船舶壓載水電解處理與微流控檢測關鍵技術研究.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海域生態(tài)安全的國際重大需求基礎上，針對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，設計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，進一步提出了優(yōu)化處理的新方法。同時，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熒光的壓載水藻類活性檢測方法及系統(tǒng)。本文主要研究工作如下:
　　1、設計并建立了離子膜電解系統(tǒng)，通過實驗確定了電解系統(tǒng)的最佳工作參數(shù)。在電解系統(tǒng)的設計方面，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)學模型。通過實驗系統(tǒng)地研究了電流密度對槽電壓、

3、電流效率、電解效能等關鍵參數(shù)的影響規(guī)律。通過電解系統(tǒng)的效能影響實驗，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，對壓載水進行處理實驗。
　　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，通過實驗確定了優(yōu)化處理壓載水的最優(yōu)參數(shù)。利用該系統(tǒng)對亞心形扁藻、鹽生杜氏藻、新月菱形藻等七種微藻進行滅活研究，結果表明:電解產(chǎn)物的濃度和作用時間會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，作用時間48h可以全部致死球等鞭金藻，作用時間72h可以全部致死海洋原甲藻。在驗證離子膜電解系統(tǒng)處理壓載水有效性的基礎上，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。通過實驗系統(tǒng)地研究了電解產(chǎn)物注入次數(shù)、時間間隔、電解產(chǎn)物劑量對處理壓載水性能的影響。結果表明，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)，時間間隔為5h為最優(yōu)實驗參數(shù)，作用時間11h可以將所有藻類全部致死，并無再生現(xiàn)象。與常規(guī)實驗結果對比，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％的作用時間。
　　3、模擬海洋環(huán)境因素，研究了溫度、光照、藻細胞密度及海水有機物等因素對處理壓載水中藻類的影響。結果表明:隨溫度的升高，藻類致死率增加，當溫度達到30℃時，致死率會降低;光照對處理后的藻類有一定的修復作用，只有在高濃

6、度的有效氯作用下，藻細胞致死效果明顯;隨藻細胞密度和海水有機物含量的增加，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熒光的藻類活性檢測方法及系統(tǒng)，研究了葉綠素熒光強度和藻細胞的生命狀態(tài)之間的相關性。結果表明:該檢測系統(tǒng)不但可以實現(xiàn)對活體藻細胞的計數(shù)，而且可以定量評估單個藻細胞的活性，并且通過檢測極限實驗表明該系統(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