CN103224273A - 一种高效消除海水赤潮的复合改性粘土 - Google Patents

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俞志明
曹西华
张雅琪
宋秀贤
刘扬
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Abstract

本发明涉及消除海水赤潮藻类的消除剂，具体为一种高效消除海水赤潮的复合改性粘土。该复合改性粘土为水溶性线性高分子化合物、无机絮凝剂和粘土矿物的组合物；其中，按重量份数计，水溶性线性高分子化合物：无机絮凝剂：粘土矿物=1:1-200:100-5000。本发明的优点在于添加微量的水溶性线性高分子化合物改性剂即可激发无机絮凝剂改性粘土絮凝消除赤潮生物的效能；该组合物无毒害，无二次污染、成本低，具有良好的推广应用价值。

Description

一种高效消除海水赤潮的复合改性粘土
技术领域
本发明涉及消除海水赤潮藻类的消除剂，具体的说一种高效消除海水赤潮的复合改性粘土。
背景领域
赤潮是一种由于浮游微藻暴发性增殖，导致河口、近海等水体变色的生态异常现象，已成为影响近海环境的三大自然灾害之一。已有研究发现，水体内氮、磷等生源要素的增加为赤潮的暴发提供了物质基础。赤潮在一些水体富营养化加重的近海水体内频繁暴发，赤潮在全球的影响范围与人类活动加剧导致的水体富营养化现象高度相关。广泛出现的赤潮灾害给生态环境和人类健康都可能带来危害，比如，水体变色通常是赤潮发生的一个明显特点，但一些有毒藻导致的赤潮在水体未变色时也会带来严重危害；在赤潮发生后期，大量赤潮生物死亡分解导致水体内溶解氧匮乏，水体表层浮有大量的泡沫，可能会发臭变腥，水生生物因窒息而死亡，整个生态***受到破坏；而有毒赤潮可能会通过食物链威胁人类健康。因此，在国内外的赤潮多发区，为了保护生态***健康、维护居民安全，针对赤潮的防灾减灾已成为当地政府或相关组织每年的头等大事。
赤潮发生后的应急处置是防治赤潮危害的必要措施。在上一世纪九十年代，中国科学院海洋研究所的俞志明研究员等提出了采用无机高分子絮凝剂改性粘土矿物提高后者消除赤潮生物能力的改性粘土法。目前，通过喷洒改性粘土絮凝消除大量增生的赤潮微藻已受到国内外专家的广泛重视，并在我国的一些赤潮灾害治理中得到成功应用，例如在2008年北京***期间的青岛奥帆赛场及邻近海域的赤潮应急消除，2011年深圳世界大***会期间的大亚湾赤潮应急消除等，都取了圆满成功。
虽然已有研究和应用都证明，改性粘土方法是一种有效的、生态安全的赤潮应急处置措施，但对于大规模赤潮的治理仍然存在材料用量偏大的不足，必须开发更高效的改性粘土体系，进一步提高改性粘土材料消除赤潮的效率。
聚丙烯酰胺及其衍生物可以用作有效的絮凝剂、增稠剂、纸张增强剂以及液体的减阻剂等，广泛应用于污水处理、造纸、石油、煤炭、矿冶、地质、轻纺、建筑等工业部门。但尚未见用于其应用于海水赤潮治理的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效消除海水赤潮藻的复合改性粘土材料。
为实现上述目的本发明所采用的技术方案为：
一种高效消除海水赤潮的复合改性粘土，复合改性粘土为水溶性线性高分子化合物、无机絮凝剂和粘土矿物；其中，按重量份数计，水溶性线性高分子化合物：无机絮凝剂：粘土矿物=1:1-200:100-5000。
所述水溶性线性高分子化合物为阳离子型聚丙烯酰胺或非离子聚丙烯酰胺；所述的无机絮凝剂为铝或/和铁离子水解的无机大分子聚合物。
所述铝或/和铁离子水解的无机大分子聚合物为聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、聚合氯化铁、聚合磷酸铝、聚合硅酸铝、聚合硅酸铝铁。
将所述无机絮凝剂加入到粘土矿物中，得悬浊液；经过常温熟化2～10h后，再将水溶性线性高分子化合物加入悬浊液中，即得复合改性粘土，进而加入藻液中消除赤潮藻。
本发明所具有的优点：
本发明复合改性粘土，在无机絮凝剂改性粘土中引入少量的水溶性线性高分子化合物，通过控制三者的比例和活化条件与活化时间，制备出可以高效消除海水赤潮的材料。不仅提高了改性粘土除藻效率，而且可以降低粘土和无机絮凝剂的用量。
本发明复合改性粘土不仅可以发挥粘土矿物易于絮凝沉降、生态安全无害的优点，而且充分利用两种改性剂长链大分子在赤潮藻细胞之间的架桥絮凝能力，特别是通过这两种大分子絮凝剂分子链长、分子强度互补的特点有效包夹有生物活性的赤潮藻生物细胞，从而形成了高效絮凝俘获赤潮生物细胞后的迅速沉降、脱离水体效果。
本发明复合改性粘土中添加微量的改性剂即可激发无机改性粘土絮凝消除赤潮藻的效能；该组合物无毒害，无二次污染、成本低，具有良好的推广应用价值。
具体实施方式
下面通过实施例说明本发明。
实施例1
复合改性粘土为阳离子型聚丙烯酰胺、聚合氯化铝和粘土（高岭土），按重量份数计，聚丙烯酰胺：聚合氯化铝：粘土=1：50:250。
具体配置，用去离子水配置25g/L的高岭土悬浊液0.1L，在该悬浊液中加入聚合氯化铝至浓度为5g/L；在室温下熟化3h后，再将阳离子型聚丙烯酰胺溶液加入到该悬浊液中，至其浓度为0.1g/L，即得复合改性粘土悬浊液，进而加入藻液中消除赤潮藻。
