参数； 3 提供第d - 3 条要求的统一解释和应用； 4 为设备生产商和船东确定设备适宜性提供指导，以满足公约的要求； 5 确保在陆基和船上评估时，经主管机关认可的压载水管理系统能达到第d 2 条 船舶压载水中o h 致死实验及其对海水水质的影响研究 的标准。 g 8 导则中列出了压载水管理系统测试和性能的具体规定，包括4 部分： 第1 部分试验前对系统证明文件的评估规定 第2 部分压载水管理系统认可的试验和性能规定 第3 部分压载水管理系统认可的环境试验规定 第4 部分确定压载水生物成分的样品分析法 这4 部分中的第2 部分压载水管理系统认可的试验和性能规定对压载水船上测试以 及陆基测试中的具体过程都提出了相应的标准【4 7 】。第4 部分确定压载水生物成分的样品 分析法也对在测试过程中的取样和生物分析方面提出了要求。 ( 1 ) g 8 导则中要求实验用水中应包括： 1 最小尺寸为5 0 微米或以上的测试生物总密度最好为1 0 6 个m 3 但不得小于1 0 5 个 m 3 ，并应由至少3 个门类的至少5 种生物组成； 2 最小尺寸小于5 0 微米但大于1 0 微米的测试生物总密度最好为1 0 4 个m 1 但不得 小于1 0 3 个m l ，并应由至少3 个门类的至少5 种生物组成： 3 在密度为至少为1 0 4 个m l 活性细菌中应有异养菌； 4 无论是否采用自然存在生物或培养生物以满足密度和生物种类多样化要求，都应 按上述尺寸登记规定，记录实验水中的有机物种类。 ( 2 ) g 8 导则中在陆基监测中测定的水质环境参数要求： 应在采集所述水样的同时测定水质环境参数：例如p h 值、温度、盐度、溶解氧、 t s s 、d o c 、p o c 和浊度( n r 【d 。 在试验期间进行采样的时间和地点选择：直接在处理设备前、直接在处理设备后和 排放时。 1 3 3 使用活性物质的压载水管理系统认可程序( g 9 ) g 9 导则的目的是确定活性物质和一种或多种活性物质的配制品及其在压载水管理 系统中应用时对船舶安全、人体健康和水环境影响的可接受性。本程序旨在确保活性物 质和配制品的可持续使用。本程序的目标是确保正确应用公约规定及其要求的保护措 施。 第1 章绪论 就g 9 导则而言，使用公约中的定义： 1 活性物质：系指一种物质或生物，包括病毒或真菌，其对有害水生物和病原体具 有一般或特定的有利或不利作用。 2 压载水排放g 系指将压载水向船外排放。 3 配制品：系指含有一种或多种活性物质( 包括任何添加剂) 的商业配方，配制品还 包括船上产生的用于压载水管理的活性物质，以及为满足公约要求在使用活性物质的压 载水管理系统中形成的任何相关化学物质。 4 相关化学物质：在使用压载水管理系统以及使用后在压载水以及接收压载水的水 体环境中产生的化学产物。 g 9 导则的原则有四个方面： ( 1 ) 活性物质和配制品可添加至压载水中，或为满足公约要求，也可采用使用活性 物质的压载水管理系统内的技术手段，在船上生成活性物质和配制品。 ( 2 ) 活性物质和配制品通过与船上压载水和沉积物中的有害水生物和病原体发生作 用而达到其预定目的。但是，如果排放时压载水仍有毒，接收水域中的生物将遭到很大 伤害。活性物质或配制品以及压载水排放都必须经过毒性检测以保护接收环境或人体健 康免遭排放引起的毒性影响。需要进行毒性检测以确定一种活性物质或配制品是否可 用，并确定在何种情况下，它对接收环境或人体健康的潜在危害较低。 ( 3 ) 为满足公约要求，使用活性物质和配制品的压载水管理系统对船舶、设备和人 员而言必须是安全的。 ( 4 ) 对压载水管理系统中的活性物质和配制品使用病毒或真菌的认可事宜，本程序 并未阐述。