悬浮液中硫酸根对改性粘土去除藻华生物效率的影响

第45卷第4期海洋与湖沼Vol.45,No.42014年7月OCEANOLOGIAETLIMNOLOGIASINICAJul.,2014*国家基金委“创新研究群体科学基金”项目,41121064号;国家重点基础研究发展计划(973)项目,2010CB428706号;国家自然科学青年基金项目,40906055号;河北省国土资源专项资金综合类项目2013045661号;海洋公益性行业科研专项项目,201305003号。刘扬,硕士研究生,E-mail:ecosea@outlook.com①通讯作者:曹西华,博士,副研究员,E-mail:caoxh@qdio.ac.cn收稿日期:2013-07-22,收修改稿日期:2013-09-04悬浮液中硫酸根对改性粘土去除藻华生物效率的影响*刘扬1,2俞志明1曹西华1①宋秀贤1张雅琪1,2林勇新1,2(1.中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室青岛266071;2.中国科学院大学北京100049)提要本文研究了改性粘土悬浮液中硫酸根对其去除藻华生物效率的影响,通过Zeta电位、沉降速率和粒径分布等分析了改性粘土对藻华生物的去除效率,探讨了硫酸根与改性粘土的作用机制。结果显示:改性粘土对抑食金球藻(Aureococcusanophagefferens)的去除效率随悬浮液中硫酸根浓度的增加呈现先降低后升高的趋势,改性湖北土和改性江苏土对抑食金球藻去除率较低时(<40%)的硫酸根浓度分别为6.46×10–3—2.42×10–1mol/L和6.46×10–3—2.42×10–2mol/L;改性粘土颗粒的Zeta电位随着硫酸根浓度的增加而降低,然后保持相对稳定;悬浮液中改性粘土颗粒的沉降速率和中值粒径D50呈现先增加后降低的趋势,对于改性江苏土,在硫酸根浓度为2.42×10–2mol/L时颗粒的沉降速率最大。综上所述,悬浮液中硫酸根主要通过降低粘土颗粒表面电荷密度、桥联改性粘土组分和影响粘土颗粒分散性等作用影响改性粘土对藻华生物的去除效率。关键词硫酸根;改性粘土悬浮液;去除藻华生物;Zeta电位;中值粒径中图分类号X52doi:10.11693/hyhz20130700100改性粘土法治理有害藻华,具有成本低、来源广、效率高、污染小等优点,被认为是最具推广应用价值的方法(Anderson,1997)。实际应用时,通常是先按一定比例将改性粘土材料与现场水混合,配制成改性粘土悬浮液,然后将该悬浮液喷洒至藻华水体表面。前期研究发现,海水配制改性粘土悬浮液的除藻效率低于淡水(Yuetal,2004)。Yu等(2004)研究认为其可能原因是,海水分散改性粘土颗粒的表面电位更低、密度大而沉降速度快,导致改性粘土-藻细胞作用减弱。近期相关研究进一步表明,海水中的硫酸根是造成海水和淡水配制改性粘土去除效率差异的一个重要因素(张雅琪,2013),但对硫酸根离子如何影响改性粘土去除有害藻华效率的机制尚不清楚。改性粘土消除藻华的主要机制是利用粘土材料的絮凝聚集能力,通过粘土颗粒与藻细胞之间的絮凝作用吸附、包夹藻细胞,达到沉降去除过量藻华生物的效果。由于改性粘土悬浮液是一个不稳定的体系,小颗粒极易相互聚集成更大个体的絮体,其除藻的有效絮凝能力很容易受到悬浮液理化因子的影响。已有研究表明,改性粘土悬浮颗粒的Zeta电位、沉降速率和粒径分布等是影响改性粘土絮凝藻华生物效率的重要指标。Zeta电位为颗粒表面电荷分布的度量值,可以用来反映颗粒之间相互排斥或吸引的强度。颗粒的表面电位越低,颗粒之间的排斥力越小,颗粒越倾向于凝聚。溶液中的离子浓度和类型会影响颗粒表面的电位分布和大小,当颗粒之间吸引力超过了排斥力,分散被破坏而发生絮凝(Shammas,2005)。改性粘土悬浮液中颗粒的粒径分布和沉降速率能够影响絮凝作用的过程和时间。褐潮是一种由微微型生物抑食金球藻(Aureoc-4期刘扬等:悬浮液中硫酸根对改性粘土去除藻华生物效率的影响735occusanophagefferens)引起的有害藻华,近年来,相继在美国(1985)(Sieburthetal,1988)、南非(1997)(Probynetal,2001)和中国(2009)暴发,造成了巨大的经济和生态损失(Cosperetal,1987;Probynetal,2001)。前期研究表明,改性粘土去除褐潮生物的效率低于一些常见藻华生物的去除率,并且海水配制的改性粘土悬浮液去除效率较低(Sengcoetal,2001;Yuetal,2004)。本文在上述研究基础上,以抑食金球藻(Aureococcusanophagefferens)为去除对象,进一步研究了悬浮液中硫酸根浓度对改性粘土除藻效率的影响,分析了海水配制改性粘土除藻效率低的原因,为进一步提高改性粘土治理有害藻华效率提供