取处于指数生长期的赤潮异弯藻（Heterosigma akashiwo）藻液（藻细胞密度达107个/升）至50mL试管中。在第一组藻液中加入1ml复合改性粘土悬浊液，第二组藻液中加入25g/L的传统改性粘土溶液1mL，分别摇匀后静止2小时，采用活体荧光观测藻液内赤潮异弯藻的细胞密度变化。第一组试管内赤潮异弯藻细胞的平均消除率可达到89%，而第二组试管内赤潮异弯藻的平均消除率仅为55%。其中传统改性粘土为去离子水配置的25g/L高岭土悬浊液中加入聚合氯化铝至浓度为5g/L得到的悬浊液。
实施例2
复合改性粘土为阳离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝和粘土矿物（蒙脱土），按重量份数计，阳离子聚丙烯酰胺：聚合氯化铝：粘土=1：100:600。
具体配置，用去离子水配置60g/L的蒙脱土悬浊液0.1L，在该悬浊液中加入聚合氯化铝至浓度为10g/L；在室温下熟化3h后，再将阳离子型聚丙烯酰胺溶液加入到该悬浊液中，至其浓度为0.1g/L，即得复合改性粘土悬浊液，进而加入藻液中消除赤潮藻。
取处于指数生长期的抑食金球藻（Aureococcus anophagefferens）藻液（藻细胞密度达109个/升）至50mL试管中。在第一组藻液中加入1ml上述复合改性粘土悬浊液，第二组藻液中加入60g/L的传统改性粘土溶液1mL，分别摇匀后静止2小时，采用活体荧光观测藻液内抑食金球藻的细胞密度变化。第一组试管内抑食金球藻细胞的平均消除率可达到87%，而第二组试管内抑食金球藻的平均消除率仅为33%。其中传统改性粘土为去离子水配置的60g/L蒙脱土悬浊液中加入聚合氯化铝至浓度为5g/L得到的悬浊液。
实施例3
复合改性粘土为非离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝铁和粘土矿物（高岭土），按重量份数计，非离子聚丙烯酰胺：聚合氯化铝铁：粘土=1：100:1000。
具体配置，用去离子水配置50g/L的高岭土悬浊液0.1L，在该悬浊液中加入聚合氯化铝铁至浓度为5g/L；在室温下熟化2h后，再将非离子型聚丙烯酰胺溶液加入到该悬浊液中，至其浓度为0.05g/L，即得复合改性粘土悬浊液，进而加入藻液中消除赤潮藻。
取处于指数生长期的赤潮异弯藻（Heterosigma akashiwo）藻液（藻细胞密度达107个/升）至50mL试管中。在第一组藻液中加入1ml复合改性粘土悬浊液，第二组藻液中加入50g/L的传统改性粘土溶液1mL，分别摇匀后静止2小时，采用活体荧光观测藻液内赤潮异弯藻的细胞密度变化。第一组试管内赤潮异弯藻细胞的平均消除率可达到95%，而第二组试管内赤潮异弯藻的平均消除率仅为60%。其中传统改性粘土为去离子水配置的50g/L高岭土悬浊液中加入聚合氯化铝铁至浓度为5g/L得到的悬浊液。
实施例4
复合改性粘土为非离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铁和粘土（高岭土），按重量份数计，非离子聚丙烯酰胺：聚合氯化铁：粘土=1：20:200。
具体配置，用去离子水配置75g/L的高岭土悬浊液0.1L，在该悬浊液中加入聚合氯化铁至浓度为7.5g/L；在室温下熟化3h后，再将非离子型聚丙烯酰胺溶液加入到该悬浊液中，至其浓度为0.375g/L，即得复合改性粘土悬浊液，进而加入藻液中消除赤潮藻。
取处于指数生长期的赤潮异弯藻（Heterosigma akashiwo）藻液（藻细胞密度达107个/升）至50mL试管中。在第一组藻液中加入1ml复合改性粘土悬浊液，第二组藻液中加入75g/L的传统改性粘土溶液1mL，分别摇匀后静止2小时，采用活体荧光观测藻液内赤潮异弯藻的细胞密度变化。第一组试管内赤潮异弯藻细胞的平均消除率可达到93%，而第二组试管内赤潮异弯藻的平均消除率仅为58%。其中传统改性粘土为去离子水配置的75g/L高岭土悬浊液中加入聚合氯化铁至浓度为7.5g/L得到的悬浊液。

Claims (4)

1.一种高效消除海水赤潮的复合改性粘土，其特征在于：该复合改性粘土为水溶性线性高分子化合物、无机絮凝剂和粘土矿物的组合物；其中，按重量份数计，水溶性线性高分子化合物：无机絮凝剂：粘土矿物=1:1-200:100-5000。
2.按权利要求1所述的高效消除海水赤潮的复合改性粘土，其特征在于：所述水溶性线性高分子化合物为阳离子型聚丙烯酰胺或非离子聚丙烯酰胺；所述的无机絮凝剂为铝或/和铁离子水解的无机大分子聚合物。
3.按权利要求2所述的高效消除海水赤潮的复合改性粘土，其特征在于：所述铝或/和铁离子水解的无机大分子聚合物为聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、聚合氯化铁、聚合磷酸铝、聚合硅酸铝或聚合硅酸铝铁。
4.按权利要求1所述的高效消除海水赤潮的复合改性粘土，其特征在于：将所述无机絮凝剂加入到粘土矿物中，得悬浊液；经过熟化后，再将水溶性线性高分子化合物加入悬浊液中，即得复合改性粘土，进而加入藻液中消除赤潮藻。
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