【摘要】：近幾十年來,隨著人類經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,富營養(yǎng)化進(jìn)一步加劇,成為全球關(guān)注的問題。富營養(yǎng)化引起的有害藻華,在全球范圍內(nèi)頻繁爆發(fā),不僅破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)的平衡,造成魚類、貝類等大范圍的死亡,而且可以通過食物鏈傳遞威脅人類的健康。探討有害藻華經(jīng)濟(jì)有效的防治方法,對于保護(hù)海洋環(huán)境,減輕有害藻華的危害,降低經(jīng)濟(jì)損失及維護(hù)人類健康,都有著重大的科學(xué)意義及應(yīng)用前景。開展顆粒物對藻華生物絮凝作用,及顆粒物-有害藻華生物絮體的分形特征及數(shù)值模擬研究,對于探索有害藻華治理新方法,分析絮體分形特征及其它因素對顆粒物絮凝有害藻華速度及效率的影響,具有重要的科學(xué)意義。 本文以粘土及其它顆粒物為研究對象,研究了粘土對有害藻華生物的絮凝效率與粘土理化性質(zhì)之間的關(guān)系;利用數(shù)值模擬研究了各因素對粘土絮凝藻細(xì)胞速度及去除效率的影響;分析了分形維數(shù)對藻細(xì)胞絮凝效率的影響,并進(jìn)行了動力學(xué)模擬曲線與實驗結(jié)果的比較;研究了其它顆粒物-改性秸稈對藻華生物的絮凝作用和機(jī)制。主要結(jié)果如下: 粘土的物理化學(xué)性質(zhì)影響藻細(xì)胞的去除率。粘土的表面電位為-36.1~-15.9mV,BET比表面積為0.31-60.76m2.g-1,硅鋁比為1.35-3.62。當(dāng)粘土用量均為0.50g.l-1時,不同粘土對中肋骨條藻的絮凝速度和去除效率有較大的不同,膠南鉀長石對中肋骨條藻的絮凝速度最慢,去除率最低,為13%;濰坊化工膨潤土對中肋骨條藻的絮凝速度最快,去除率最高,為82%。在粘土用量為0.50 g.L-1時,利用線性關(guān)系與灰色關(guān)聯(lián)度,分析了中肋骨條藻去除率與粘土理化參數(shù)之間的關(guān)系,研究結(jié)果表明:中肋骨條藻的去除率與粘土的理化參數(shù)具有較強(qiáng)的線性相關(guān),去除率與粘土的表面電位、比表面積正相關(guān),而與粘土的硅鋁比負(fù)相關(guān);較高的表面電位和BET比表面積、較低的硅鋁比有利于增加藻細(xì)胞的去除率;灰色關(guān)聯(lián)度分析表明,粘土比表面積是主要影響因子,相關(guān)系數(shù)為0.907,粘土硅鋁比對去除率影響較小,相關(guān)系數(shù)為0.618。 粘土絮凝藻細(xì)胞的數(shù)值模擬研究。結(jié)合傳統(tǒng)絮凝理論和分形理論,利用Fortran程序模擬絮凝過程,研究了粘土的分形維數(shù)、粘土濃度、藻細(xì)胞的分形維數(shù)、藻細(xì)胞濃度、粘土-粘土有效碰撞系數(shù)、粘土-藻細(xì)胞有效碰撞系數(shù)、水流切應(yīng)速度等因素對藻細(xì)胞去除率、粘土沉降效率、絮體粒徑的影響。模擬結(jié)果表明,當(dāng)粘土-藻細(xì)胞碰撞效率由0.01增加到0.20時,t=6000s時,藻細(xì)胞去除率由16%增加到78%;當(dāng)粘土濃度由2.0×10-4g.cm-3增加到1.0×10-3g.cm-3時,t=6000s時,藻細(xì)胞去除率由38%增加到82%;粘土分形維數(shù)由2.80降低到2.00時,t=6000s時,藻細(xì)胞去除率由56%增加到98%。粘土-藻細(xì)胞有效碰撞效率、粘土濃度的增加可以增大藻細(xì)胞去除率,粘土-粘土有效碰撞效率、粘土分形維數(shù)、藻細(xì)胞濃度的降低可以增加藻細(xì)胞去除率,適度的切應(yīng)速度和藻細(xì)胞分形維數(shù)可以增加藻細(xì)胞去除率。粘土-藻細(xì)胞碰撞效率、粘土分形維數(shù)、粘度濃度對藻細(xì)胞去除率影響較大。粘土絮凝藻細(xì)胞動力學(xué),粘土-藻細(xì)胞有效碰撞效率、粘土用量、切應(yīng)速度對藻細(xì)胞絮凝效率的模擬結(jié)果,與實驗結(jié)果基本一致。PACl改性粘土可以增加粘土-藻細(xì)胞有效碰撞效率,降低粘土分形維數(shù),從而增大藻細(xì)胞去除率。TEP含量的增加可以增大粘土-藻細(xì)胞有效碰撞效率;TEP含量與藻細(xì)胞的種類、生長周期、營養(yǎng)條件等有關(guān);衰亡期、營養(yǎng)鹽限制條件下,TEP含量較高,藻細(xì)胞去除率較大。 粘土絮凝藻細(xì)胞體系的分形維數(shù)對絮凝效率的影響。改性粘土可以有效提高粘土的除藻效率,改性后的粘土對三種有害藻華生物(中肋骨條藻、赤潮異彎藻、亞歷山大藻)的去除率都比未改性粘土的高。而不同藻華生物去除效率之間也有明顯差別,其中以中肋骨條藻去除率最高,而亞歷山大藻去除率最低。利用圖像法和圖像-顆粒計數(shù)法求得了粘土絮凝藻細(xì)胞體系的分形維數(shù),研究了分形維數(shù)對絮凝效率的影響。結(jié)果表明,改性粘土沉降形成絮體的二維分形維數(shù)(D2)和三維分形維數(shù)(D3)分別為1.84和2.50,小于未改性粘土絮體的分形維數(shù)D2和D3,為1.92和2.81。PACl降低粘土顆粒之間的排斥力,降低了改性粘土的分形維數(shù)。改性粘土較低的分形維數(shù)和較高的粘土-藻細(xì)胞有效碰撞效率,可以增加粘土對藻細(xì)胞的絮凝效率。粘土或改性粘土與藻細(xì)胞形成絮體的分形維數(shù)結(jié)果表明,與亞歷山大藻細(xì)胞形成絮體的分形維數(shù)最大,D2和D3分別為2.59、2.32;而與中肋骨條藻形成絮體的分形維數(shù)最小,D2和D3分別為2.27、1.97。粘土或改性粘土用量相同時,不同的藻細(xì)胞體系具有不同的去除效率,絮體的分形維數(shù)不同,這與藻細(xì)胞的本身形態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)。亞歷山大藻的橢圓形結(jié)構(gòu),較大的表面積/體積比,增加了絮體的分形維數(shù)。在粘土用量為0.50g.L-1時,利用實驗所得分形維數(shù),模擬研究了粘土、改性粘土絮凝赤潮異彎藻的動力學(xué),結(jié)果表明動力學(xué)模擬曲線曲線與實驗結(jié)果基本一致。 以改性秸稈作為其它顆粒物,研究了改性秸稈對赤潮異彎藻的去除作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在與未改性秸稈用量均為0.10g.l-1時,t=120min時,改性秸稈對赤潮異彎藻的去除率可以從10%左右提高到80%以上,同時水體內(nèi)核苷酸物質(zhì)濃度增大,說明在此作用過程中,藻細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)遭到破壞,核苷酸物質(zhì)由胞內(nèi)釋放。當(dāng)改性秸稈用量為0.15 g.l-1時,釋放核苷酸在260nm時吸光度與正常細(xì)胞的吸光度比值為1.17,此時改性秸稈對赤潮異彎藻造成的損害是不可逆的。實驗發(fā)現(xiàn),改性秸稈對赤潮異彎藻同時具有吸附作用和滅殺作用。當(dāng)濃度較低時,改性秸稈通過吸附細(xì)胞體,或者與細(xì)胞膜結(jié)合,從而導(dǎo)致部分藻細(xì)胞的絮凝;而當(dāng)濃度進(jìn)一步增加時,改性秸稈可以破壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致大量膜內(nèi)物質(zhì)的釋放,進(jìn)而導(dǎo)致藻細(xì)胞的死亡。 本論文的初步研究結(jié)果表明,顆粒物的物理化學(xué)性質(zhì)、分形維數(shù)及藻細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)影響顆粒物對藻細(xì)胞的絮凝效率,在選用顆粒物治理有害藻華時,需考慮絮體分形特征及其它因素對顆粒物絮凝有害藻華速度及效率的影響。
【圖文】：

