船舶壓載水電解處理與微流控檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究
本文關(guān)鍵詞：船舶壓載水電解處理與微流控檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究
更多相關(guān)文章： 船舶壓載水 離子膜電解 微流控檢測(cè) 葉綠素?zé)晒?/b> 微藻
【摘要】：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(lái)生物入侵性傳播的主要途徑。外來(lái)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(lái)生物入侵性傳播和保護(hù)海域生態(tài)安全的國(guó)際重大需求基礎(chǔ)上,針對(duì)船舶壓載水處理和檢測(cè)兩方面存在的瓶頸問(wèn)題,建立了離子膜電解處理系統(tǒng)和微流控芯片檢測(cè)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(lái)處理船舶壓載水,研究了電解系統(tǒng)處理壓載水的效果,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(cè)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(cè)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(guò)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(guò)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(guò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)地研究了電流密度對(duì)槽電壓、電流效率、電解效能等關(guān)鍵參數(shù)的影響規(guī)律。通過(guò)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(guò)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,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(guò)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1mg/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(wú)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(cè)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(cè)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(guò)檢測(cè)極限實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)可以檢測(cè)到直徑3gm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(cè)藻類的活性,且不需要標(biāo)記,該系統(tǒng)具有成本度、體積小、檢測(cè)快速、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),對(duì)于壓載水的在線快速檢測(cè)具有極大的潛力。
【關(guān)鍵詞】：船舶壓載水 離子膜電解 微流控檢測(cè) 葉綠素?zé)晒?/strong> 微藻
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U664.92
【目錄】：
- 創(chuàng)新點(diǎn)摘要5-6
- 摘要6-8
- ABSTRACT8-13
- 第1章 緒論13-30
- 1.1 研究背景13-17
- 1.1.1 船舶壓載水對(duì)海洋環(huán)境產(chǎn)生的危害13-15
- 1.1.2 IMO對(duì)船舶壓載水的相關(guān)管理規(guī)則15-17
- 1.2 國(guó)內(nèi)外壓載水處理的主要方法17-23
- 1.2.1 船舶壓載水的主要處理方法17-21
- 1.2.2 離子膜電解技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用21-23
- 1.3 船舶壓載水的主要檢測(cè)方法23-27
- 1.3.1 主要的藻類檢測(cè)方法23-25
- 1.3.2 微流控芯片的微藻檢測(cè)技術(shù)25-27
- 1.4 本論文主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線27-30
- 1.4.1 主要內(nèi)容27-28
- 1.4.2 技術(shù)路線28-30
- 第2章 離子膜電解機(jī)理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)30-43
- 2.1 離子膜電解機(jī)理研究30-36
- 2.1.1 離子膜電解法的原理30-32
- 2.1.2 離子膜電解系統(tǒng)的化學(xué)過(guò)程32-33
- 2.1.3 離子膜電解系統(tǒng)槽電壓模型的建立33-36
- 2.2 離子膜電解系統(tǒng)設(shè)計(jì)36-41
- 2.2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成36-39
- 2.2.2 離子膜電解槽39-40
- 2.2.3 離子交換膜40
- 2.2.4 電解電極的設(shè)計(jì)40-41
- 2.2.5 電解系統(tǒng)調(diào)試41
- 2.3 本章小結(jié)41-43
- 第3章 離子膜電解系統(tǒng)處理壓載水的性能研究43-78
- 3.1 離子膜電解系統(tǒng)的性能研究43-53
- 3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)條件下電解系統(tǒng)的性能研究44-45
- 3.1.2 模擬船舶工況條件下電解系統(tǒng)的性能研究45-48
- 3.1.3 離子膜電解系統(tǒng)能效影響實(shí)驗(yàn)48-53
- 3.2 離子膜電解系統(tǒng)處理壓載水的性能研究53-66
- 3.2.1 離子膜電解系統(tǒng)處理壓載水的常規(guī)實(shí)驗(yàn)54-57
- 3.2.2 離子膜電解系統(tǒng)處理壓載水的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)57-66
- 3.3 模擬海洋環(huán)境因素對(duì)滅活壓載水中藻類的影響66-76
- 3.3.1 溫度對(duì)滅活壓載水中藻類的影響66-69
- 3.3.2 光照對(duì)滅活壓載水中藻類的影響69-71
- 3.3.3 藻類密度對(duì)滅活壓載水中藻類的影響71-73
- 3.3.4 海水有機(jī)物對(duì)滅活壓載水中藻類的影響73-76
- 3.4 本章小結(jié)76-78
- 第4章 利用微流控技術(shù)檢測(cè)壓載水中藻細(xì)胞活性的研究78-96
- 4.1 葉綠素?zé)晒庠?/span>78-81
- 4.1.1 葉綠素?zé)晒飧攀?/span>78-79
- 4.1.2 葉綠素?zé)晒猱a(chǎn)生原理79-81
- 4.2 微流控芯片檢測(cè)技術(shù)81-84
- 4.2.1 熒光檢測(cè)系統(tǒng)82-83
- 4.2.2 微流控芯片的設(shè)計(jì)和制備83-84
- 4.3 實(shí)驗(yàn)材料與方法84-87
- 4.3.1 藻類培養(yǎng)84-86
- 4.3.2 實(shí)驗(yàn)藻類86
- 4.3.3 藻類處理86-87
- 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論87-95
- 4.4.1 活體與死體單微藻細(xì)胞的葉綠素?zé)晒?/span>87-90
- 4.4.2 不同種類活死藻類細(xì)胞的葉綠素?zé)晒?/span>90-93
- 4.4.3 葉綠素?zé)晒馀c細(xì)胞活性關(guān)系93-94
- 4.4.4 系統(tǒng)檢測(cè)極限94-95
- 4.5 本章小結(jié)95-96
- 第5章 結(jié)論與展望96-98
- 5.1 結(jié)論96-97
- 5.2 展望97-98
- 參考文獻(xiàn)98-113
- 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表論文113-115
- 致謝115-116
- 作者簡(jiǎn)介116
【參考文獻(xiàn)】
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，本文編號(hào)：577685
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