富营养化水体藻类去除方法研究-图文(精)

中图分类号: UDC:学校代码:10055密级:公开高恐夫淫 硕士学位论文富营养化水体藻类去除方法研究A Preliminary Study on Removal of Algae in Eutrophical Water论文作者 丝胜堇 申请学位 王堂亟学科专业 巫撞至猩 答辩委员会主席趔徨塞直王 指导教师 黄麦摆塾援 培养单位 巫撞登堂皇工猩堂暄. 研究方向 丞透鎏撞剑评阅人星圈直至王尘明塾直南开大学研究生院 二。一一年五月南开大学学位论文使用授权书根据南开大学关于研究生学位论文收藏和利用管理办法,我校的博士、硕士学位 获得者均须向南开大学提交本人的学位论文纸质本及相应电子版。本人完全了解南开大学有关研究生学位论文收藏和利用的管理规定。南开大学拥有在 著作权法规定范围内的学位论文使用权,即:(1学位获得者必须按规定提交学位论文 (包括纸质印刷本及电子版,学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生学位论 文,并编入南开大学博硕士学位论文全文数据库;(2为教学和科研目的,学校可以将 公开的学位论文作为资料在图书馆等场所提供校内师生阅读,在校园网上提供论文目录检 索、文摘以及论文全文浏览、下载等免费信息服务;(3根据教育部有关规定,南开大学向 教育部指定单位提交公开的学位论文;(4学位论文作者授权学校向中国科技信息研究所和 中国学术期刊(光盘电子出版社提交规定范围的学位论文及其电子版并收入相应学位论文 数据库,通过其相关网站对外进行信息服务。同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 非公开学位论文,保密期限内不向外提交和提供服务,解密后提交和服务同公开论文。 论文电子版提交至校图书馆网站:61:8001/index.hun。本人承诺:本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品,并已通过论文答 辩;提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致,如因不同造成不良后果由本人自负。 本人同意遵守上述规定。本授权书签署一式两份,由研究生院和图书馆留存。作者暨授权人签字:盐胜堇2011年5月25日南开大学研究生学位论文作者信息论文题目 富营养化水体藻类去除方法研究姓名 杜胜蓝 学号 2120080536答辩日期 2011年5月22日 论文类别 博士口 学历硕士 硕士专业学位口 高校教师口 同等学力硕士口 院/系/所 环境科学与工程学院 专业 环境工程联系电话 l 3920266263Email 通信地址(mS编:天津市南开区卫津路94号南开大学蒙民伟楼406室备注:是否批准为非公开论文 否 注:本授权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。由作者填写(一式两份签字后交校图书 馆,非公开学位论文须附南开大学研究生申请非公开学位论文审批表。南开大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外,本学位论文的研究成果不包 含任何他人创作的、己公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名:挂胜堇 2011年5月25日 非公开学位论文标注说明根据南开大学有关规定,非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申 请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文,公开学位论文本 说明为空白。论文题目 富营养化水体藻类去除方法研究申请密级 口限StJ(一投饵养鱼并种植 水盾草投饵养鱼对照。种植沉水植物在一定程度上降低氨氮浓度,增加硝 态氮浓度。总磷、溶解性总磷和正磷酸盐浓度关系:投饵养鱼并种植水盾草投饵养鱼并种植黑藻投饵养鱼对照。实验前后,黑藻和水盾草的生物量分 别减少40.6%和增加78.6%。潘家口水库围隔实验显示,只投加鱼饵的围隔中藻类逐渐增长,蓝藻门的 鱼腥藻最终成为唯一优势藻。与其它投饵养鱼围隔相比,饲养鳙鱼围隔中藻密 度和叶绿素a含量相对较低。饲养鳙鱼的围隔以绿藻门栅藻为优势藻,饲养鲤鱼 的围隔以绿藻门的空星藻和小球藻为优势藻,而混养鲤鱼和鳙鱼的围隔以绿藻 门的栅藻和蓝藻门的鱼腥藻为优势藻。投饵养鱼改变了水体中浮游藻类的群落 结构,增加了浮游藻类多样性。收集国内、外有关资料,并结合潘家口水库围隔实验,主要从室内研究水 体、野外围隔水体及天然水体三个方面,对浮游植物叶绿素a含量与生物量、藻 密度间的相关性进行探讨。结果表明,实验室条件下,叶绿素a与生物量一般呈 显著正相关关系,但当优势藻种发生明显变更时,二者相关性不明显甚至不相中文摘要关:现有资料显示,野外围隔实验水中,叶绿素a与生物量一般呈显著正相关。 在天然水体中,叶绿素a与生物量可能相关或不相关。对叶绿素a与藻密度而言, 实验室内藻类纯培养或共培养优势藻种稳定单一时,叶绿素a与藻密度呈显著正 相关,优势藻发生变更时,二者可能相关或不相关;围隔实验水体及天然水体 中优势藻种稳定单一时,叶绿素a与藻密度一般显著正相关,而藻种发生明显更 替时,叶绿素a与藻密度可能相关或不相关。