如提出使用这类物质，则应按公约第d 3 条的规定，由本组织另行考虑是否 认可压载水管理系统中使用该类物质。 活性物质或配制品的认可提案应包括对其化学成分( 即使是船上配制的) 的化学鉴定 和描述。对任何相关化学物质，都应提供化学鉴定。 g 9 导则是在符合公约第d 2 条标准的前提下执行的，符合第d 2 条标准的排水要求 后对排水进行测定，包括水质环境参数以及毒性的测定。g 9 导则中最终批准所需要的毒 船舶压载水中o h 致死实验及其对海水水质的影响研究 性数据是g 8 中岸基试验的排放水的独行数据，这种独行数据应是对5 提案试验阶段中的 开始、中间和最后阶段的排放水毒性分析。 1 4 本文研究的主要内容 在所有的处理方法中，都存在有效性、可行性以及运行成本等一系列问题。为满足 i m o 在安全性、可操作性、有效性、环境可接受性和经济可行性五点要求，本文采用强 电离电场放电产生羟基自由基来处理船舶压载水。目前，化学生物法是研究的大方向， 羟基自由基( o h ) 处理压载水被认为有很好的发展前景【4 羽。 由于国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约第d 3 条规定要求符合公约的压 载水管理系统必须经主管机关根据关于压载水管理系统认可的导则( g 8 ) 认可以及船 上排放的压载水必须满足第d 2 条规定的性能标准。所以该实验必须在g 8 导则的要求 下进行，并且g 9 导则要求处理后的船舶压载水都必须经过毒性检测以保护接受环境或 人体健康免遭排放引起的毒性影响，因此需要对处理后船舶压载水的一些水质参数进行 测定。 本文研究的主要内容有： ( 1 ) 结合g 8 导则所要求的规则标准，建立o h 溶液处理船舶压载水中入侵生物的 实验装置，在实验系统中最佳理想参数的条件下，对g 8 导则实验用水要求中的物种进 行杀灭实验； ( 2 ) 根据杀灭情况讨论并分析o h 浓度与藻类浓度的关系，并在确定最佳杀灭浓度 的同时分析o h 对膜脂过氧化程度、抗氧化酶系活性的影响，初步分析o h 破坏藻类细 胞结构和形态的机理，从微观分子水平上得到羟基自由基对藻类的破坏作用； ( 3 ) 在同一实验条件下，在杀灭藻类的同时即符合国际海事组织第d - 2 条排放标准， 对实验水样的水质环境参数包括温度、p h 值、电导率、盐度、浊度、溶解氧、总悬浮 固体、化学需氧量、总有机碳进行测定，是否满足i m o 所要求的排放标准以及海洋 水质标准； 第1 章绪论 ( 4 ) 同样的实验条件下，在杀灭藻类的同时即符合国际海事组织第d - 2 条排放标准， 对实验水样的离子参数包括磷酸盐、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和氨氮含量的测定，是否满 足i m o 所要求的排放标准以及海洋水质标准。 船舶压载水中o h 致死实验及其对海水水质的影响研究 第2 章强电场放电制取o h 及实验系统简介 2 1 高级氧化技术羟基自由基 2 1 1 高级氧化技术的概念 高级氧化技术( 方法或流程，简称a o t 或a o p ) 是指产生羟基自由基( o h ) 过程，及 其一系列的o h 链反应，攻击水中各种污染物及微生物，可将有害微生物直致降解为 c 0 2 、u 2 0 及无机盐，不污染环境，实现零污染，零排放眇5 0 。 高级氧化技术是在不断提供的产生o h 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。