改性粘土治理水华

我们曾比较了2Байду номын сангаас种天然粘土材料对水华常见藻种——铜绿微囊藻的
絮凝动力学和平衡数据，并进行了归纳分析，发现了海泡石优良的藻 絮凝性能，其0.2g/l即可有效除藻，并对其独特絮凝机理进行了深入的 研究和讨论。对其进行电性改性后可将用量降低至0.1g/l。
引言和综述
粘土絮凝法有待解决的问题：
除藻机理不清，认识不一； 使用量大，且必须使用特定的粘土； 无法在淡水中有效使用。
粘土改性及其絮凝除藻
壳聚糖分子链上有大量的正电荷； 壳聚糖包覆后的颗粒，其表面也就带上正电荷。
5 pH 0
Zeta 电位 (mV)
Zeta电位 (mV)
40 30 20 10 0 -10 -20 0 1 2 3 4 5 6 壳聚糖 (mg/L)
-5 -10 -15 -20 -25
2
4
6
8
10
早在二十世纪60年代，太湖中就已经出现蓝藻水华。 90年代起，连流速较大的汉江也爆发水华。 2002年10月10日北京晚报报道，作为首都重要饮用水源的北京密 云水库中，自建库以来首次发现水体中有蓝藻的存在。 每年都有许多自来水厂因蓝藻暴发而造成的水源污染而被迫减产或 停产，对市民的饮用水安全构成了越来越严重的威胁。
200
250
120
海泡石 石英 对照 云母 黄土
叶绿素 a浓度 (mg/L)
100
0.6 0.4 0.2 0
海泡石 石英 对照 云母 黄土
浊度 (NTU)
80 60 40 20 0 0 50
100 150 时间 (min)
200
250
0
50
100 150 时间 (min)
200
250
图3.6 不同粘土改性后的除藻情况
硫化氢等有害气体 释放藻毒素
引言和综述
多年来，投入了大量的人力与物力，但收效十分有 限，至今未能真正解决问题。
依靠单一手段治理一个极其复杂的水生生态系统， 往往不够理想。 应当采取标本兼治的综合控制除藻法：
1. 控制污染源排入 2. 局部应急除藻 3. 调整水体生态环境结构
引言和综述
多年来，投入了大量的人力与物力，但收效十分有 限，至今未能真正解决问题。
3. 调整水体生态环境结构
引言和综述
历经多年的探索，国内外学者已研究开发了多种藻华的 治理技术——如物理法、化学法、生物法等，它们发展和 应用程度各不相同，都存在着各自的优缺点。
物理法 如捞藻法、挖泥清淤法和换水法等，可有效去除藻类，降低富营养化 程度；但由于耗资大，一般只适用于小水塘或局部藻华水域的治理。
除藻率 (%)
60 40 20 0 0 100
Control 4 mg/L 20 mg/L
0 mg/L 10 mg/L 40 mg/L
200 300 时间 (min)
400
500
图5.1 腐殖酸浓度对改性粘土除藻的影响
实际因素对改性粘土除藻的影响 ——pH
改性粘土在pH6.5-9.0范围内能有效除藻。低于此范围，改性粘土的除藻效率
降低；而高于此范围其絮凝除藻能力丧失。
度的影响不是很大，但有一定的差别， 其影响次序为Na+＞K+＞Ca2+＞Al3+。
R=0.9924
R=0.9996
图4.5 不同离子对壳聚糖粘度的影响
实际因素对改性粘土除藻的影响 ——有机质
有机质的存在，对改性粘土的絮凝除藻有一定的负面影响。但其影响是有限
的，尚不至于限制改性粘土的使用。
100 80
实际因素对改性粘土除藻的影响 ——离子强度
1.2
离子强度高，大量离子聚集在带正电
1
的-NH3+基团周围，屏蔽了壳聚糖分子
链上阳电荷相互排斥作用，从而降低了 壳聚糖分子链的舒展，使粘度降低。
0.9
0% 0.05%
0.8
ηsp/C(L/g)
0.6
y = 0.3232x + 0.8082 y = 0.3079x + 0.7869 y = 0.2871x + 0.7784 y = 0.2404x + 0.7558 y = 0.2339x + 0.6864 y = 0.2602x + 0.608
2001年，Sengco等考察了25天然粘土矿物对赤潮藻Gymnodinium breve和Aureococcus anophagefferens的絮凝去除作用，其中蒙脱石等12 种粘土在粘土负荷为0.25g/L时对Gymnodinium breve的去除率大于90%， 而对Aureococcus anophagefferens的去除率却不超过40%。
结论与展望
实际因素对改性粘土除藻的影响 ——离子强度
