船舶壓載水電解處理與微流控檢測關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、船舶壓載水是確保船舶航行安全的保證，但壓載水異地排放是引起外來生物入侵性傳播的主要途徑。外來生物入侵性傳播已經(jīng)被全球環(huán)境基金組織(GEF)確認(rèn)為危害海洋的四大污染源之一。本論文在分析防治海洋外來生物入侵性傳播和保護(hù)海域生態(tài)安全的國際重大需求基礎(chǔ)上，針對(duì)船舶壓載水處理和檢測兩方面存在的瓶頸問題，建立了離子膜電解處理系統(tǒng)和微流控芯片檢測系統(tǒng)。在壓載水處理方面，設(shè)計(jì)并建立了一種新型的離子膜電解系統(tǒng)來處理船舶壓載水，研究了電解系統(tǒng)處理壓載水的效

2、果，進(jìn)一步提出了優(yōu)化處理的新方法。同時(shí)，在壓載水檢測方面，本文提出并建立了基于微流控芯片和葉綠素?zé)晒獾膲狠d水藻類活性檢測方法及系統(tǒng)。本文主要研究工作如下:
　　1、設(shè)計(jì)并建立了離子膜電解系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)確定了電解系統(tǒng)的最佳工作參數(shù)。在電解系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)采用具有高選擇透過性及低膜電阻特性的全氟羧酸離子交換膜，有效提高了電解效率;在理論研究方面，建立了離子膜電解系統(tǒng)電流密度與槽電壓的數(shù)學(xué)模型。通過實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)地研究了電流密度對(duì)槽電壓、

3、電流效率、電解效能等關(guān)鍵參數(shù)的影響規(guī)律。通過電解系統(tǒng)的效能影響實(shí)驗(yàn)，在最大電流效率和最低電解電耗條件下，得出了本電解系統(tǒng)電壓、電流等最佳工作參數(shù)。在該工作參數(shù)下，對(duì)壓載水進(jìn)行處理實(shí)驗(yàn)。
　　2、研究了離子膜電解系統(tǒng)處理壓載水的性能，并提出了優(yōu)化處理壓載水的新方法，通過實(shí)驗(yàn)確定了優(yōu)化處理壓載水的最優(yōu)參數(shù)。利用該系統(tǒng)對(duì)亞心形扁藻、鹽生杜氏藻、新月菱形藻等七種微藻進(jìn)行滅活研究，結(jié)果表明:電解產(chǎn)物的濃度和作用時(shí)間會(huì)直接影響藻類的殺滅效果，

4、電解產(chǎn)物的有效氯濃度為5mg/L，作用時(shí)間24h可以全部致死亞心形扁藻、鹽生杜氏藻、新月菱形藻、普通小球藻和米氏凱倫藻，作用時(shí)間48h可以全部致死球等鞭金藻，作用時(shí)間72h可以全部致死海洋原甲藻。在驗(yàn)證離子膜電解系統(tǒng)處理壓載水有效性的基礎(chǔ)上，提出了采用多次小劑量注入電解產(chǎn)物處理壓載水的優(yōu)化方法。通過實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)地研究了電解產(chǎn)物注入次數(shù)、時(shí)間間隔、電解產(chǎn)物劑量對(duì)處理壓載水性能的影響。結(jié)果表明，電解產(chǎn)物注入三次，每次注入電解產(chǎn)物的有效氯濃度1m

5、g/L(共使用有效氯濃度3mg/L)，時(shí)間間隔為5h為最優(yōu)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，作用時(shí)間11h可以將所有藻類全部致死，并無再生現(xiàn)象。與常規(guī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，該優(yōu)化方法可有效減少約40％電解產(chǎn)物使用量以及縮短約84.7％的作用時(shí)間。
　　3、模擬海洋環(huán)境因素，研究了溫度、光照、藻細(xì)胞密度及海水有機(jī)物等因素對(duì)處理壓載水中藻類的影響。結(jié)果表明:隨溫度的升高，藻類致死率增加，當(dāng)溫度達(dá)到30℃時(shí)，致死率會(huì)降低;光照對(duì)處理后的藻類有一定的修復(fù)作用，只有在高濃

6、度的有效氯作用下，藻細(xì)胞致死效果明顯;隨藻細(xì)胞密度和海水有機(jī)物含量的增加，藻類致死率降低。
　　4、提出并建立了基于微流控芯片和葉綠素?zé)晒獾脑孱惢钚詸z測方法及系統(tǒng)，研究了葉綠素?zé)晒鈴?qiáng)度和藻細(xì)胞的生命狀態(tài)之間的相關(guān)性。結(jié)果表明:該檢測系統(tǒng)不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)活體藻細(xì)胞的計(jì)數(shù)，而且可以定量評(píng)估單個(gè)藻細(xì)胞的活性，并且通過檢測極限實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)可以檢測到直徑3μm的普通小球藻。利用該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在一張微流控芯片上快速有效地檢測藻類的活性，且不需