由于高级氧化工艺具 有氧化性强、操作条件易于控制的优点，因此引起世界各国的重视，并相继开展了该方 向的研究与开发工作，较其他处理船舶压载水的方法有很多优点。 2 1 2 o h 氧化特性 羟基自由基是一种天然净化污染物的物质，它是一种强氧化剂，具有极强的净化污 染物的功能，它几乎能和所有的生物大分子、有机物或无机物发生多种类型的化学反应， 并有非常高的反应速率常数，其特性如下f 5 1 5 2 】： ( 1 ) 能产生非常活泼的o h ，如表2 1 ，其氧化能力( 2 8 0 仅次于氟( 2 8 7 v ) ，比臭氧 ( 0 3 ) 、过氧化氢( h 2 0 2 ) 、高锰酸根( m n 0 4 - ) 、氯气( c 1 2 ) 等常用的强氧化剂的电势高，因此o h 有极强的氧化性，几乎可以氧化所有的有机污染物。 表2 1 几种氧化剂主要参数对照表 t a b l e2 1p r i m a r yp a r a m e t e rp a r a l l e lt a b l eo f o x i d a n t s 第2 章强电场放电自口仅o h 及实验系统简介 ( 2 ) o h 参与的化学反应属于自由基反应，化学反应速度极快。对c - h 、c c 键的有 机物质的反应速率常数一般在1 0 9i t o o l - l , s - 1 以上，达到甚至超过扩散速率极限值r 1 0 1 0 l m o f i - f 1 1 反应时间极短； ( 3 ) o h 溶解过程中，会诱发一系列自由基链反应，氧化分解微生物体，最终将其 降解为c o z 、h 2 0 和微量无机盐，不存在有毒有害的残留物。 2 2 强电场电离放电产生羟基自由基 22t 强电场放电的原理 用于产生o h 的放电方式有直流高电压电晕放电、窄脉冲高电压电晕放电和介质阻 挡放电三种。从现有的气体放电技术和高电压工程技术来看。由于介质阻挡放电可以有 效回避增强电晕放电时形成的火花放电或弧光放电并解决了电离占空比的问题，同时也 解决了等离子体工程化所需要的电离占空比所以只有采用介质阻挡放电方法才有可能 实现强电场电离放电叫。 通过改进介质阻挡放电的电介质材料、放电间隙结构的方法能够实现强电离放电。 图2l 为单个o h 等离子体源结构。 图2 l 单个o h 等离子体源结构目 f i g 2 ls t r u c t u r eo f s i n g l co h p l a s m as o u r c c 船舶压载水中o h 致死实验及其对海水水质的影响研究 图2 2 强电场电离放电形貌 f i 9 22 p a t t e m o f d i s c h a r g e _ ns t r o n g e i 时i e f i e l d 2 22 产生高浓度o h 溶液的等离子过程 通过改进介质阻挡放电的电介质材料、放电问隙结构的方法能够实现强电场电离放 电。在常温常压下等离子体反应室的放电间隙内形成流光放电的折合电场强度e r 仑4 0 0 t d 饵：放电电场强度，n ：气体浓度，单位为t d ，i t d = 1 0 - ”v c m 2 ) 。电子从电场获得平 均能量接近或大于l 25 e v ，足以使h 2 0 和q 分子激发、超激发、分解和电离，再以彤 成离子簇的方式进行分解、电离分解、电荷交挠等非常复杂的反应生成o h 等其它活性 物质。羟基自由基生成的等离子体反应途径如图23 所示。 