超声波除藻的机制以及安全性研究进展

第33卷第1期2014年2月四川环境SICHUANENVIＲONMENTVol.33，No.1February2014·综述·收稿日期:2013-05-28基金项目:国家自然科学基金青年基金(51108481);国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07102001-003);中央高校基本科研业务费资助(CDJＲ1121002、106112012CDJZＲ2100027);污染控制与资源化国家重点实验室开放课题(PCＲＲF12021)。作者简介:陈龙甫(1988－)，男，河南南阳人，重庆大学市政工程专业2012级在读硕士研究生，研究方向为水处理理论与技术。通讯作者:姚娟娟，yjj2002．163@163．com。超声波除藻的机制以及安全性研究进展陈龙甫，姚娟娟，张智，张咏雪，张梦然(重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆400045)摘要:超声波空化氧化是一种新兴的除藻技术。较之其他的除藻工艺，超声波有着无可比拟的优势，越来越受到重视。本文就超声波除藻技术研究中的热点问题———超声波除藻的机制以及超声波除藻的水质安全性的最新研究进展进行综述，并指出这些研究中存在的一些问题以及未来可能的研究方向。关键词:除藻;超声波;灭活机制;影响因素;水质安全中图分类号:X172文献标识码:A文章编号:1001-3644(2014)01-0150-04AＲesearchProgressＲeviewontheMachanicsandSaftyofAlgaeＲemovalbyUltrasonicCHENLong-fu，YAOJuan-juan，ZHANGZhi，ZHANGYong-xue，ZHANGMeng-ran(KeyLaboratoryoftheThreeGorgesＲeservoirＲegionsEco-Environment;MinistryofEducation，ChongqingUniversity，Chongqing400045，China)Abstract:Ultrasoniccavitationoxidationisanewtechniqueforalgaeremovalwithincomparableadvantages．Thispaperreviewedthehotissueofcurrentresearchesonthealgaeremovalbyultrasonicfromtheaspectsofthemechanismaswellasthewaterqualitysecurity．Moreover，theinadequaciesofcurrentresearchesandthefurtherresearchdirectionswerealsodiscussed．Keywords:Algaeremoval;ultrasonicirradiation;inactivationmechanism;effectfactors;securityofwaterquality目前，我国水体的富营养化严重，藻类爆发频繁发生。“水华”现象已成为亟待解决的环境问题之一。超声波空化氧化是一种新兴的除(灭活)藻技术。较之其他的除藻工艺，超声波有着无可比拟的优势。首先，超声波在水中的衰减较慢，传播距离长，作用范围广，适合于水域作业，尤其适合于控制给水厂取水口的藻类繁殖。其次，在发生水华的高藻水体中，水体的浊度很高，超声波的穿透能力强的特点能有效的克服这一问题。再次，超声波是一种环境友好的水处理技术，无需向水体中投入化学药剂(例如，杀藻剂等)，同时对藻类细胞破碎后释放出的有毒物质有一定的降解和控制作用［1，2］。本文将就超声波除藻的机制以及安全性进行综述。1超声波空化氧化机理水体在一定频率的超声波辐射作用下会产生大量空化泡。在超声波正压相和负压相的交替作用下，空化泡在数微秒甚至纳秒内经历绝热的振荡、生长、压缩和破灭整个过程，从而在水溶液中产生局部的高温高压微环境(温度可达5000K，压力可达1000bar)，同时产生具有强烈冲击力的微射流，形成冲击波效应。在空化泡破灭的瞬间，进入空化泡的水分子会在极端的高温高压条件下均裂为高活性的自由基(氢原子(·H)、羟基自由基(·OH))［3，4］。综上所述，超声波辐射水体时，可在水体中产生如下几种物理化学效应:高温裂解效应、自由基氧化效应、空化泡共振效应、微射流剪切效应。DOI:10.14034/j.cnki.schj.2014.01.0262超声波对藻的灭活机制2.1超声波对藻类光合作用系统的破坏机制藻类和其他植物一样利用光合作用获得能量，以此来维持自身的生命活动。藻类光合作用中获取能量的重要的物质有胞内的叶绿素和胞外的藻胆蛋白。藻蛋白吸收波段为470～650nm的光线，叶绿素则吸收波