与一般粘土除藻相反，壳聚糖改性粘土在离子强度低的条件下具有更
好的除藻效果。
100 80
100 80
除藻率 (%)
除藻率 (%)
60 40 20 0 0 100 200 300 时间 (min) 400 500
1% 0.20% 0.01% 0.50% 0.10% 0%
100 80
除藻率（ %）
海泡石 石英 对照 云母 黄土
100 80
除藻率 (%)
60 40 20
60 40 20 0
0 0 100 200 300 时间（ min） 400 500
海泡石
云母
石英
黄土
粘土（ 700mg/L） 改性粘土（ 11mg/L）
改性粘土（ 6mg/L）
图3.5 不同粘土絮凝除藻比较 （投加量100mg· L-1）
100 80
除藻率 (%)
60 40 20 0 0 100
6 mg/L 21 mg/L 壳聚糖
11 mg/L 51 mg/L 对照
200 300 时间 (min)
400
500
图3.12 不同粘土用量对改性粘土除藻的影响
粘土改性及其絮凝除藻
改性粘土对微囊藻毒素LR和RR有一定的去除作用
藻毒素 LR/RR浓度（ mg/L）
图3.4 不同粘土改性前后絮凝除藻比较
粘土改性及其絮凝除藻
120
浊度 (NTU)
80 60 40 20 0 0 50
海泡石 石英 对照
云母 黄土
叶绿素 a浓度 (mg/L)
100
0.6 0.4 0.2 0
海泡石 石英 对照 云母 黄土
100 150 时间 (min)
200
250
0
50
100 150 时间 (min)
60 40 20 0 0 100 200 300 时间 (min) 400 500
1% 0.20% 0.05% 0.50% 0.10% 0%
图4.1 不同离子强度下海泡石的絮凝除藻 图4.2 不同离子强度下改性海泡石的絮凝除藻
投加量:700mg/L ；pH 7.2 投加量:11mg/L ；pH 7.2
80 60 40 20 0 0 100
改性海泡石 （液） 改性海泡石 （固） 对照
200 300 400 时间（ min）
500
图3.3 壳聚糖改性海泡石的絮凝除藻
投加量:11 mg/L（其中壳聚糖:1 mg/L,粘土:10 mg/L）
粘土改性及其絮凝除藻
不同的粘土经壳聚糖包覆改性后都可大幅度提高其絮凝铜绿微囊藻的能力。
引言和综述
1989年，陈慈美等曾以实验室模拟探讨了蒙脱石-Ca(OH)2对河口区 赤潮的抑制效应及机制， 俞志明等从九十年代初开始对粘士矿物治理赤潮进行了一系列的研 究。在粘土用量为1g/l~2.5g/l的条件下，研究了粘土对多种赤潮生物的 絮凝作用及机理，指出了环境pH、粘土粒度和电荷性对絮凝效果的影 响。并进行了粘土的酸改性、引入正电胶粒等改性研究。
引言和综述
藻华的发生会恶化水质，破坏景观
使水体色度增加, 透明度下降
水体的严重缺氧 产生霉味和臭味
破坏生态系统的平衡，造成经济水生生物（如鱼类） 的损失，对水产业造成巨大损失
鱼类及其他水生生物大量死亡 湖泊中水生生物食物链断裂
危害人类健康


生物和有机物残体在缺氧情况下被微生物分解，产生甲烷、
10
对照
2
8 6 4 2 0
改性粘土
1 1
2
LR
RR
LR
RR
图3.15 改性粘土对藻毒素的去除 初提藻毒素溶液（磷酸缓冲液pH7.0）；壳聚糖改性粘土20 mg/L
壳聚糖改性粘土治理水华的 研究和应用
引言和综述
粘土改性及其絮凝除藻
实际因素对改性粘土除藻的影响
改性粘土除藻的现场应用试验
1.2
比浓粘度（ L/g）
1
不同离子对壳聚糖粘度的影响不仅取 决于外加盐的阳离子电荷，且与它的离 子半径有关，是两者共同作用的结果。 不同小分子电解质对壳聚糖的特性粘
0.8
0.6 0 0.5 1 壳聚糖浓度（ g/L） NaCl KCl CaCl2 AlCl3 y = 0.3062x + 0.6321 y = 0.2878x + 0.6872 y = 0.2786x + 0.7245 y = 0.2926x + 0.7333 1.5
研究背景
国家863计划: 太湖梅梁湾水源地水质改善技术
壳聚糖改性粘土治理水华的 研究和应用
引言和综述
粘土改性及其絮凝除藻
实际因素对改性粘土除藻的影响
改性粘土除藻的现场应用试验
结论与展望
粘土改性及其絮凝除藻
——粘土改性
改性粘土的制备：
1. 壳聚糖溶液的准备：100mg壳聚糖