强电譬电场蚶“) ；( t d 1 2s e v l h 2 00 2 4 降2 q 垮 t 2 0 h 2 0 * 乓n 2 十 恻翳 i + 0 h ，吖h 2 0 图2 3 羟基自由基生成的等离子体反应途径 f i g 23 r e a c t i o np a n ”掣o f t h e f o r m a t i o n o f o hr a d i c a l 第2 章强电场放电制取o h 及实验系统简介 以0 2 气体分子为主的- o h 产生等离子体过程包括： 0 2 + e 0 2 + + 2 e ( 2 1 ) 同样还可以得到n 2 + 、h 2 0 + 等正离子，与气体分子发生电荷交换反应： n 2 + + 0 2 一n 2 + 0 2 十( 2 2 ) 在强电场作用下，0 2 + 与h 2 0 分子形成水合离子： 0 2 + + h 2 0 + m 叫0 2 + ( h 2 0 ) + m ( 2 3 ) 以0 2 电离产生o h 的主要途径是水合离子的分解反应： 0 2 + ( h 2 0 ) + h 2 0 一h 3 0 十+ 0 2 + o h ( 2 4 ) 0 2 + ( h 2 0 ) + h 2 0 一h 3 0 + ( o h ) + 0 2 ( 2 5 ) h 3 0 十( o h ) + h 2 0 h 3 0 十+ h 2 0 + o h ( 2 6 ) 强电离放电过程中，每向强电场等离子体反应室注入1 0 0 e v 能量时，则产生5 2 6 个o h 、2 7 5 个e a q ，共产生8 0 1 多个自由基，强电离放电产生o h 等自由基数目远远 高于弱电离放电。 以h 2 0 分子电离、激发、超激发为主产生o h 等自由基的等离子体过程如反应方程 式2 7 2 1 0 所示。 h 2 0 分子的电离、激发反应式为： 2 h 2 0 + e h 2 0 十+ h 2 0 + 2 e ( 2 7 ) 其中激发态h 2 0 分子发生分解反应： h 2 0 + 一h + o h ( 2 8 ) h 2 0 发生分解电离的等离子体反应： h 2 0 + + h 2 0 一h 3 0 + + o h ( 2 9 ) 同时h 2 0 分子也发生如下附着、分解电离反应： h 2 0 + e e a q - 一h + o h ( 2 1 0 ) 总之，在等离子体反应室中，强电场电离放电引起0 2 、h 2 0 的激发、超激发和电 离反应，每加入1 0 0 e v 能量就可产生5 5 个o h ，产生的o h 数目是弱电离放电的l o 余 倍【5 4 】。可见，强电离放电是目前工程化制取o h 最有效、最可行和最理想的方法。 船舶压载水中o h 致死实验及其对酝把水质的影响研究 2 3 处理模拟船舶压载水的实验系统简介 23 10 h 产生设备 本文采用的o h 溶液产生设备如图2 4 所示。采用强电离放电将气态永和氧气通入 羟基产生设备中，形成含有大量o h 的一系列活性粒子，o h 随气体注入液体中，并充 分溶解，生成高浓度的o h 溶液，测定o h 溶液浓度时将o h 溶液经采样口通入5m l 浓度为4 m m 0 1 l 1 s a 溶液混合均匀，o h 浓度再经高效液相色谱检测闻。 图24 羟基溶液产生设备 f i 9 2 4 p r o d u c i n ge q u i p m e n t o fo h s o l u n o n 23 2 实验系统流程图 羟基溶液处理模拟船舶压载水的系统流程图如图2 5 所示，本文的所有系统实验均 是在此实验系统中进行，选择同一系统实验条件也在同一条件下对取得的水样进行测 定。得出结果。 