关键词:富营养化沉水植物鳙鱼鲤鱼沸石壳聚糖nAbstractAbstractThe obvious characteristic of eutrophication is the excessive growth of algae. From the perspective of the trophic s仃uctm-e of ecological systems,aquatic macrophytes and fish c.an be used to control the growth of algae.For the short-term of algaebloom outbreak,clay is one of practicable solutions to control it.This paper studied ecological remediation and emergency treatment of algae bloom,and investigated the correlation between indicators of phytoplankton standing stock(algal density,biomass and chlorophyll a,includingremoval of Microcystis aeruginosa by Chitosanzeolite Composite;effects of submerged macrophytes on algae and water quality in the aquaculture water;effects of bighead carp or common carp on algae in enclosures;the correlation between indicators of phytoplankton standingstock.Based on these researches,it WaS concluded as follows:A laboratory experiment Was carried out to investigate removal efficiency of Microcystis aeruginosa by Chitosan-zeolite Composite.The optimal pH Was in 5-7. When the dose of Chitosan is 0.5mgL.1and the dose of zeolite is 6-14mgL.1, removal.efficiency of algae(or the chlorophyll a concentrationsurpassed 90%.No effect Was observed whether putting Chitosan first or zeolite first into the reactor. The effect of submerged macrophytes on the aquaculture water Was studied in the laboratory.ne order of TN and DTN concentrations in the reactors was嬲fllows: planting Hydrilla verticillata winl culturing fishplanting Cabomba caroRniana witll culturing fishculturing fish onlycontr01.Planting submerged macrophyte could decrease ammonian concentrations in reactors, and increase nitrate concentrations.ne order of TP,DTP and P02-P coneentrations was as fllows: planting Cabomba caroliniana wim culturing fishplanting Hydrilla verticillata while culturing fishculturing fishcontr01.In the experiment,the biomass of Hydrilla verticillata decreaSed 40.6%,and the biomass of Cabomba caroliniana increaSed 78.6%.The result in the enclosure experiments in Panjiakou reservoir showed that algaldensity increased in the enclosure in which only fish food Was added,andAbstractAnabaena sp WaS the dominant group.Compared to the other enclosures,algal density and the chlorophyll a concentration was the lowest in the enclosure cultured with bighead carp.Scenedesmus sp of