论文部分内容阅读
船舶压载水异地排放带来的生物入侵问题一直是海洋环境关注的重点问题,对压载水生物污染的有效处理、减轻压载水带来的环境污染等问题对于中国这样的船运大国来说是重中之重。本文通过分析船舶压载水的危害及其治理技术的发展,采用电催化技术对船舶压载水中的藻类生物进行灭活处理。采用自制新型尺寸稳定阳极(DSA)材料构建电催化反应装置,实现反应装置小型化。分析DSA电催化技术对藻类的灭活效果及机理,为船舶压载水处理技术的发展应用提供技术指导。实验采用热分解法制备了 RuO2-SnO2-Sb2O5/Ti,IrO2-SnO2-Sb2O5/Ti 和 RuO2-IrO2-SnO2-Sb2O5/Ti三种涂层电极,并对电极进行了电化学性能分析。结果表明:涂层材料不同影响电极的性能。RuO2的加入可以降低涂层电极的析氯电位,而IrO2的加入在更大程度上提高了涂层电极的析氧电位,对电极的寿命有了延长。通过对氯氧电位差分析,实验选择氯氧电位差大、且析氯电位相对较低的RuO2-IrO2-SnO2-Sb2O5/Ti涂层电极为DSA电催化处理压载水的优选阳极。对五种藻类进行的灭活研究表明,DSA电催化对船舶压载水中藻类灭活具有可行性,并且藻类的细胞大小和结构不同导致其灭活效果不同。相同实验条件下,金藻最容易被灭活去除,青岛大扁藻次之,而新月菱形藻、赤潮异弯藻、塔玛亚历山大藻的灭活效果较差。在阳极面积为7 cm2、水力停留时间60 s、电流密度30 mA/cm2的条件下,金藻的灭活率可达98.91%,青岛大扁藻为88.94%,而新月菱形藻、赤潮异弯藻、塔玛亚历山大藻仅为37.54%、28.34%、17.66%。选择青岛大扁藻和赤潮异弯藻两种代表性藻类进行进一步的条件影响实验研究,结果表明:DSA电催化对藻类的灭活具有一定的持续性,通过静置藻类的灭活率有一定的提高。一定范围内藻类的灭活效果与水力停留时间、电流密度呈正相关关系,水力停留时间越长、电流密度越大,藻类的灭活率越高。相同实验条件下阳极面积的增加促进了电场的直接氧化作用,提高了藻类的灭活效果。通过条件优化,电催化对藻类可实现高效的灭活效果。当阳极面积为7cm2、电流密度为30 mA/cm2、水力停留时间为40 s、静置20 min,电催化作用对青岛大扁藻的灭活率可达到99.27%;当电极面积为7cm2、电流密度为150 mA/cm2、水力停留时间为70S s、静置30 min,电催化作用对赤潮异弯藻的灭活率可达到99.09%。出水中总剩余氧化物(TRO)的分析结果表明,电催化处理后即时出水中存在一定浓度的TRO,且TRO浓度随着静置时间的延长而逐渐衰减。静置过程中TRO的浓度衰减与灭藻率的持续增长相关分析表明,出水中的TRO是电催化作用后对藻类具有持续灭活的重要原因。通过丙二醛(MDA)含量测定、FDA荧光染色观察、藻细胞的形态观察分析电催化对藻类的灭活作用机理。结果表明,电催化使得藻细胞生物膜发生脂质过氧化反应致使膜通透性改变从而对细胞结构造成损伤,同时电催化损伤藻细胞内叶绿体等细胞器,从而造成细胞新陈代谢紊乱致死。