由下面的系统图可以看到，整个实验系统主要分为三个部分，一部分为模拟压载船 及输送模拟压载水的部分，模拟压载水通过泵被输送到主管路中，通过变额器控制泵的 第2 章强电场放电涮取o h 厦实验系统简介 参数进而控制模扭压载水的流速：一部分为羟基溶液产生部分，羟基自由基是通过羟基 产生设备产生，并结合模拟压载水形成羟基溶液，羟基溶液再通过泵被输送进入主管路 经过液渣溶合器将羟基溶液与模拟压载水充分混合，使羟基溶液与模拟压载水充分反 应：一部分为取样部分经过羟基溶液与模拟压载水充分反应的主管路中水样经过1 8 - 2 5 的8 个电磁阀取样口，在系统面板的控制下，在同一时间进行取得水样，进而对水样进 行检测。 隔 即虹善也k 蚰 ，善当二晕盱肛盯t 硼 r 飞”吉吉燃尝：尝l 注：1 海水池2 球阀3 模拟压载舱4 , 8 ，l 仉2 6 压力数字报警器5 ，1 6 泵6 变损罂 7 开关9 教控涡流流量计1 l 氧气1 2 气体流量计1 3o h 溶液产生设备 1 4 持却循环器i s 转子流量计1 7 涟液溶合器1 8 2 5 电磁阀取样口 图2 5 模拟压载水平面设计凰 f i g25 f a i r 捌印c h a r 【o f 锄m o 印m g h u 喊w a t e r 本实验根据相同的实验条件，经过多次的实验系统调试，得出了最佳实验系统参数 如表2 2 所示。 船舶压载水中o h 致死实验及其对海水水质的影响研究 由上表得到了实验系统的主要参数数据，根据这些参数对实验系统进行调试，处理 模拟压载水所需要的o h 浓度，是通过对o h 溶液产生设备的参数设定得到的，具体的 参数包括电压、电流、进气量等。 由3 1 系统杀灭藻类实验的结果得出，在检测到第六个取样口的水样时，经羟基自 由基处理后的船舶压载水已经满足国际海事组织第d - 2 条排放标准，因此，在以后系统 实验中水样只取前六个取样口的水样进行测定，即a 点、b 点、c 点、d 点、e 点、f 点。 2 4 本章小结 ( 1 ) 介绍了高级氧化技术的基本概念，并概括了o h 的氧化特性，o h 氧化分解微 生物体，最终将其降解为c 0 2 、h 2 0 和微量无机盐，不存在有毒有害的残留物，没有二 次污染，实现零废物排放，利用羟基自由基的这些氧化特性来采用o h 溶液治理船舶压 载水。 ( 2 ) 通过改进介质阻挡放电的电介质材料、放电间隙结构的方法实现强电场电离放 电，在常温常压下等离子体反应室的放电间隙内形成流光放电的折合电场强度e l 仑4 0 0 t d ，表示出了羟基自由基生成的等离子体反应途径。通过介绍高浓度o h 溶液制取工艺 流程，说明了采用强电场放电制取羟基自由基溶液方便、易操作，能够有效的应用到实 际中。 ( 3 ) 介绍了羟基溶液处理模拟船舶压载水的系统流程图和实验系统主要参数，整个 系统主要分为三个部分：模拟压载水输送主管路部分；羟基溶液产生部分；取水样部分。 本文所有系统实验均是在此实验系统中、同一条件下完成，测得水样，得出结果。 第3 章船舶压载水中o h 致死实验 第3 章船舶压载水中o h 致死实验 根据压载水管理系统认可导则( g 8 ) 实验用水要求，选取模拟压载水中微生物的 其中两种藻类作为研究对象，即球等鞭金藻( i s o c h r y s i sg a l b a n a ) 和小新月菱形藻( n i m c h i a c l o s t e r f u m ，m i n u a s s i m a ) ，用- o h 溶液对这两种藻类进行系统杀灭实验，同时，用不同浓 度o h 对膜脂过氧化和过氧化酶系的影响来进一步证明o h 对藻类的破坏作用。 3 1 o h 溶液杀灭藻类的系统实验 3 。1 1 实验藻种和实验系统 实验用海水是由辽宁省水产研究所提供的大连市星海湾的过滤海水。所选用的藻类 为球等鞭金藻和小新月菱形藻。 