UV-C照射下纳米TiO光催化对蓝藻生长影响的研究及其应用

摘要

水体中暴发的蓝藻“水华”，不仅使供水管道发生阻塞，而且还会使水体产生异味和向水体释放出毒素，对水环境造成了严重危害。为了有效保护水环境，防止蓝藻“水华”危害，对蓝藻“水华”实施有效治理是十分必要。当前，在众多蓝藻“水华”防治技术中，因成本较高、防治后易于再次生长和产生二次污染等而收效甚微，研究能够克服以上技术的不足，能有效防治蓝藻“水华”的新技术是十分必要。
　　 灭菌紫外线（UV-C）能杀死各种细菌和病毒，当被用于杀灭蓝藻细胞时，因蓝藻细胞的保护作用，很难对蓝藻细胞产生损伤。因此，对于抑制疯长的蓝藻，灭菌紫外线面临巨大的挑战。纳米TiO2，具有对自然环境无毒、化学性能稳定、使用成本低廉和光催化活性高的优点。因而，利用UV-C光催化纳米TiO2作用于蓝藻细胞，可以取得比UV-C单独作用时更有效的细胞损伤。
　　 本课题选用蓝藻“水华”中常见的鱼腥藻7120和铜绿微囊藻为实验蓝藻，以UV-C为催化光源和纳米TiO2为催化剂，发生UV-C光催化纳米TiO2反应，实现对蓝藻“水华”的模拟防治。研究结果为：首先，建立了UV-C光催化纳米TiO2抑制蓝藻生长实验工艺，测定了工艺的反应参数，研究了对蓝藻生长影响的效果，通过鱼腥藻7120生理学参数测定，发现在蓝藻藻液中辐照光强约为0.10 mW/cm2、纳米TiO2浓度为100 mg/L、反应温度为30 ℃和溶解氧浓度为9.0 mgO2/L的条件下，反应60 min后，实验工艺能够有效阻止蓝藻生长。其次，对纳米TiO2进行了改性，通过不同金属离子掺杂物对鱼腥藻7120叶绿素a浓度的变化，发现掺杂Ag＋纳米TiO2使鱼腥藻7120中叶绿素a浓度的下降更快。再次，研究了UV-C光催化Ag-TiO2对实验蓝藻生长的影响，通过对蓝藻的细胞数目、叶绿素a浓度、藻蓝蛋白浓度、光合放氧速率、细胞形态结构、脂质过氧化、抗氧化性酶活性和双链DNA断裂进行测定，在分别与UV-C单独处理和UV-C光催化纳米TiO2处理比较后，发现UV-C光催化掺杂Ag＋纳米TiO2更容易使蓝藻细胞受到活性氧化物作用，在蓝藻细胞膜产生过氧化反应，最终出现了蓝藻细胞壁发生破裂、蓝藻细胞器发生破损和蓝藻细胞生存能力完全丧失的结果；同时，在UV-C光催化掺杂5%Ag＋纳米TiO2反应中，因活性氧化物的作用，使蓝藻细胞膜遭受了更严重地损坏。最后，利用UV-C光催化掺杂Ag＋纳米TiO2获得的实验结果，设计适合于水体流域蓝藻“水华”治理的装置，并对设计装置的预期应用进行了分析。
　　 可以看出，本课题利用掺杂Ag＋纳米TiO2治理富营养化水体中过度生长的蓝藻，为一种有效的蓝藻“水华”治理技术。