收藏本站
《中国科学院研究生院(海洋研究所)》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

颗粒物对藻华生物的絮凝作用及其分形数值模拟研究

王洪亮  
【摘要】:近几十年来,随着人类经济的快速发展,富营养化进一步加剧,成为全球关注的问题。富营养化引起的有害藻华,在全球范围内频繁爆发,不仅破坏海洋生态系统的平衡,造成鱼类、贝类等大范围的死亡,而且可以通过食物链传递威胁人类的健康。探讨有害藻华经济有效的防治方法,对于保护海洋环境,减轻有害藻华的危害,降低经济损失及维护人类健康,都有着重大的科学意义及应用前景。开展颗粒物对藻华生物絮凝作用,及颗粒物-有害藻华生物絮体的分形特征及数值模拟研究,对于探索有害藻华治理新方法,分析絮体分形特征及其它因素对颗粒物絮凝有害藻华速度及效率的影响,具有重要的科学意义。 本文以粘土及其它颗粒物为研究对象,研究了粘土对有害藻华生物的絮凝效率与粘土理化性质之间的关系;利用数值模拟研究了各因素对粘土絮凝藻细胞速度及去除效率的影响;分析了分形维数对藻细胞絮凝效率的影响,并进行了动力学模拟曲线与实验结果的比较;研究了其它颗粒物-改性秸秆对藻华生物的絮凝作用和机制。主要结果如下: 粘土的物理化学性质影响藻细胞的去除率。粘土的表面电位为-36.1~-15.9mV,BET比表面积为0.31-60.76m2.g-1,硅铝比为1.35-3.62。当粘土用量均为0.50g.l-1时,不同粘土对中肋骨条藻的絮凝速度和去除效率有较大的不同,胶南钾长石对中肋骨条藻的絮凝速度最慢,去除率最低,为13%;潍坊化工膨润土对中肋骨条藻的絮凝速度最快,去除率最高,为82%。在粘土用量为0.50 g.L-1时,利用线性关系与灰色关联度,分析了中肋骨条藻去除率与粘土理化参数之间的关系,研究结果表明:中肋骨条藻的去除率与粘土的理化参数具有较强的线性相关,去除率与粘土的表面电位、比表面积正相关,而与粘土的硅铝比负相关;较高的表面电位和BET比表面积、较低的硅铝比有利于增加藻细胞的去除率;灰色关联度分析表明,粘土比表面积是主要影响因子,相关系数为0.907,粘土硅铝比对去除率影响较小,相关系数为0.618。 粘土絮凝藻细胞的数值模拟研究。结合传统絮凝理论和分形理论,利用Fortran程序模拟絮凝过程,研究了粘土的分形维数、粘土浓度、藻细胞的分形维数、藻细胞浓度、粘土-粘土有效碰撞系数、粘土-藻细胞有效碰撞系数、水流切应速度等因素对藻细胞去除率、粘土沉降效率、絮体粒径的影响。模拟结果表明,当粘土-藻细胞碰撞效率由0.01增加到0.20时,t=6000s时,藻细胞去除率由16%增加到78%;当粘土浓度由2.0×10-4g.cm-3增加到1.0×10-3g.cm-3时,t=6000s时,藻细胞去除率由38%增加到82%;粘土分形维数由2.80降低到2.00时,t=6000s时,藻细胞去除率由56%增加到98%。粘土-藻细胞有效碰撞效率、粘土浓度的增加可以增大藻细胞去除率,粘土-粘土有效碰撞效率、粘土分形维数、藻细胞浓度的降低可以增加藻细胞去除率,适度的切应速度和藻细胞分形维数可以增加藻细胞去除率。粘土-藻细胞碰撞效率、粘土分形维数、粘度浓度对藻细胞去除率影响较大。粘土絮凝藻细胞动力学,粘土-藻细胞有效碰撞效率、粘土用量、切应速度对藻细胞絮凝效率的模拟结果,与实验结果基本一致。PACl改性粘土可以增加粘土-藻细胞有效碰撞效率,降低粘土分形维数,从而增大藻细胞去除率。TEP含量的增加可以增大粘土-藻细胞有效碰撞效率;TEP含量与藻细胞的种类、生长周期、营养条件等有关;衰亡期、营养盐限制条件下,TEP含量较高,藻细胞去除率较大。 粘土絮凝藻细胞体系的分形维数对絮凝效率的影响。改性粘土可以有效提高粘土的除藻效率,改性后的粘土对三种有害藻华生物(中肋骨条藻、赤潮异弯藻、亚历山大藻)的去除率都比未改性粘土的高。而不同藻华生物去除效率之间也有明显差别,其中以中肋骨条藻去除率最高,而亚历山大藻去除率最低。利用图像法和图像-颗粒计数法求得了粘土絮凝藻细胞体系的分形维数,研究了分形维数对絮凝效率的影响。结果表明,改性粘土沉降形成絮体的二维分形维数(D2)和三维分形维数(D3)分别为1.84和2.50,小于未改性粘土絮体的分形维数D2和D3,为1.92和2.81。PACl降低粘土颗粒之间的排斥力,降低了改性粘土的分形维数。改性粘土较低的分形维数和较高的粘土-藻细胞有效碰撞效率,可以增加粘土对藻细胞的絮凝效率。粘土或改性粘土与藻细胞形成絮体的分形维数结果表明,与亚历山大藻细胞形成絮体的分形维数最大,D2和D3分别为2.59、2.32;而与中肋骨条藻形成絮体的分形维数最小,D2和D3分别为2.27、1.97。粘土或改性粘土用量相同时,不同的藻细胞体系具有不同的去除效率,絮体的分形维数不同,这与藻细胞的本身形态结构有关。