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近年来,我国淡水水体富营养化日趋严重,蓝藻水华频繁发生。水华爆发时,表层水覆盖一层浓度很高的蓝藻,使水体溶解氧含量降低引起水生动物缺氧死亡,死亡水生动物尸体腐烂又加重了水体污染。为了有效地去除蓝藻水华,国内外的科学家们通过大量实验获得了一些可喜的成果。用黏土除藻在众多除藻方法中被公认为是最好的去除藻细胞的方法之一。
本文选用天然粘土蛭石(vermiculite:VE)为原材料,选用盐酸作为改性剂,2、4、6、8、10、12mol/L盐酸改性蛭石(2VE、4VE、6VE、8VE、10VE、12VE)分别对藻液进行絮凝处理。通过淡水水华优势藻-铜绿微囊藻的絮凝实验,对絮凝剂进行优化,结果显示絮凝效果随盐酸浓度增大而增加。研究改性蛭石的除氮、磷效果,以及改性蛭石在絮凝巢湖藻水中的效果。同时深入探讨改性蛭石絮凝剂的絮凝除藻机理,并与改性粉煤灰絮凝剂进行比较,找到改性蛭石絮凝剂的优势。主要研究内容和结果如下:
6、12mol/L盐酸改性蛭石,得到絮凝剂(6VE、12VE)分别对铜绿微囊藻藻液进行絮凝处理,结果显示12mol/L盐酸改性的蛭石处理效果略高于6mol/L改性的蛭石;未改性蛭石不仅没有絮凝效果而且还能使藻液的浊度增加。12VE的最佳投加量为250mg/L,絮凝静置10min后基本达到平衡,浊度去除率达到99%。
随着12VE投加量的增加,总氮、总磷的去除率逐渐升高。在投加量为100mg,即250mg/L时总氮、总磷的去除率都达到最大。总氮去除率达到65%,总磷去除率达到97%。超过最佳投加量时,总氮、总磷的去除率反而降低。巢湖藻水絮凝试验结果为总氮去除率达到86%,总磷、浊度、CODcr的去除率比较接近,分别在97%、99%和96%。因此改性蛭石的絮凝除藻效果在实际应用中也可行。
对改性蛭石絮凝除藻机理进行了深入研究,通过扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、Zeta电位仪、电感耦合等离子体发射光谱(ICP)等手段研究絮凝机理。结果表明:盐酸改性处理可使蛭石表面的化学键(Si-O,Al-O,Al-O-H,Si-O-H等)断裂,蛭石粗糙度增大同时溶出金属阳离子(Al3+、Fe3+、Mg2+),这些离子对絮凝起主要作用;酸溶物能中和藻细胞表面电荷,使藻细胞间的距离拉近,未溶蛭石在藻细胞与胞外分泌物等通过架桥作用形成网络结构使藻细胞聚集絮凝沉降。综合各种分析手段结果得知电中和、网捕架桥作用是改性蛭石-藻细胞絮凝的主要机理。
通过与改性粉煤灰絮凝剂的比较得知,改性粉煤灰絮凝除藻机理与改性蛭石絮凝除藻的机理相同,都是电中和和架桥、网捕作用。但是改性粉煤灰用量却是改性蛭石的4-5倍,投加量少是改性蛭石絮凝剂最大的优点之一,同时改性蛭石的生态安全性要高于改性粉煤灰。
通过秀丽隐杆线虫(Caenorhabditiselegans)作为模式生物来检验改性蛭石的生态安全性。经同步化的秀丽隐杆线虫在双蒸水,藻液,VE、6VE、12VE处理后的藻液中的存活率分别为98%、98%、98.3%、98.1%、95.8%。在48h内随着时间增加各组秀丽隐杆线虫存活率逐渐下降,但死亡率都很低。实验结果说明改性蛭石处理后的藻液对秀丽隐杆线虫没有明显生物毒性,及改性蛭石用来去除赤潮藻华是相对安全的。