论文部分内容阅读
水体富营养化是导致内陆和海洋水域水质恶化的最常见原因之一,其最直观的表现是有毒蓝藻在湖泊和水道中大量繁殖,以及沿海地区绿藻的增殖。19世纪以来,全球范围内的许多河流、湖泊、河口和沿海海洋普遍出现了不同程度的营养状态问题。营养富集严重使得水生生态系统功能严重退化,尤其,蓝藻水华的频频爆发,已对饮用水安全和自然水环境构成了巨大威胁。传统的除藻方法诸如机械打捞法、混凝沉淀法和投加氧化剂等,均具有一定的局限性。因此,开发高效的新型技术去除有害蓝藻对于缓解这些水质状况至关重要。电化学高级氧化技术因其具有氧化能力强和环境兼容性强等优点,在污、废水处理方面极具前景。电芬顿技术作为电高级氧化技术的其中一种,因氧化、矿化能力突出而备受关注。在此基础上,本文构建了以石墨毡（GF）为阳极,铂片（Pt）为阴极的GF-Pt电化学体系,以及通过阴、阳极调换而构建的Pt-GF电芬顿体系,分别用于对铜绿微囊藻的去除效果和作用机理的研究,以及对模拟藻华水样的处理效能的研究,以期为开发和应用电化学氧化技术缓解蓝藻水华爆发的相关问题提供参考。主要研究内容及结论如下:（1）石墨毡阳极电化学体系去除铜绿微囊藻的效能与机理探究通过三个影响因素:电流强度、阳极面积以及初始pH,探究了GF-Pt体系去除铜绿微囊藻的理想条件。通过监测藻类有机物的释放和降解,研究了GF-Pt体系的电化学过程去除铜绿微囊藻的生物学机制。结合阳极材料表征分析、机理研究测试以及活性氧化物检测以阐明除藻机理。研究表明,GF-Pt体系无需添加额外化学药品,在pH 7和电流强度75 mA条件下运行30分钟,藻类细胞和微囊藻毒素-LR的去除率分别为94%和50%。GF-Pt体系的pH适用范围广,在pH 3～9均实现了90%以上的除藻率。该体系的除藻作用机理主要基于石墨毡优异的电吸附性能和丰富的表面官能团协同作用的阳极直接氧化。（2）Pt-GF电芬顿体系去除铜绿微囊藻的效能与机理探究通过单因素试验和响应曲面法寻求Pt-GF体系的最佳工况条件,并分析藻类生理特性在电解过程的变化情况。探究不同pH条件下Pt-GF体系对藻类细胞及藻类有机物的去除作用,并通过活性氧化物检测、铁离子浓度测定及自由基捕获实验等研究分析反应体系的除藻机理。研究表明,Pt-GF体系最佳工况条件为:pH为3,电流强度为75 mA,Fe2+浓度为0.2 mM。在此条件下,藻类细胞和微囊藻毒素-LR的去除率分别为96%和83%。机理研究测试结果表明,在最佳工况条件下运行的Pt-GF体系的除藻机理以均相和非均相电芬顿作用为主,同时伴有少量电絮凝作用;在最佳工况的不利pH条件（pH 7）下运行的Pt-GF体系由均相和非均相电芬顿作用以及电絮凝作用共同构成去除藻类细胞的协作机理。（3）GF-Pt体系与Pt-GF电芬顿体系处理模拟藻华水样的研究构建实验探讨了富营养化水体常见组分（总氮,总磷）对GF-Pt体系和Pt-GF电芬顿体系去除铜绿微囊藻的影响,并研究了这两个体系对模拟藻华水样的处理效率。研究表明,在所有组别的单因素试验中,GF-Pt体系的除藻率均达90%及以上,尤其对蓝藻门和绿藻门的去除效果显著。在Pt-GF体系的单因素试验中,随着氮、磷含量的增加,除藻率的变化分别为96～89%和97～91%。Pt-GF体系可以有效去除模拟藻华水样中的浮游植物及有机污染物。综上,本文构建的GF-Pt电化学体系和Pt-GF电芬顿体系可有效去除铜绿微囊藻及藻类有机物,为进一步探究电化学氧化技术在蓝藻水华治理方面的应用提供了可行的参考。