摘要：藻华现象引起全世界的广泛关注，改性粘土作为絮凝除藻最佳方法得到广泛研究，本文阐述了改性粘土在藻华应急方面的应用，并指出了该方法的缺点，指明了研究方向。
关键字: 絮凝；改性粘土；除藻
0.前言
近年来，藻华在世界范围内的频繁暴发以及由此产生的藻毒素污染等问题，已引起人们的广泛关注。目前，藻华的防治方法很多。利用粘土进行除藻，粘土矿物具有成本低、污染小等优点，但是其除藻效果并不十分理想，并会在大面积除藻过程中带来原料量与淤渣量过大的问题。对粘土进行改性，可以克服其缺点。1.絮凝除藻
对于水华的快速处理，目前国际上普遍认为用无毒粘土类絮凝剂沉降藻的方法是最佳选择之一。普通物理絮凝剂来源充足，天然无毒，使用方便，不会对水体造成污染，亦不会对人体健康造成危害，且耗资少。当水华大规模发生时，各类基于人工取出技术或者人工生态工程由于成本问题而导致实施效果不理想时，絮凝除藻则更具优势。为了改变施加量过大的问题，人们纷纷对粘土进行改性，以期减少其施用量。
1.1无机絮凝除藻
在无机改性粘土方面。日本学者利用无机酸对粘土矿物（蒙脱土）表面进行了处理，发现可显著提高其絮凝藻华生物的能力，而对于高岭土，酸性处理后对其絮凝生物的能力影响不大。为提高高岭土絮凝去除藻华生物能力，俞志明等引入聚合羟基氯化铝（PACS），利用其对粘土进行改性，实验结果表明，对于改性后的高岭土和蒙脱土，极大地提高了二者的絮凝除藻能力；高岭土去藻能力达到90%以上，而需求量由原来的2g/L降低到现在的0.1g/L。林勇新等进一步研究了粘土表面改性对微藻絮凝的影响，絮凝实验结果表明：添加了PAC改性剂组的去除率及粘土-微藻絮凝体的分形维数D2均大于原土组，表现为原土组粘土-微藻的絮凝体空隙率较改性组大,致密性较改性粘土组小。去除率与粘土-微藻絮凝体的分形维数D2均随着PAC浓度的增大而增大；说明PAC改性能提高粘土表面的正电荷密度，从而提高粘土的有效吸附位点，促进粘土-微藻颗粒发生聚集，增大絮凝体的致密性，降低了絮凝体的空隙率。本研究的结果有助于对改性粘土絮凝有害藻华絮凝剂的添加量进行定量化分析，为进一步提高改性粘土的絮凝效率提供研究基础。刘振儒等研究了无机改性材料聚合氯化铝 ( PAC)与不同粒径天然粘土矿物复合混凝对水中藻类的去除效果。结果表明, 两者复合除藻效果显著优于单加 PAC。当 PAC浓度为12mg/L，矿物浓度为24mg/L，粒径为160目时，除藻效果最好，浊度和叶绿素a去除率分别为98.2%和100%。两者复合后 PAC形态含量均发生了变化，悬浮态铝含量相对增加，溶解态铝含量相对减少，总残余铝量减小。目前常用的除藻方法是加大聚合氯化铝 (PAC)的投加量，但PAC的高投量所带来的处理后水体中残余铝超标问题则难以解决。过量摄入铝会引起很多疾病。赵春禄等研究了PAC与天然粘土矿物复合凝聚水中的藻类，达到了分离水藻的目的，残余铝浓度有所降低。
ZOU等用壳聚糖对粘土进行改性，实验结果表明，经壳聚糖改性修饰后的的海泡石，投加量为11mg/L时，0.5小时可去除8%的藻细胞，2h可去除藻细胞高达90%以上。柳丹等研究了磁场作用下壳聚糖与Fe3O4复配去除淡水藻华，也取得了较好的效果。但是壳聚糖价格昂贵，限制了其大规模的应用。李晔等研究了2种提高膨润土絮凝去除铜绿微囊藻效果的方法——在膨润土中引入聚合氯化铝（PAC）及利用壳聚糖将膨润土进行改性处理。实验结果表明，这2种方法均在投加量较低时就能产生明显的去除效果，而相同用量的膨润土则几乎没有去处能力。当膨润土投加量为40mg/L。PAC投加量为10mg/L时，两者复合除藻效果最好，藻悬液的浊度和叶绿素a去除率分别达到93.8％和95.1％；当壳聚糖改性膨润土的投加量为32mg/L时，相应的浊度和叶绿素a去除率分别达到90.3％和93.7％。将活化后的粉煤灰滤液对壳聚糖进行改性，研究改性后的壳聚糖絮凝除藻性能。实验结果表明，改性壳聚糖投加量大于0.5mL时，可去除90%左右的藻。但由于分泌的胞外有机物会优先争夺壳聚糖，从而使壳聚糖的投放量增加，投加量为0.9mL时，除藻效率最高，继续增加，除藻率反而下降。最后研究发现，改性壳聚糖絮凝上清液藻光合活性有效降低了，这在一定时间内有效防止水华的二次爆发。