亚历山大藻的椭圆形结构,较大的表面积/体积比,增加了絮体的分形维数。在粘土用量为0.50g.L-1时,利用实验所得分形维数,模拟研究了粘土、改性粘土絮凝赤潮异弯藻的动力学,结果表明动力学模拟曲线曲线与实验结果基本一致。 以改性秸秆作为其它颗粒物,研究了改性秸秆对赤潮异弯藻的去除作用。结果发现,在与未改性秸秆用量均为0.10g.l-1时,t=120min时,改性秸秆对赤潮异弯藻的去除率可以从10%左右提高到80%以上,同时水体内核苷酸物质浓度增大,说明在此作用过程中,藻细胞膜结构遭到破坏,核苷酸物质由胞内释放。当改性秸秆用量为0.15 g.l-1时,释放核苷酸在260nm时吸光度与正常细胞的吸光度比值为1.17,此时改性秸秆对赤潮异弯藻造成的损害是不可逆的。实验发现,改性秸秆对赤潮异弯藻同时具有吸附作用和灭杀作用。当浓度较低时,改性秸秆通过吸附细胞体,或者与细胞膜结合,从而导致部分藻细胞的絮凝;而当浓度进一步增加时,改性秸秆可以破坏细胞膜的结构,导致大量膜内物质的释放,进而导致藻细胞的死亡。 本论文的初步研究结果表明,颗粒物的物理化学性质、分形维数及藻细胞的形态结构影响颗粒物对藻细胞的絮凝效率,在选用颗粒物治理有害藻华时,需考虑絮体分形特征及其它因素对颗粒物絮凝有害藻华速度及效率的影响。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(海洋研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:X55

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 林勇新;曹西华;宋秀贤;俞志明;;海藻酸钠对改性黏土絮凝特征的影响[J];中国环境科学;2013年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 卢光远;改性粘土治理藻华对主要营养元素循环及藻毒素的影响[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2014年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 缪锦来,石红旗,李光友,王波,韩丽;赤潮灾害的发展趋势、防治技术及其研究进展[J];安全与环境学报;2002年03期
2 俞志明,曹西华;“九五”期间中国沿海有害赤潮灾害状况及其防治对策[J];安全与环境学报;2002年06期
3 周轩榕,卢滇楠,邵曼君,邢晓东,王晓工,刘铮;表面接枝季铵盐型高分子材料抗菌过程的特性研究[J];高等学校化学学报;2003年06期
4 汤鸿霄;无机高分子复合絮凝剂的研制趋向[J];中国给水排水;1999年02期
5 张悦周;吴耀国;胡思海;冯文璐;;微生物絮凝剂的研究与应用进展[J];化工进展;2008年03期
6 邹琳;陈卫;汪德爟;;水处理絮凝动力学模型研究与应用[J];河海大学学报(自然科学版);2006年05期
7 ;Preparation and utilization of wheat straw anionic sorbent for the removal of nitrate from aqueous solution[J];Journal of Environmental Sciences;2007年11期
8 曹西华,宋秀贤,俞志明;改性粘土去除赤潮生物及其对养殖生物的影响[J];环境科学;2004年05期
9 陈灏,潘纲,张明明;藻细胞不同生长阶段的海泡石凝聚除藻性能[J];环境科学;2004年06期
10 曹西华;宋秀贤;俞志明;王奎;;有机改性粘土去除赤潮生物的机制研究[J];环境科学;2006年08期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴新民;张静平;;化学专业学生实验能力与就业能力关联度分析[J];合肥师范学院学报;2008年03期
2 王喜功;杨旭亮;李仁政;赵湘江;杨晓东;周建;杜传印;;生物质气化导热油传导供热烘烤烟叶研究[J];山东农业科学;2011年04期
3 骆丽君;聚合硫酸铝铁和PAM复合混凝剂处理造纸废水的研究[J];安徽化工;2005年03期
4 黄姿;朱白婢;孙建波;廖文彬;彭明;;赤潮的生物防治及其研究进展[J];安徽农学通报;2008年15期
5 王卫平;朱凤香;陈晓旸;洪春来;薛智勇;吴传珍;;微生物絮凝剂的研究进展及其应用前景[J];安徽农学通报(上半月刊);2009年19期
6 李东升;周为华;朱新开;李春燕;郭文善;;作物秸秆综合开发利用途径探讨[J];安徽农学通报(上半月刊);2010年09期
7 刘灵芝;陈志刚;;微生物在污染治理中的应用[J];安徽农业科学;2006年07期