本文所做的系统实验均是在2 3 2 介绍的系统中进行，所调试的参数：水温1 5 ( 2 、 所用管径为4 0 r a m 、泵的频率为3 7 5 1 - i z 、压力为1 2 0 m p a 、流量为5 8m 3 h ，管径流速为 1 2 8m s 。 3 1 2 实验步骤 ( 1 ) 根据g 8 导则实验用水要求，配制藻类浓度分别为球等鞭金藻6 8 0 x1 0 4 c e l l m l 和小新月菱形藻5 6 0x1 0 4 c e l l m l ，进行两次系统实验； ( 2 ) 根据所调试的最佳系统实验参数，调试系统并运行，准备好取水样的一定体积 的取样瓶，待系统运行稳定后，准备进行取水样； ( 3 ) 在0 、a 点、b 点、c 点、d 点、e 点、f 点同时取得原水样、杀灭1 s 、2 s 、3 s 、 4 s 、5 s 、6 s 的水样，在显微镜下测定经o h 溶液杀灭后的剩余藻类浓度。 3 1 3 实验结果与分析 本节选用浓度为6 8 0x1 0 4 c c l l m l 的球等鞭金藻和5 6 0x1 0 4 c e l l m l 的小新月菱形 藻分别进行系统杀灭实验，经过多次反复实验，满足第d - 2 条排放标准的要求，确定最 佳o h 杀灭浓度分别为0 5 7 2 m g l 和0 6 2 4 m g l ，反应完全后，在显微镜下观察两种藻 类的杀灭情况，得出o h 杀灭时间与两种藻类的致死率关系如图3 2 所示。 船舶压载水中o h 致死实验及其对海水水质的影响研究 _ 卜球等鞭金藻 叫9 一小新月蒡形 01234 5 6 明杀灭时间( s ) 图3 1 o h 杀灭时间对致死率的影响 f i g3 i d e p e n d e n c oo f l e t h a l i t yr a t e0 nk i l l i n gt i m eo f o h 由图3 1 可以看出，随着o h 杀灭时间的增加，球等鞭金藻和小新月菱形藻的致死 率在上升，在o h 浓度为0 5 7 2 m g l 和o 6 2 4 m g l 时，杀灭1 s 后水样中藻类的致死率分 别为9 5 4 0 和9 3 6 7 ，水样中所剩活藻已经很少，在o h 对藻类作用6 s 后，水样中藻 类的致死率已经达到了9 9 9 5 以上，藻类几乎全部被致死，2 4 小时后再检测，致死率 无下降趋势，藻类无再生现象。 o h 杀灭时间对活藻个数的影响如表3 1 和图3 2 所示。 由表3 1 和图3 2 可看出，o h 杀灭时间对经o h 杀灭藻类所剩的活藻个数影响很 大，已知原水样中的藻类浓度都在1 0 4 数量级，经o h 溶液杀灭1 s 后，所剩活藻的个数 就变减少为1 0 3 数量级，杀灭3 s 后，所剩活藻个数减少为1 0 2 数量级，在杀灭6 s 后，两 种藻类的活藻所剩无几，球等鞭金藻所剩活藻的个数为4 c e l l m l ，小新月菱形藻所剩活 藻个数为2 7 c e l l m l 。2 4 h 之后，再经显微镜进行检测，观察到经羟基杀灭的球等鞭金藻 和小新月菱形藻均无再生现象，且所剩活藻个数均小于1 0 c e l l m l ，满足国际海事组织 第d 2 条排放标准。 寻 0 孚v舒曝巅 第3 章船舶压载水中o h 致死实验 表3 1 o h 杀灭时间对活藻个数的影响 t a b l e3 1d e p e n d e n c eo f t h en u m b e ro f l i v ea l g a e so nk i l l i n gt i m eo f o h 8 6 目 、 s4 籁 - 鬓2 0 i 。 、 2| j j | 十球等燃 十小新月菱形藻 j 。 