結(jié)果發(fā)現(xiàn)粘土對文蛤稚貝成活率無影響，文蛤生長速度。Pierce 等（2004）研究磷酸鹽粘土（phosphatic clavis 時發(fā)現(xiàn)，粘土可以絮凝 70%的細(xì)胞外神經(jīng)毒素；加入 0%的細(xì)胞外神經(jīng)毒素；周期為 14 天的實驗，發(fā)現(xiàn)粘土可以iang 等（2008）同樣認(rèn)為粘土絮凝不會造成胞內(nèi)化合物，會通過電中和，共沉淀、沉降等過程，去除藻類物質(zhì)和藻胞治方法在有害藻華治理中的現(xiàn)場應(yīng)用礦物去除藻華生物，，在日本、韓國、中國等都有過現(xiàn)場應(yīng)8O 年代初，日本在鹿兒島海面上進(jìn)行過具有一定規(guī)模撒播國曾用 6×104T 粘土制劑治理 100 km2的魚類養(yǎng)殖中發(fā)m 藻華海域藻華，有效地避免了藻華所造成的經(jīng)濟(jì)損失（ki09；繆錦來等，2002）。

圖 3 分形成長絮凝體模型（Tambo,1993）Figure 3 Stepwise growth model of flocsTambo 等（1993）根據(jù) Sutherland 集團(tuán)凝聚模型的基本構(gòu)思，即絮凝體的成
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：X55

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 林勇新;曹西華;宋秀賢;俞志明;;海藻酸鈉對改性黏土絮凝特征的影響[J];中國環(huán)境科學(xué);2013年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 盧光遠(yuǎn);改性粘土治理藻華對主要營養(yǎng)元素循環(huán)及藻毒素的影響[D];中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）;2014年

本文編號：2692724