Chlorophyta bocame the dominant species in the enclosure cultured bighead carp,Coelastrum sp and Chlorella sp of Chlorophyta were the dominant species in the enclosure cultured with common carp,and Coelastrum sp of Chlorophyta and Anabaena sp of Cyanophyta are the dominant species in the enclosure cultured with common carp and bighead carp.Culturing fish and addition of fish food could change the community structure of phytoplankton and increase the biodiversity of phytoplankton.In order to find the correlation between chlorophyll a concentration betweenphytoplankton and biomass,and algal density,the data published in literatures and collected in Our field enclosure experiments in Panjiakou Reservoir were analyzed.The results showed that in general significant positive correlations between the chlorophyll a concentration and biomass were found under in-door experimental conditions.However,when dominant species changed obviously,there Were insignificantcorrelations or no correlations at all were found between them.nle results achieved from field enclosure experiments now presented significant correlations between chlorophyll a concentration and biomass;while for naRllal water bodies,positive correlation or 110correlation Were found betweenthem.Concerned the correlation between the chlorophyll a concentration and algal density,when algae Was cultured purely or cultured with a single dominant species under laboratory conditions,significant correlations were found between them.Data from enclosure experiments and natural water researches showed significant correlations between the chlorophyll a concentrationand algal density when there was a single dominant species in the Water.If the dominant species changed obviously,positive correlations or no correlations werefound between them.Keywords:eutrophication submerged macrophytes bighead carp common carp zeoliteChitosan目录中文摘要I Abstract.III 目录.v 第一章绪论.1第一节富营养化概述。l 1.1.1富营养化的概念及现状。l 1.1.2富营养化的危害.1第二节除藻技术概述.3 1.2.1粘土矿物絮凝除藻的技术研究。3 1.2.2水生植物生态控藻技术研究.5 1.2.3鱼类控藻技术研究8第三节研究内容及意义.9 1.3.1研究内容9 1.3.2研究依据及意义10第二章壳聚糖.沸石复合体去除铜绿微囊藻11第一节前言11第二节实验材料与方法11 2.2.1实验设备及材料11 2.2.2实验方法.12第三节实验结果与讨论14 2.3.1藻密度与吸光度相关曲线14 2.3.2壳聚糖单独作用14 2.3.3沸石单独作用15 2.3.4壳聚糖.沸石复合体去除效果。16 2.3.5pH值对去除效果的影响。17 2.3.6药剂投加顺序的影响l 7 2.3.7壳聚糖.