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将活化后的粉煤灰滤液对壳聚糖进行改性，用其絮凝取得较好的絮凝效果，且大大降低壳聚糖的用量，与聚合氯化铝(PAC)相比还节省了处理费用。
1.2有机絮凝除藻
无机改性剂在电荷上起着絮凝作用，但是在吸附和网捕作用上，有机改性剂具有长碳链、高分子量、絮凝产生的絮体较大等优点得到广泛关注。
曹西华等在有机改性粘土去除赤潮生物的机制研究中发现，在60°C条件下十六烷基三甲基溴化铵（HDTMA）可更有效地占据粘土中的阳离子交换位，达到稳定状态；而升高或降低温度时，十六烷基三甲基溴化铵（HDTMA）更稳定，相应的改性粘土具有更高的赤藻去除能力。黄娟等（2009）研究了十四烷基二甲基苄基季铵阳离子改性粘土对海洋卡盾藻和塔玛亚历山大藻絮凝杀灭作用，分别采用质量浓度为0.012g/L、0.016g/L的有机改性粘土对海洋卡盾藻和塔玛亚历山大藻进行去除，72小时后，去除率分别达到95%，84%。刘国峰等通过利用十六烷基三甲基溴化铵作为改性剂和粘土共同使用来去除蓝藻水华，取得了较好的效果，在搅拌实验中，烷基铵盐的添加量为 0.3g/L 时，其对蓝藻细胞的去除率就达到了83.9%，在絮凝沉降500min后，水体中藻细胞去除率可达98.9%；通过沉积物再悬浮装置进行的扰动实验也表明烷基铵盐改性粘土能够有效的去除藻华细胞，同时水体的浊度也能够快速降低，这将会对水体中生物创造一个良好的环境。机理分析表明是由于改性物质形成的网捕包膜作用造成了藻细胞的沉降。但由于烷基铵盐是一种人工合成的物质，从生态环境安全的角度考虑，在实际应用中将有可能对水体生物产生一定的影响，因此对其施加后所造成的生态效应尚需要做后续研究；同时，这种改性物质的降解情况及引起藻体细胞的溶解是否会造成水体的二次污染有待进一步研究。王丽媛等利用磁性壳聚糖-稀土-粘土复合树脂颗粒（MCRC）抑制赤潮异弯藻进行了研究。结果表明：磁性壳聚糖-稀土-粘土复合树脂0.8g/L浓度时对海洋藻华生物赤潮异弯藻的抑制率为94.9%。林勇新结合分形理论和吸附理论，考察了改性粘土与藻源有机质之间的相互作用机制及其影响因素。研究发现，低浓度的藻源有机质如TOC（<1.0mmolC/L）与dRE呈现出较好的正相关性，表明较低浓度的TOC可以降低改性粘土对有害藻华生物的絮凝去除效率。
2结论
已开展的大量研究表明，改性粘土防治法对非藻华生物生长等几乎没有影响，并且其处理速度快、效率高，费用省且简单，对于抑制藻华的爆发无疑是首选。针对在除藻过程中出现的藻重新上浮这一问题，有待进一步研究与探索。
在无机、有机改性粘土除藻中，有机改性粘土除藻的优势较为明显，有机改性除藻不易引起二次污染。但两者的作用时间都偏长，因此最好将有机与无机去藻综合利用起来，提高除藻效率，减少作用时间。对于改性除藻过程中，絮凝体的形成机制不太清楚，对深入理解 絮凝体形成机制及计算机模拟方面需要更多的数据来支持，需要进行大量深入的研究。此外，在大面积的除藻过程中，需要解决除藻后水底大量藻类分解带来的一系列问题。
在今后的研究中，需加强由单一的改性剂向综合改性剂方面的研究；在改性剂方面找天然的改性剂。
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论文作者:张金辉,申露文
论文发表刊物:《建筑科技》2017年9期
论文发表时间:2017/10/18
标签：粘土论文; 絮凝论文; 壳聚糖论文; 烷基论文; 水体论文; 生物论文; 赤潮论文; 《建筑科技》2017年9期论文;