1卜、一 图3 2 o h 杀灭时间对活藻个数的影响 f i g3 2d e p e n d e n c eo f t h en u m b e ro fl i v ea l g a e s0 1 1k i l l i n gt i m eo f o h 3 2 o h 对膜脂过氧化程度和抗氧化酶系的影响 o h 具有很强的氧化性，它可以使藻类细胞的结构形态发生改变，使微生物机体被 氧化而最终死亡，3 1 充分说明了o h 对藻类的致死作用，本节主要研究用不同浓度。o h 船舶压载水中- o h 致死实验及其对海水水质的影响研究 溶液对膜脂过氧化和抗氧化酶系的影响来进一步证明o h 对藻类的破坏作用【5 6 1 。由于生 物实验的不稳定性，需要多次重复进行同样的实验研究，在重复实验得出相似变化规律 的基础上，选择具有代表意义的数据作为实验结果进行分析，从而得出结论。 3 2 1 实验试剂和实验仪器 实验用到的主要试剂见表3 2 ，仪器见表3 3 。 表3 2 实验试剂 t a b l e3 2r e a g e n t sf o re x p e r i m e n t s 表3 3 实验仪器与设备 t a b l e3 3i n s l m m e n t sa n da p p a r a t u sf o re x p e r i m e n t s 第3 章船舶压载水中- o h 致死实验 3 2 2 膜脂过氧化和抗氧化酶系在生物界中的作用 3 2 2 1 膜脂过氧化 微生物的基本结构和功能单位是细胞，细胞膜是分隔细胞内外环境的重要屏障，膜 的通透性和选择性运输是生命的重要基础。生物膜对细胞生命活动很重要，细胞、细胞 器膜结构的完整性是发挥其正常功能的基础【5 7 1 。膜上富含多不饱和脂肪酸( p u f a ) ，极 易受到自由基攻击而发生膜脂过氧化反应【5 引。 - o h 杀灭微生物的作用原理是在o h 强氧化的作用下，微生物机体被氧化而最终死 亡，因此在整个反应过程中，一定会产生被氧化物质。细胞膜脂的过氧化导致膜破碎， 使细胞内含物外泄，致使细胞死亡。或在逆境条件下，往往发生膜脂过氧化作用，丙二 醛( m d a ) 是其产物之一，通常利用它作为脂质过氧化指标，表示细胞膜脂过氧化程度和 植物对逆境条件反应的强弱。依据细胞膜脂过氧化产物( m d a ) 含量的变化来表示细胞脂 质过氧化程度的高低【例。 3 2 2 1 抗氧化酶系 生物体内部不断的进行着各种化学变化，这些极为复杂的化学变化都是在各种不同 的酶的催化下进行的。只要有生命的地方，就有酶在起作用。 酶是一种蛋白质，当受到外界污染物的袭击，而使其变性后，酶活将完全失去。利 用酶的高效性和高度专一性特点，对抗氧化酶体系( 包括超氧化物歧化酶、过氧化物酶 和过氧化氢酶) 进行了研究和测定，通过o h 对其作用，得n t 单细胞藻类体内的抗氧化 酶的一系列规律，从而在微观分子水平上得到o h 杀灭藻类的证据。 船舶压载水中o h 致死实验及其对海水水质的影响研究 超氧化物歧化酶( s o d ) 是一种金属酶，因为这种蛋白具有对超氧阴离子自由基( 0 0 发生歧化反应的活性，故命名为超氧化物歧化酶。超氧化物歧化酶的分布极为广泛，几 乎存在于所有动植物体中。人们已经从细菌、寄生虫、藻类、霉菌、昆虫、鱼类、蔬菜、 水果和哺乳动物等多种动植物体内分离到超氧化物歧化酶。超氧化物歧化酶催化的酶反 应是对生物体内产生的超氧阴离子自由基( 0 2 。) 的清除反应【6 0 j 。它是存在于生物体内的抗 氧化功能酶。当生物体暴露于外源性污染物中，这些污染物参与了体内的氧化还原循环， 并产生了大量的活性氧、过氧化氢、羟基等，使动植物体细胞内的d n a 链断裂、脂质 过氧化、酶失活等一系列氧应激反应。