沸石复合体去除不同密度的效果182.3.8絮凝沉淀铜绿微囊藻的显微观察18第四节小结.19第三章沉水植物对养殖水体水质及藻类生长影响的研究20第一节前言:20第二节实验材料与方法.20 3.2.1实验材料20 3.2.2实验方法21第三节实验结果与讨论23 3.3.1pH和氧化还原电位23 3.3.2总氮和溶解性总氮.24 3.3.3氨氮。26 3.3.4硝态氮27 3.3.5总磷和溶解性总磷28 3.3.6正磷酸盐.30 3.3.7沉水植物的生长状况30第四节小结3l 第四章围隔中养殖鳙鱼、鲤鱼对藻类生长影响.33第一节前言33第二节实验材料与方法。33 4.2.1潘家口水库概况33 4.2.2围隔实验设计34 4.2.3样品采集与分析.35第三节结果与讨论.36 4.3.1藻密度36 4.3.2叶绿素a.38 4.3.3藻种及优势度39 4.3.4藻类多样性.43第四节小结。45第五章水华预警监测指标相关性研究.46第一节前言.46目录第二节浮游植物的常用监测方法46 5.2.1生物量和藻密度.46 5.2.2叶绿素a.46第三节叶绿素a与浮游植物生物量相关性.47 5.3.1实验室水体48 5.3.2围隔实验水体49 5.3.3天然水体.50第四节叶绿素fl与藻密度相关性.52 5.4.1实验室水体52 5.4.2围格实验水体55 5.4.3天然水体.59第五节小结.6l 5.5.1叶绿素fl与生物量关系62 5.5.2叶绿素a与藻密度关系62第六章结论与建议63第一节结论.63第二节建议“ 致谓.65参考文献66个人简历和科研成果76第一章绪论。 第一节富营养化概述1.1.1富营养化的概念及现状富营养化的概念富营养化(Eutrophication是指水体接纳过多的N、P等营养物质,引起藻类 及其他浮游生物大量繁殖,使水体中溶解氧下降,其它水生生物死亡,水生生 态系统和水功能受到阻碍和破坏【】。水体呈富营养化状态时,大量藻类成片成 团地覆盖水体表面,发生在江河、湖泊等称为“水华,发生在海洋则称为“赤 潮。富营养化的现状近年来,随着经济的快速发展,排入水体的工农业废水和生活污水不断增 加,导致水域中N、P等营养盐大量富集,富营养化水域日益增多降51。来自联 合国环境规划署一项水体富营养化调查结果显示,全球范围内约有30%40%的湖泊和水库处于富营养化f6】。据调查,我国约有80%的湖泊处于富营养化状态 71。而在全国633座代表性水库调查中,有239座处于富营养化:占总调查数的 37.8%t引。此外,我国部分河流水域如汉江、珠江等流动水域也曾出现“水华 等现象ol。由于人类对资源的不合理开发利用,世界范围内的水体富营养化现 象正日趋严重。1.1.2富营养化的危害水体富营养化是当今社会的主要环境问题,被形象地称为“生态癌”,水体 富营养化严重影响水体的功能,阻碍社会经济发展,危害人类及其他生物的生 命安全。水体富营养化的危害主要表现在以下几个方面。散发异臭富营养化水体中会滋生大量藻类,有些藻类会散发出腥臭异味。如蓝藻门 的微胞藻属(Microcystis、蓝针藻属似pJll口,l红Dme玎D咒和腔球藻属(Coelosphaerium会散发出类似腐烂物的臭味;绿藻门的空球藻(Eudorina会散发出鱼腐烂时的腥 臭味【】。藻类散发的腥臭,向周围空气扩散,严重影响人们的正常生活。降低水体的透明度富营养化水体中,大量的藻漂浮在水面上,形成一层“绿色浮渣。密集的 藻类漂浮于水面,使水变得浑浊,透明度明显降低。过度富营养化的水体,透 明度可降至0.2m,水体感官性状大大降低【l 21。消耗水中溶解氧藻类属于自养生物,可利用光能进行光合作用并产生氧气。富营养化水体 中藻类漂浮于表面,表层水体往往处于富氧状态。但是在深层水体中,由于表 层水体中密集的藻类,光在穿透水层时,被藻类吸收衰减,深层水体溶解氧随 之减少。同时,死亡藻类的分解会消耗大量的氧,也会造成水体处于缺氧状态, 严重时会呈厌氧状态【12】。深层水体中溶解氧的降低,威胁到水体中需氧生物的 生存。在厌氧条件下,会引起一系列严重后果。如:硫酸盐还原成有害的H2S 气体;加速底泥中营养盐物质的释放,造成富营养化水体的恶性循环等【l】。 释放有毒物质富营养化水体最大的危害就是藻毒素的释放。据报道,世界范围内约有 25%-70%的蓝藻可产生藻毒素【131。动物饮用了含藻毒素的水后,会出现腹泻、 乏力、厌食、呕吐、嗜睡、口眼分泌物增多等症状,甚至死亡。病理病变有肝 脏肿大、充血或坏死、肠炎出血、肺水肿等【l151。1996年在巴西,由于人们使 用了被藻毒素污染的水作肾透析液,造成126人出现急性或亚急性肝中毒,导 致60个患者由于肝功能严重损伤而死亡【161。又如不定腔球藻(Coelosphaerium dubium能够分泌毒性物质藻青朊,这种物质进入水体后,可以直接毒死养殖对 象,若进入人体,可引起消化道炎症。小三毛金藻(Prymnesiumparvum是一种半 咸水害藻,其代谢产物中含有几种外毒素包括鱼毒素、溶血素和细胞毒素,可 使鱼、贝类中毒死亡【】。影响供水水质随着社会发展和人们生活水平的提高,对饮用水和工业用水的需求量与日 俱增。而水源水出现富营养化,会给给水厂的处理带来一系列问题。Parker等研究显示,当藻密度小于5X 105个L.1时,不会引起滤池堵塞;但当藻密度介于5 X 105个L-1l X 106个L-1时,滤池稍有堵塞现象出现,在藻密度介于l X 106个L.12X 106个L-1时,滤池出现明显堵塞现象,一旦藻密度超过2X 106个L.1, 滤池会严重堵塞【17】。同时富营养化水体中由于缺氧而产生的H2S、甲烷等有毒有 害气体和藻毒素,也增加水处理的技术难度【121。