超声波技术是一种清洁的环境处理技术,操作和控制容易,便于引进自动化操作手段,在处理过程中不引入其他的化学物质,而且反应条件温和,反应速度快。研究显示:低强度超声在抑制钝顶螺旋藻生长过程中破坏了藻胆体的结构功能,干扰了叶绿素的合成途径,从而有效地抑制了生物量的增长;有学者研究了超声辐照对铜绿微囊藻生长抑制作用与机理,通过实验室和现场研究发现:超声辐照抑制了蓝藻细胞的分裂,并且得到在傍晚的时候进行辐照效果做好;超声对蓝绿藻辐照,发现藻细胞内的气囊被破碎,导致藻下沉死亡。
1.超声波抑藻效果的影响因素:
1.1藻参数的影响
(一)、藻的种类
1、丝状形态的藻类比球状形态的藻类生长更容易受到超声作用的抑制
原因:长链的有机聚合物(直线形或波浪起伏形)可以在超声辐照下因断链而降解,而且降解速率随着分子链的减小而降低。
2.有气囊的藻类比无气囊的藻类更容易被超声辐照损伤
原因:气囊容易在空化效应作用下破碎,从而导致藻类失去控制浮动的能力而沉降到底部,不能正常生长。
(二)、藻类生长时期
藻类的生长周期可分为三个阶段:延滞期、对数期、稳定期。其中延滞期藻类细胞各方面生理活性尚处于恢复状态,抵抗外界干扰能力较弱,因此受到同样的超声辐照可使其受到更严重的损伤;
对数期的藻细胞代谢旺盛,生命力强,对外在的不利影响有较强的抵抗力,即使受到破坏亦可在短时间内恢复。
因此,在同样的能量输入的情况下,提前处理效果显然更明显。
2.超声参数的影响
(一)、超声频率
一般认为,随着超声频率的提高,空化阈会相应地提高,使空化难以进行,但同时单位时间内超声振动周期也随之增多,因此声化学产率随超声频率先增后降,即存在一个最佳频率,这一点认识是一致的。
实验:选择20kHz、200kHz和1.7MkHz为低、中、高三个超声频率段的代表,调整声功率均为40W,分别辐照钝顶螺旋藻5min,然后和对照组一起进行6d的培养。
结论:和对照组相比,20kHz、200kHz和1.7MkHz超声辐照分别使藻类的起始生物量降低了44%、69%和63%,而6d后的最终生物量降低了21%、60%和36% 。由此可以看出,频率为200kHz的超声具有最佳的抑制效果,抑制效果排序依次为:200kHz>1.7MkHz>20kHz。
也就是说,中间阶段的超声频率效果最佳。
(二)、超声功率
较高的反应速度 能量消耗
高功率
较快的生物破损 安全问题
此外,功率提高还存在饱和效应,功率大到一定程度,进一步提高功率对于反应并绵远帮助。
实验:选用20kHz超声辐照,功率分别为20W,40W,60W,80W,连续培养8d。
结果:和对照组相比,起始生物量有明显的下降,但是4个组之间的差别甚小,分别为43%、45%、48%、48%。从生长速度和最终生物量看,20W超声辐照的效果一般,最终生物量只下降了26%。超声辐照越强,则抑制效果越明显,但是40W,60W,80W超声辐照条件下差别甚小,最终生物量分别下降40%、42%和44%,这就说明超声功率对藻类的生长抑制作用具有饱和的趋势。
(三)、超声辐照模式
同样的能量输入条件下,低剂量、多频次的超声辐照更有利于抑制藻类生长。