臭氧辅助光催化处理船舶压载水灭菌机制的研究

摘要

船舶普遍使用的压载水是现代远洋船舶航海安全和高效营运的保证。但是随之带来的外来有害生物入侵性传播已成为海洋面临的四大威胁之一，世界各国对压载水的处理势在必行。高级氧化技术以其能耗低、操作简便、可减少二次污染等突出优点成功地应用于环境保护的很多领域。本文采用UV/TiO2和UV/O3来对水体进行快速消毒灭菌，研究了其灭菌效果,并对杀菌机理进行了探讨，为寻求一种有效的船舶压载水处理工艺提供理论依据。
　　本文在实验室条件下对臭氧的产量和其在水中的溶解规律进行了研究，并探讨紫外辐射强度在水中穿透时的衰减规律。结果表明，随气流量的增大，臭氧产量增大。随着曝气时间的延长，水中臭氧浓度呈现近似线性增长。紫外光强在水中的衰减服从指数衰减规律，ln(I0/Ir)=0.0221r。
　　分别对UV/TiO2和UV/O3两种工艺进行了灭菌效果研究，考察了UV，TiO2和O3在各自系统中的作用。结果表明，UV在两种系统中都起了主要作用，TiO2或O3的加入均能增强灭菌效果。在光强为4.7mW/cm2时，灭活3lg(Nt/N0)的大肠杆菌，TiO2光催化灭菌较UV所需时间缩短3s。而光强为1.2mW/cm2时，UV/O3处理80s可灭活5.865lg(Nt/N0)的大肠杆菌，且没有出现UV单独灭菌时的光复活现象。甲醇实验证明，羟基自由基的产生是系统灭菌性能提高的主要原因。
　　通过原子力显微镜观察表明，在UV/TiO2和UV/O3灭菌过程中，大肠杆菌细胞壁和细胞膜受到破坏，细胞物质外泄。菌液中MDA含量，钾离子浓度和胞外蛋白浓度随处理时间延长不断增加。在光强较低时（1.2mW/cm2），紫外线对大肠杆菌细胞外部结构未产生明显破坏，而当光强达到4.7mW/cm2时，作用20s后可观察到细胞外部受损，但没有UV/TiO2作用时严重。两种工艺处理后，细菌的死亡均较单独紫外处理时彻底。
　　DNA琼脂糖凝胶电泳结果表明UV/TiO2和UV/O3工艺对细菌DNA的氧化损伤均较单独紫外时严重。UV/TiO2诱导大肠杆菌染色体DNA双链严重损伤，DNA条带主要集中在6557bp和9416bp处。UV/O3和O3在水中产生了?OH攻击了大肠杆菌的DNA，引起DNA的开环或断裂,发生了氧化损伤，在琼脂糖凝胶电泳中发生了严重拖尾和弥散现象。单纯紫外照射对DNA有损伤作用弥散的DNA拖尾至2322bp附近。

目录

臭氧辅助光催化处理船舶压载水灭菌机制的研究

DISINFECTION MECHANISM OFBALLAST WATER TREATMENT BYOZONE ASSISTED PHOTOCATALYSISPROCESS

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 远洋船舶压载水的处理

1.2 高级氧化技术的研究及应用

1.3 高级氧化技术灭菌机理研究现状

1.4 课题研究的意义和主要内容

第2章 实验材料和方法

2.1 主要实验仪器及试剂

2.2 实验装置

2.3 灭菌效果分析方法

2.4 核酸蛋白质检测方法

2.5 丙二醛（MDA）含量的测定方法

2.6 K+渗漏量的测定方法

2.7 原子力显微镜法考察细胞结构破坏

2.8 细菌DNA 的检测

第3章 不同灭菌方法处理船舶压载水的效果

3.1 臭氧在水中的溶解

3.2 紫外光强在水中的衰减

3.3 UV/O3对大肠杆菌的致死影响

3.4 TiO2光催化对大肠杆菌的致死影响

3.5 本章小结

第4章 紫外辐射和TiO2光催化灭菌的机理

4.1 细菌表面结构变化的考察

4.2 紫外辐射、TiO2光催化作用下MDA含量的变化

4.3 细胞破碎情况和细胞膜完整性考察

4.4 光催化过程对细菌DNA 的破坏

4.5 本章小结

第5章 UV/O3联合灭菌机理的研究

5.1 细菌表面结构变化的考察

5.2 臭氧、紫外辐射、UV/O3联合作用下MDA含量的变化

5.3 细胞破碎情况与细胞膜完整性的考察

5.4 臭氧、紫外辐射、UV/O3联合作用对细菌DNA的破坏

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