3結果與討論

3.1放電功率對小球藻殺滅效率的影響

在小球藻待處理液初始密度106CFU/mL，放電處理時(shí)間300 s，空氣流速1 SLM的實(shí)驗條件下，探究放電功率對小球藻殺滅效率的影響。小球藻失活效率如圖4所示，當其他條件保持不變，小球藻的失活效率和放電功率密切相關(guān)。

圖4放電功率對殺菌效率的影響

隨著(zhù)放電時(shí)間增加，放電功率由5 W逐漸增加到25 W，小球藻殺滅效率由17.8%升高到99.9%.特別是在放電功率由15 W增加至25 W階段，放電充滿(mǎn)氣泡內部，產(chǎn)生大量活性物質(zhì)，小球藻殺滅效果較為明顯。

3.2處理時(shí)間對小球藻殺滅效率的影響

在其他條件不變的前提下，控制電功率為15 W，探究放電時(shí)間對小球藻殺滅效率的影響。小球藻失活效率變化如圖5所示，在其他條件保持不變的情況下，放電時(shí)間對小球藻的失活效率的影響明顯。當放電時(shí)間由5 s依次增加至300 s時(shí)，小球藻殺滅效率由3.2%升高至95.2%.隨著(zhù)放電時(shí)間累積，放電產(chǎn)生的瞬態(tài)活性物質(zhì)與溶液相互作用，轉化成穩態(tài)活性物質(zhì)，再與小球藻相互作用，破壞小球藻的細胞結構，滲入到其細胞的內部，致使小球藻氧化脫色，導致小球藻大量失活。

圖5處理時(shí)間對小球藻殺滅效率的影響

3.3初始濃度對小球藻殺滅效率的影響

同樣，在其他條件不變前提下，控制放電功率為15 W，為更加清晰地觀(guān)察氣液兩相放電等離子體對低濃度小球藻失活效率的影響，放電處理時(shí)間控制在60 s.小球藻失活效率如圖6所示，在放電其他條件保持不變情況下，小球藻待處理液的初始濃度對小球藻失活效率影響顯著(zhù)。隨著(zhù)溶液濃度由102CFU/mL增加到106CFU/mL，小球藻殺滅效率由99.9%急劇降低至25.2%.在低濃度小球藻處理液中，溶液氣、液放電產(chǎn)生活性物質(zhì)含量充足，可實(shí)現小球藻形態(tài)破壞而失活。隨著(zhù)小球藻待處理溶液濃度的持續增加，放電產(chǎn)的生活性物質(zhì)與小球藻的相互作用減弱，小球藻殺滅現象不明顯。

圖6初始濃度對小球藻殺滅效率的影響

3.4等離子體小球藻殺滅機理

圖7放電產(chǎn)生O3，H2O2和含量及溶液pH隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

在放電功率為15 W，空氣流量為1 SLM，放電處理液為無(wú)菌水條件下，放電時(shí)間由0 s增長(cháng)至300 s，溶液pH快速下降后趨于穩定，如表1所示，其主要化學(xué)反應為

表1 H2O2混合HNO3含量配比及pH配比對照表

由于反應開(kāi)始時(shí)電子與空氣和水分子碰撞，形成NO和NO2氣體及大量的H+，從而導致溶液pH急速下降；隨著(zhù)放電反應繼續進(jìn)行，放電產(chǎn)生的NO和NO2在氣液界面處與溶液反應，形成硝酸鹽和亞硝酸鹽，最終溶液的pH值從6.8降至3.2，溶液呈酸性并且達到穩定。溶液中O3，H2O2和NO3-含量隨著(zhù)放電時(shí)間的增加而增加，當O3增加至3.2 mg/L，H2O2增加至102 mg/L，NO3-增加至23 mg/L時(shí)，此時(shí)放電活性物質(zhì)H2O2溶液活性物質(zhì)的主要成分，通過(guò)與H2O2混合HNO3配比對比（如表1所示）和H2O2混合HNO3配比液與小球藻混合處理（如圖8所示），發(fā)現近似相同成分的H2O2混合HNO3配比液對小球藻的失活效率影響與放電處理初期基本相同，其原因為該時(shí)期放電主要形成穩定的H2O2和硝酸鹽，其成分含量與配比液成分含量相當。

圖8放電殺菌效率和H2O2混合HNO3含量配比溶液殺菌效率對比

當放電處理時(shí)長(cháng)多于60 s時(shí)，H2O2受紫外光子輻射繼續分解形成·OH，其氧化電勢為2.85 eV，遠高于H2O2氧化電勢（1.77 eV），因而該階段，H2O2混合HNO3配比液對小球藻的失活效率影響遠低于相同條件下的放電處理效果，原因為·OH在失活過(guò)程中起主導作用。

4結論

基于微電極結構和陣列式電極排布形式設計了氣~液放電裝置，對小球藻開(kāi)展了殺滅處理研究。研究結果表明氣~液放電對小球藻有明顯的殺滅效果。其中放電功率、處理時(shí)間對低濃度小球藻的高效失活起重要作用。在放電功率為15 W，空氣流速為1 SLM條件下，隨著(zhù)放電處理時(shí)間的延長(cháng)，小球藻失活效率迅速提高。小球藻失活的主要原因為酸化條件下H2O2轉變?yōu)椤H，·OH與小球藻的相互作用使細胞及其內溶物氧化，破壞了小球藻的細胞結構致使小球藻凋亡。