低频低功率超声除藻技术及其现场应用研究

摘要

富营养化水体中富含滋养植物生长的无机营养成分，导致水体出现一系列相应的变化，使藻类或其它生物迅速繁殖，影响水质并扰乱了水体中的生态平衡，进而影响水质的利用价值。水华是水体富营养化的直接后果，破坏了水体正常生态平衡、释放藻毒素污染水源，严重危害人类的健康。利用超声除藻见效迅速、不引起水体二次污染，是一种环境友好除藻技术。 本文对自行构建的低频低功率超声除藻技术进行了实验与现场应用研究。通过实验室研究，优化了超声除藻的工艺参数，检测了超声处理前后的水体理化性质变化，同时探讨了超声对水生生物亚急性毒性效应。水华爆发期间，在太湖建立了4400余平方米的实验现场，考察超声在现场湖库中清除水华的效果。 一、低频低功率超声除藻的实验研究 以人工培养的铜绿微囊藻为超声辐照对象，对比超声作用前后藻溶液中叶绿素、胞外与胞内藻毒素LR、COD、TP和TN等含量变化，优化超声除藻技术参数；并探讨超声除藻的作用特性。研究结果表明，低频低功率超声除藻装置的优化除藻参数为频率20kHz，功率40W，辐射时间15s；在该参数的超声作用下，藻细胞受损，浮游能力被破坏，藻细胞整体沉降到水体底部，藻浓度下降约48．8％。在此过程中，水体中叶绿素a含量、COD降低，IP和TN的分布发生改变。但未观察到水体中藻毒素浓度和pH、温度等理化指标的改变。由此提示，低频低功率超声除藻技术可能是一项对环境友好的高效除藻技术。 二、低频低功率超声对水生生物的影响研究 以20尾鲫鱼科成年红色雄性狮子头金鱼为受试对象，采用频率为20kHz、功率分别为0、40、80W的超声每天辐照8h，进行连续30天的亚急性毒性实验以探讨低频低功率超声对水生生物的生物安全性。研究结果表明，低频低功率超声对鲫鱼科成年红色雄性狮子头金鱼的生长、行为、形态、组织病理等指标均无异常影响。低频低功率超声除藻技术对水生生物可能是安全的。 三、低频低功率超声除藻装置的太湖现场应用研究 为考察低频低功率超声除藻装置对自然湖泊水华的实际处理效果，在太湖设立约400平方米的水域以移动超声处理1小时、连续对比观察14天的方式观察低频低功率超声除藻装置对水华的现场处理能力。实验结果表明：在超声处理结束1h后，水体表层藻密度由×107个/ml降至×105个/ml，透明度由0cm上升至35cm，叶绿素a降至初始浓度的3．3％，水体的藻毒素LR含量未见升高、TN和TP出现大幅度下降。超声处理结束14d后，水体的藻密度为κ104个/mL，透明度为133cm，叶绿素a含量下降了93．3％。由此表明，低频低功率超声对藻类有明显的清除作用，能造成藻细胞受损，浮游能力被破坏而整体向水体底部沉降。不会造成水体二次污染。该技术安全可靠，处理效率高，尤其适于在水华发生期间的应急处理。 四、超声-电混凝复合除藻技术的初步研究 自行构建了电混凝装置和超声-电混凝复合装置并初步评价了其除藻作用的效果。实验结果表明，电混凝装置对微囊藻具有明显的凝聚沉降作用，其最佳除藻参数为电流强度1．2A，处理时间120s。但超声与电混凝处理工艺初步的复合除藻试验未见两者间有协同效应，尚待进一步的研究。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要缩略词表

声明

前言

第一章 低频低功率超声除藻的实验研究

1 材料与方法

2 实验结果

3 讨论

本章小结

第二章 低频低功率超声对水生生物的影响研究

1 引言

2 实验材料和方法

3 实验结果

4 讨论

本章小结

第三章 低频低功率超声除藻装置的太湖现场应用研究

1 引言

2 实验材料和方法

3 实验结果

4 讨论

本章小结

第四章 超声-电混凝除藻复合技术的初步研究

1 引言

2 材料与方法

3 结果

4 讨论

本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

综述:超声空化应用研究进展

附录

致谢