8 张丽辉;刘爽;赵骥民;;土壤石油污染对2种藜科植物种子发芽率的影响[J];安徽农业科学;2007年34期
9 卢燕;蒙晓琴;高婧;王哲;;新疆生物质能资源调查与地理分布特征分析[J];安徽农业科学;2008年12期
10 季程晨;王旭;许明亮;王相勤;吴跃进;余增亮;;改性粉煤灰复配物絮凝除藻的初步研究[J];安徽农业科学;2008年15期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 岳正波;胡真虎;俞汉青;;玉米秸秆在人工瘤胃反应器中的厌氧转化[A];循环经济理论与实践——长三角循环经济论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
2 翟志军;李俊;陈祥松;吴金勇;姚建铭;;秸秆、蓝藻和餐厨废弃物等生物质资源化利用的进展与探讨[A];安徽新能源技术创新与产业发展博士科技论坛论文集[C];2010年
3 潘光;由希华;谷树茂;宋毅倩;潘齐;丁君;;光照、温度和盐度对东海原甲藻生长的影响[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第一卷)[C];2011年
4 解军;贾坤;;水源水中藻类的危害及其去除技术[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第一卷)[C];2011年
5 边归国;;陆生植物化感作用抑制藻类生长的研究进展[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2011年
6 ;Dynamical Behavior in A Differential-Algebraic Algal Blooms Model[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 马海峰;张饮江;;水产养殖对水域环境的影响研究[A];第二届全国现代生态渔业可持续发展论文集[C];2010年
8 陈桃英;颜天;周名江;;东海大规模赤潮藻对菲律宾蛤仔受精卵孵化和蒙古裸腹溞种群的影响[A];全国生物多样性保护及外来有害物种防治交流研讨会论文集[C];2008年
9 黄黎;杨俊峰;吴明作;;城市土壤及植被的碳储量分析——以郑州为例[A];第十届中国科协年会论文集(二)[C];2008年
10 刘建军;黄海燕;黄爱君;黄新凤;杨细飞;袁建辉;;大田软海绵酸的荧光检测法研究[A];2010广东省预防医学会学术年会资料汇编[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 乔小燕;基于生物形态学的赤潮藻显微图像分割与特征提取研究[D];中国海洋大学;2010年
2 王云飞;东海赤潮监测卫星遥感方法研究[D];中国海洋大学;2009年
3 曹春晖;两种赤潮藻对锰的生理生态响应[D];中国海洋大学;2010年
4 古中博;赤潮灾害及其综合防治的生态、经济与管理研究[D];中国海洋大学;2010年
5 曾剑;基于数据挖掘的钱塘江河口水沙运动规律研究[D];浙江大学;2011年
6 李玲玲;有机废弃物CO_2施肥发酵过程中基质理化性状变化及残渣培肥土壤的作用[D];浙江大学;2010年
7 徐玲;布朗葡萄藻的培养优化与分离技术[D];江南大学;2011年
8 杨德周;东海陆架黑潮入侵及生态响应数值模拟研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2011年
9 张清春;东海大规模甲藻赤潮种吞噬特性及其在赤潮形成中的作用初探[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2011年
10 杨雪薇;木质纤维素大分子白腐菌改性机制及热解性质研究[D];华中科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵巧玲;植物浮床对精养池塘水质及浮游藻类群落结构的效应[D];华中农业大学;2010年
2 敬佩;茶皂素在土壤重金属镉、锌污染修复中的效应研究[D];山东农业大学;2010年
3 高莉丽;微藻的溶气气浮采收技术研究[D];中国海洋大学;2010年
4 冀晓青;几株典型赤潮藻化感作用及化感物质研究[D];中国海洋大学;2010年
5 夏雯娟;海藻之间他感作用的初步研究[D];中国海洋大学;2010年
6 杨斌;中国东海、黄海和南海北部海水中挥发性卤代烃的分布与通量研究[D];中国海洋大学;2010年
7 吴亮;亲油缓释肥料的制备及在溢油污染潮间带生物修复中的应用[D];中国海洋大学;2010年
