大气压等离子体射流对水中铜绿微囊藻的灭活作用

环境工程学报第9卷plasmajet，APPJ)作为一种新型的灭菌消毒技术，受到国内外广泛关注。相比常规的灭菌消毒技术，APPJ具有操作条件简单(常温常压下即可进行)、快速、高效、无二次污染等优点，在湖泊蓝藻爆发、船舱压载水中藻类的灭活方面，具有应用前景［14-17］。AkiyamaH．等［18］利用太阳能电池通过B-PFN电路形成液相等离子体放电，致使蓝藻沉入湖底自然死亡;BaiMindong等［19］尝试了用液电等离子体技术产生的羟基自由基来灭活船舶压载水中藻类，达到了近100%灭活率，这也为APPJ在环境应用方面提供了思路和借鉴。APPJ的杀菌机制与其含有带电粒子［20，21］、活性物质(·OH、·O、O－2、O*2和O3等)［19，22，23］和紫外线辐射［24，25］等作用有关。目前，APPJ杀灭微生物的研究主要集中在对表面微生物灭活，仅有少数研究了在液体体系中微生物的灭活［27-29］。本研究通过研究APPJ对铜绿微囊藻的灭活作用机理，为AP-PJ在水体微生物灭活、水体环境治理等方面的应用研究提供实验基础和技术支持。1材料与方法1．1实验材料实验所用藻种为铜绿微囊藻(M．aeruginosa，FACHB-924)购自中国科学院武汉水生生物研究所，藻体为球状，属于蓝绿藻，是引起水华的常见藻种。将藻细胞接种于BG11培养基中，培养条件为温度(25±1)℃，光暗比12h∶12h，照度为2500lux左右，培养至对数生长期后开始实验。1．2实验装置实验装置流程图如图1所示，包括等离子体射流发生器、玻璃反应器、循环冷却水装置和供气系统。APPJ(图2)为同轴电极结构，包括铜管外电极和铜棒内电极，内电极为高压端，外电极为接地电极。采用空气作气源，气体经空气过滤器(0．45μm)过滤后进入转子流量计调节气体流速(2～8L/min)，最后由进气孔进入铜管，气体在高压电极间产生等离子体电离放电，由前部喷嘴喷射出，形成等离子体射流火焰，从液相反应器底部鼓入。液相玻璃反应器(有效体积0．3L)为一双层玻璃圆柱筒，玻璃夹层内通入循环水，从而保持反应系统温度恒定。射流电源主要由调压器(0～220V)和高压交流电源(0～15kV)组成，输出电压控制在0～10kV之间。在高压交流电源后面接电阻(10kΩ)，以便图1APPJ实验装置示意图Fig．1SchematicdiagramofAPPJgeneratedinaqueoussolution图2APPJ结构示意图及放电图像Fig．2StructureanddischargeimageofAPPJ限制放电电流。1．3实验过程100mL藻液于反应器中，初始藻液的光密度OD680约为0．200，pH为10．00±0．30，叶绿素a(Chl-a)约为200mg/L，空气作为气源。处理藻液的初始电压为7kV，处理时间为30min，气体流速为4L/min。处理后，对藻液的光密度OD680、pH进行测试，并对处理后的藻液培养4d，每天测试上述指标的变化，每组实验做3个平行样，同时测试藻液H2O2、O3、NO－2和NO－3的含量。1．3．1放电处理后的藻细胞及培养基分别对铜绿微囊藻灭活的影响实验一取藻液100mL，放电处理后用0．45μm2561第4期谢静等:大气压等离子体射流对水中铜绿微囊藻灭活作用滤膜过滤掉藻细胞，取其滤液加入未处理的铜绿微囊藻细胞接种培养;实验二将放电处理后的藻液离心，取藻细胞加入未处理的BG11培养基接种培养;实验三将藻液放电处理后直接培养。1．3．2外加活性物质(O3、H2O2)及调节pH对藻细胞灭活的影响实验一研究活性物质对藻细胞灭活的影响，将活性物质加入到100mL的藻液中(初始pH为10.00±0．30)，H2O2是通过直接投加过氧化氢试剂(分析纯，国药);O3是通过调控臭氧发生器(AN-SEＲOS，COM-AD-01)在藻液中产生所需要的液相O3浓度。将处理后的藻液放置于光照培养箱中培养，具体实验如下:A．单独0．25mg/LO3(液相臭氧在30min内的平均浓度)处理时间30min;B．单独外加10．64mg/LH2O2;C．0．25mg/LO3处理时间30min并外加10．64mg/LH2O2。实验二研究pH对藻细胞灭活的影响，将藻液的pH调节到4．2，加入活性物质，置于光照培养箱中培养，具体实验系列如下:A．调节藻液的pH为4．2;B．在pH为4．2的藻液中0．25mg/LO3处理30min;C．在pH为4．2的藻液中外加10．64mg/LH2O2;D．在pH为4．2的藻液中0．25mg/LO3处理30min并投加10．64mg/LH2O2。1．4分析方法OD680铜绿微囊藻在680nm处有最大吸收峰，铜绿微囊藻的灭活率可用OD680指标来衡量，反映其灭活效率，其灭活率公