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粘土矿物及无机絮凝剂对有害赤潮的治理研究

孙晓霞  
【摘要】: 有害赤潮作为一种全球性的海洋灾害,给海洋环境、水产养殖业和 人类健康造成巨大危害,研究赤潮的发生规律,探索新的、经济有效 的赤潮防治方法具有重要的科学意义和应用前景。本文针对中国沿海 常见赤潮生物种,研究了粘土矿物对赤潮生物基本生理指标的影响, 进一步探讨了粘土矿物的控制赤潮机制;并针对粘土矿物去除效率不 高的特点,制备出具有较高絮凝效率的改性粘土;此外,本文还首次 将无机高分子絮凝剂MMH(混合金属氢氧化物正电胶体)和PSMS (聚硅酸金属盐)用于赤潮治理研究中,并探索了上述赤潮防治剂的 环境生态效应,主要成果与内容有: 1.粘土矿物的筛选 采集国内外近30种粘土矿物,分别考察了它 们对中国沿海常见赤潮生物种赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo) 和塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)的去除效果。结果表 明,不同粘土矿物对赤潮生物的絮凝能力有显著差别,实验筛选出 去除效果较好的几种粘土,分别为来自美国的Chemically treated kaolin、WHOI土、江苏吴县高岭土及苏州特号土等。通过絮凝实 验得到上述几种粘土矿物对两种赤潮生物的絮凝曲线,发现不同粘 土矿物对赤潮生物的最大去除率及达到最大去除率所需的粘土浓 度有较大差别,同一粘土矿物对不同赤潮生物的去除效果也不相 同。塔玛亚历山大藻较赤潮异弯藻更易被粘土矿物去除。 2.粘土矿物对赤潮生物的生理效应 研究了高岭土对赤潮异弯藻 和塔玛亚历山大藻生长繁殖、叶绿素a含量、光合作用以及呼吸作 用的影响。结果表明,高岭土对赤潮生物生长、叶绿素a含量及光 合作用均有抑制作用,表现为随粘土浓度的增加及作用时间的延 长,抑制作用增强,并认为这可能与粘土的加入导致光照效应降低 孙晓霞 摘 要 博士学位论义 及藻类生长的营养环境改变有关。实验同时发现高岭土对不同赤潮 生物的抑制程度不同,塔玛亚历山大藻上述各项生理指标比赤潮异 弯藻更易受粘土影响。 3.无机絮凝剂的制备及絮凝作用研究 主要考察了无机高分子絮 凝剂MMH及PSMS(聚硅酸金属盐),包括聚硅酸氯化铝oSAC) 和聚硅酸硫酸铝①SAS)的合成及对赤潮生物的絮凝作用。在 MMH 的合成过程中,考察了镁铝摩尔比及制备温度对MMH絮凝赤潮异 弯藻的影响,认为镁铝摩尔比为2的条件下制备的MMH具有较好 的絮凝和沉降性能,其絮凝赤潮异弯藻的最佳用量为1.smmolAI几。 在PSAS的合成中采用三因子三水平的正交试验设计,得出PSAS 的最佳制备条件为:SIO。浓度d%,AI~,pH=4。絮凝实验 结果表明,PSAS对赤潮生物的絮凝效果优于传统絮凝剂AS(硫 酸铝人同时,PSAS对不同赤潮生物的絮凝效果也不同,认为这主 要与不同赤潮生物的形态结构、运动性及胞外分泌物有关。 4.粘土矿物表面改性及机理研究 为提高粘土矿物去除赤潮生物 的效率,分别用插入法和表面吸附法制备改性粘土。实验得出插入 法的最佳制备条件为:制备温度 70 oC,镁离子浓度 Zmol/L;表面 吸附法中粘土和MMH(混合金属氢氧化物胶体)的适宜配比为: 粘土/MMH10。改性后粘土去除赤潮异弯藻的效率较改性前提高 2上倍。相关分析表明,改性粘土去除赤潮生物的效率与改性后表 面电位呈正相关,两种情况下RZ均大于0巴说明表面电位是影响 粘土矿物去除赤潮生物的一个重要因素。 5.删治理的腿挪实验及环境生态效应 在1999年夏季胶州 湾中肋骨条藻(Sheletonema costatUm)赤潮的发生现场进行了改性 粘土及PSAS对藻类去除率、悬浮物、DO、COD、pH等指标的影 且且 q 孙晓霞 摘 要 博士学位论又 响研究。结果表明,改性粘土及PSAS对现场中肋骨条藻有较高的 去除率,l叭的改性高岭土和改性蒙脱土对中肋骨条藻的去除率分 别可达刀%和93%,lml/L的PSAS去除率达90%以上。DO的含 量轻微下降,不致影响其他生物的生长,COD下降幅度较大,达 50-80%。 6.既防治剂对中国对虾的毒性研究 进行了粘土、次氯酸钙、氯 化铝和氯化铁对中国对虾的毒性试验,结果表明,lgh的高岭上对 对虾基本无毒性;次氯酸钙在


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