8 卓亮亮;魁蚶养殖中有害生物东亚壳菜蛤(Musculista senhousia)的污染控制及繁殖生物学研究[D];中国海洋大学;2010年
9 朱门君;季铵盐阳离子表面活性剂对小球藻的毒性及QSAR研究[D];湘潭大学;2010年
10 何云馨;不同类型溢油污染潮间带生物修复可行性现场中试研究[D];中国海洋大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周名江;朱明远;;“我国近海有害赤潮发生的生态学、海洋学机制及预测防治”研究进展[J];地球科学进展;2006年07期
2 邹华;潘纲;阮文权;;壳聚糖改性粘土絮凝除藻的机理探讨[J];环境科学与技术;2007年05期
3 徐徽;张路;商景阁;代静玉;范成新;;太湖梅梁湾水土界面反硝化和厌氧氨氧化[J];湖泊科学;2009年06期
4 梅卓华;张哲海;赵春霞;徐敏;李敏;;南京玄武湖蓝藻水华治理后水质和浮游植物的动态变化[J];湖泊科学;2010年01期
5 邹迎麟,朱明远,HALL Sherwood;两种亚历山大藻产毒过程和毒素特征研究[J];黄渤海海洋;2001年03期
6 王晓蓉,华兆哲,徐菱,赵闯,吴重华;环境条件变化对太湖沉积物磷释放的影响[J];环境化学;1996年01期
7 王毅力,李大鹏,解明曙;絮凝形态学研究及进展[J];环境污染治理技术与设备;2003年10期
8 曹西华,宋秀贤,俞志明;改性粘土去除赤潮生物及其对养殖生物的影响[J];环境科学;2004年05期
9 邹华,潘纲,陈灏;壳聚糖改性粘土对水华优势藻铜绿微囊藻的絮凝去除[J];环境科学;2004年06期
10 曹西华;宋秀贤;俞志明;王奎;;有机改性粘土去除赤潮生物的机制研究[J];环境科学;2006年08期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 古中博;赤潮灾害及其综合防治的生态、经济与管理研究[D];中国海洋大学;2010年
2 胡安辉;高效短程硝化/厌氧氨氧化富集培养物的研究[D];浙江大学;2010年
3 张海平;深海粘土沉积物组份环境矿物学属性的初步研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2007年
4 林勇新;形态特征及藻源有机质对改性粘土絮凝有害藻华生物效率的影响[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2013年
5 付梅;磷化氢对海洋微藻的影响及作用机制研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2013年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 朱文会;王兴润;董良飞;王琪;何洁;;海藻酸钠固定化Fe-Cu双金属去除Cr(Ⅵ)的作用机制[J];中国环境科学;2013年11期
2 卢光远;宋秀贤;俞志明;曹西华;袁涌铨;;改性黏土絮凝海洋原甲藻对水体中氮、磷的影响研究[J];中国环境科学;2014年02期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 朱文会;王兴润;董良飞;王琪;;应用海藻酸钠固定化双金属修复Cr(Ⅵ)污染地下水[A];2013中国环境科学学会学术年会浦华环保优秀论文集[C];2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 万宏,张昀;降解稻草对蓝藻生长的抑制作用[J];北京大学学报(自然科学版);2000年04期
2 ;Screening and flocculating properties of bioflocculant-producing microorganisms[J];Journal of University of Science and Technology Beijing(English Edition);2006年04期
3 刘建康,谢平;揭开武汉东湖蓝藻水华消失之谜[J];长江流域资源与环境;1999年03期
4 李晖,谭光群,李瑞;蛭石对汞的吸附性能研究[J];重庆环境科学;2001年02期
5 金德泽,吴慧文,师福东;泥沙絮凝问题分析[J];东北水利水电;1998年11期
6 许建平;浙江近海上升流区冬季水文结构的初步分析[J];东海海洋;1986年03期
7 曹欣中,张月秀;长江三峡工程对河口近海区理化环境要素的影响[J];东海海洋;1993年04期
8 宁修仁,刘子琳,蔡昱明;我国海洋初级生产力研究二十年[J];东海海洋;2000年03期
9 陆斗定,张志道;虾塘赤潮灾害的防治对策[J];东海海洋;1995年01期