这些抗氧化酶能控制机体代谢的活性氧，在防御 过氧化损害方面起非常重要的作用。 过氧化物酶( p o d ) 广泛存在于生物界中，是细胞内控制细胞分裂的酶之一，它的活 性大小关系着细胞分裂的速率大小。植物体中含有大量过氧化物酶，是活性较高的 一种酶，与呼吸作用、光合作用及生长素的氧化等都有关系1 6 1 】。过氧化物酶的主要 生理功能之一是调节植物内源激素的合成水平，从而控制植物细胞生长发育。因此，植 物细胞要维持旺盛的生长繁殖状态，就必须具有一定的过氧化物酶活性。过氧化物酶活 性增强，使藻类合成新细胞壁的能力增强，并且使细胞处于旺盛的分裂状态。就藻类而 言，由于它是单细胞植物，它的生长和繁殖都不是以个体的生长来表现的，而是体现在 细胞分裂上，所以过氧化物酶的测定就显得更为重要。当羟基杀灭细胞后，过氧化物酶 的活性明显降低，从而破坏了其分裂细胞的能力。 过氧化氢酶广泛存在于微生物及动植物体内，近年来已被应用于生态毒理及化学领 域。几乎所有的生物机体都存在过氧化氢酶。其普遍存在于能呼吸的生物体内，主 要存在于植物的叶绿体、线粒体、内质网、动物的肝和红细胞中，其酶促活性为 机体提供了抗氧化防御机理【6 2 】。动植物和微生物细胞内的过氧化氢酶可以催化过氧化 氢分解为h 2 0 和0 2 。 2 h 2 0 2过氧化氢酶2 h 2 0 + 0 2 第3 章船舶压载水中o h 致死实验 3 2 3 o h 对膜脂过氧化程度的影响 采用硫代巴比妥酸( t b a ) 法测定。脂质过氧化物( l p o ) 的降解产物丙二醛( m d a ) 与 t b a 缩合，在酸性环境下生成粉红色化合物 ( t b a ) 2 一丙二醛加和物】，在5 3 2 n m 有吸收 峰，可用分光光度法进行测赳6 3 1 。 试剂配制 三氯乙酸( t c a ) ：5 ； 硫代巴比妥酸( t b a ) ：0 6 7 。 分析步骤 a 海水消毒：取过滤海水，煮沸2 0 m i n 消毒灭菌； b 取5 个2 5 0 m l 的锥形瓶，标记编号i , - , 5 ，分别加入藻液浓度为3 5 0 x 1 0 4 c e l l m l 的球等鞭金藻和小新月菱形藻l o o m l ： c 在5 个锥形瓶中分别加入已知浓度的羟基溶液5 0 m l ：0 、0 2 6 、0 3 9 、0 5 2 、 o 6 5 m g l 5 个浓度梯度，每个浓度的羟基溶液取三个平行样，以下数据求得的均为平均 值； d 分别取处理前后的藻液于0 4 5 1 t i n 孔径滤膜抽滤，在匀浆器中加入5 的三氯乙 酸5 m l ，匀浆在3 0 0 0 r m i n 下离心2 5 m i n ； e 取上清液2 m l ，加0 6 7 硫代巴比妥酸2 m l ，混合后在1 0 0 水浴上煮沸3 0 m i n ， 冷却后再离心一次； f 将离心后的水样倒入比色皿，分别在4 5 0 、5 3 2 、6 0 0 n t o 波长处测定其吸光度。 计算公式： c ( m d a ) = 6 4 5 ( a s s 2 - - a 6 0 0 ) - - 0 5 6 a 4 s o 式中：c 似四圳m d a 含量，单位为微摩尔每升( i x m o l l ) 彳盯厂一在4 5 0 n m 波长的吸光度值； 么f i 厂在5 3 2 n m 波长的吸光度值； 彳卯旷一在6 0 0 n m 波长的吸光度值； 实验结果与分析 ( 3 1 ) 船舶压载水中o h 致死实验及其对海水水质的影响研究 用c e c i l 紫外可见分光光度计测得在4 5 0 、5 3