10 陆斗定;日本沿岸水域的赤潮监测研究及其防治对策[J];东海海洋;1997年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张沫;高效微生物絮凝菌的筛选及其特性研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴撼宇;曾正中;丛培天;张信军;;磁绝缘传输线压力平衡模型的修正[J];强激光与粒子束;2011年03期
2 吴治成,赵莹;关于恒态(steady state)的探讨[J];中国医科大学学报;1985年02期
3 温殿忠,庄玉光,邱成军;硅在KOH溶液中各向异性腐蚀机理的研究[J];黑龙江大学(自然科学学报);1996年03期
4 唐欣昀;;生命的存在与温度[J];生物学通报;1991年01期
5 年;;第四讲 化学变化是怎样发生的[J];科学大众(中学版);1953年04期
6 胡小成;关于过渡状态理论一些提法的讨论[J];西南民族学院学报(自然科学版);1997年02期
7 晏志军;初探硼与氢的化合[J];西安教育学院学报;1999年03期
8 刁兆玉;;浅议“碰撞理论”中速率公式的建立[J];山东师范大学学报(自然科学版);1991年01期
9 张世功;劳令耳;刘伟;;一维瞬间碰撞实验研究[J];物理实验;2006年07期
10 孟荣国;;惯性效应在混凝中的动力学作用[J];科技信息(科学教研);2007年21期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张雨灵;张东安;依成武;满书玲;刘英春;张伟虹;;脉冲流光放电合成NH_3研究[A];中国物理学会第九届静电学术年会论文集[C];2000年
2 郭为民;沈星灿;郭艳芳;梁宏;;微波合成掺铁纳米二氧化钛及其光催化性能[A];中国化学会2005年中西部十五省(区)、市无机化学化工学术交流会论文集[C];2005年
3 王喜军;;传统中医学与现代系统生物学的有效碰撞[A];中医药中青年科技创新与成果展示论坛论文集[C];2009年
4 王喜军;;传统中医学与现代系统生物学的有效碰撞[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(3)[C];2009年
5 韩桂来;姜宗林;;气相胞格爆轰三波结构失效形式[A];第十三届全国激波与激波管学术会议论文集[C];2008年
6 李玉平;黄莉;苏蕾;穆广峰;;初论陶瓷新法制浆[A];第四届中国陶瓷发展论坛资料汇编[C];2006年
7 晋卫军;;室温磷光方法学与新的出路[A];第八届全国发光分析暨动力学分析学术研讨会论文集[C];2005年
8 刘承晖;沈志刚;连淇祥;麻树林;陈军;邢玉山;;射流对撞的机理性研究——用于提高气流粉碎效率[A];第四届全国颗粒制备与处理学术会议论文集[C];1995年
9 崔正英;孙平;高亚东;董春凤;付柄忠;陈伟;李伟;丁玄同;杨青巍;;HL-2A真空紫外光谱测量及杂质研究[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
10 祝皎琳;林建国;;往复隔板絮凝池内流场的数值模拟[A];第十七届全国水动力学研讨会暨第六届全国水动力学学术会议文集[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 于立群;惯性效应是絮凝的动力学致因[N];中华建筑报;2006年
2 肖海依 郑乐尧;软包装干式复合漫谈[N];中国包装报;2001年
3 王太林 肖海依;产品熟化时间明显缩短[N];中国包装报;2006年
4 肖作芳;简述构建和谐企业的途径[N];青岛日报;2007年
5 山东省泰安市中房城市建设开发有限公司 梁雪梅;构建和谐企业的四个着力点[N];中华建筑报;2007年
6 沅江市公路局 刘新华;构建和谐社会的四个着力点[N];益阳日报;2008年
7 陈全东;干式复合用粘合剂的种类·调配·涂布·工艺[N];中国包装报;2006年
8 顾永强;胜利油田孤东采油厂研发出可以除垢的水处理装置[N];中国矿业报;2007年
9 杨泽文;批评缺席的研讨会[N];人民日报海外版;2004年
10 狄涛;就业,高校应该有所为[N];人民日报;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 祁雪莉;不同学习策略对转变学生化学迷思概念的研究[D];福建师范大学;2007年
2 鲁梦江;二次凝聚法去除受污染原水有机物的研究[D];扬州大学;2003年
3 祝皎琳;往复隔板絮凝池流场数值模拟及混凝效果分析[D];大连海事大学;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026