富营养化水体底部缺氧时,还 会导致底泥中铁的溶出,而这种含铁水会在水管内形成水锈,产生所谓的“红 水,使自来水完全丧失其功能【l】。影响水生生态系统水体发生富营养化,使原有的生态系统遭到破坏,导致水生生物稳定性和 多样性降低,水生动植物群落发生明显变化【l引。随着水体富营养化程度加剧, 水生植物大量死亡,浮游动物种类锐减,群落结构趋于简单化,鱼类和其他水 生生物因溶解氧减少而窒息死亡【12】。 .第二节除藻技术概述水体富营养化严重影响水资源的利用,给饮用水、工农业用水、水产养殖 及旅游业等带来巨大损失。富营养化最显著的特征就是浮游藻类的大量繁殖和 水华的爆发,因此,去除水体中过量藻类是富营养化治理的一个重要方面。目 前用于除藻的方法有多种,大体可分为以下三类:物理方法,化学方法和生物 方法。其中物理方法主要有:打捞、挖泥清淤、遮光、超声波、紫外照射法等。 化学方法是目前国内外使用最多、发展最快的除藻方法。大体可分为化学药剂 法、絮凝沉淀法和粘土矿物絮凝法。生物方法主要利用藻类的天敌如细菌、病 毒、浮游动物、滤食性鱼类以及水生植物等来抑制藻类的生长。1.2.1粘土矿物絮凝除藻的技术研究粘土矿物概述粘土矿物是一种以含铝、镁等为主的硅酸盐矿物,由硅氧四面体和铝氧八 面体这两种基本晶片组成,硅氧四面体和铝氧八面体排列方式的不同,组成不 同种类的粘土矿物【191。除海泡石等少数粘土矿物为层链状外,一般为层状结构。 这种片层结构使得粘土矿物具有较高的比表面积。粘土矿物晶体含有大量的同 晶代换、晶体缺陷、端面断键,晶体表面有很多裸露的羟基,使得粘土颗粒表面带有大量负电荷。这些羟基通常会有一些反离子与之中和,但这些反离子不 稳定,极易被外界离子置换,因此,粘土颗粒具有一定的离子交换性【201。改性粘土矿物除藻的研究现状由于粘土矿物具有来源丰富、成本低、对环境无污染等优点,在藻类去除 中被用作是良好的絮凝剂。最早开始粘土矿物用于藻类去除研究的是日本研究 者小岛祯男,在他的试验中粘土矿物主要作为“增重剂与硫酸铝土混合,用 于提高藻类去除率【2。此后,粘土矿物被广泛应用于赤潮的应急处理。但由于 粘土矿物溶胶性差,迅速絮凝沉降藻类能力差,低投加量不能完全去除藻类, 在实际应用中需大量散播粘土。粘土矿物对藻类去除效率与有机质和含盐量等 有关【2到,目前粘土矿物主要用于赤潮治理,用于水华治理的报道还很少。粘土 与藻细胞的凝聚主要依靠粘土颗粒与藻细胞的碰撞,这种碰撞与水体中离子强 度有关【23】。邹华等【241研究表明,水体中离子强度大,含盐量高时,粘土对藻类 去除效率高。这是粘土用于赤潮治理而较少应用于水华治理的原因之一。为解 决粘土用量大和水华治理等问题,研究者们开展一系列粘土改性工作的研究。 Sengco等【25】提出,粘土的投加量应控制在0.259L.1以内,以避免粘土高投 加成本以及清淤工作。潘纲等【26】对26种粘土絮凝去除铜绿微囊藻的性能进行研 究发现,在藻密度为4.78109个L.1,粘土投加量为O.79L.1时,海泡石、高岭 土等对藻类去除率达90%以上。但当粘土投加量减少到0.29L.1时,只有海泡石 仍保持高去除率,其他粘土去除率显著下降。罗岳平掣27】采用高岭土絮凝小球 藻,结果显示,只有投加量超过o.29L.1时,去除率才达80%以上。刘恋掣28】 对6种粘土除藻能力研究表明,在粘土投加量为19L.1时,滑石粉对藻类去除效 率最好,叶绿素a去除率为37.9%。粘土单独用于水华藻处理时,由于投加量大, 在实际中的应用受到限制。由于大多数粘土表面带负电荷,难以与表面带负电荷的藻细胞相结合。海 泡石之所以较其他粘土对藻类去除效率高,这是因为海泡石电位更接近零,与 藻细胞间的排斥力相对较小【26】。由此推测,进行电性改性是粘土改性的出发点 之一。刘国峰等【29】利用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB对太湖原位粘 土进行改性,结果显示,CTAB和粘土投加量分别为O.39L.1和O.29Ld时,对 铜绿微囊藻的去除率可达98.9%。CTAB是一种阳离子表面活性剂,带有大量阳 离子,粘土经改性后可与藻细胞结合,使其脱稳而发生絮凝沉淀。但CTAB这种季铵盐类化合物可能会造成藻毒素的释放,存在一定风险。近年来关于壳聚糖改性粘土用于藻类去除研究较多。大量研究表明,经壳 聚糖改性后的粘土与粘土单独作用相比,改性粘土用量明显减少,对藻类去除 效率显著提高【30321。石静等【30】采用壳聚糖与高岭土复合体对铜绿微囊藻进行絮 凝,在壳聚糖用量为6mgL,高岭土投加量为2、一12mg-L。1时,对叶绿素8和 浊度去除率达90%以上。刘震儒掣32】,邹华等【31】采用壳聚糖改性海泡石,大大 降低海泡石的用量。壳聚糖是由甲壳素脱乙酰基而得,其分子结构见图1.1。壳 聚糖分子中存在大量游离氨基,在稀酸溶液中可被质子化,从而使壳聚糖分子 链上带上大量正电荷,成为一种典型的阳离子絮凝剂331。经壳聚糖包覆改性后, 粘土的Zeta电位增加,颗粒表面带上正电荷】。改性粘土能与表面带负电荷的 藻细胞结合,降低中和藻细胞的表面电荷,压缩扩散层使藻细胞脱稳,发生絮 凝沉降。同时,壳聚糖属于高分子化合物,具有高分子化合物架桥网捕作用。 在对藻类絮凝过程中,改性粘土既能通过吸附电中和作用使藻细胞脱稳,又能 通过壳聚糖高分子化合物的特性对藻细胞起架桥网捕作用,同时粘土本身能起 到“增重剂”的作用【2,加速对藻类沉降速度。壳聚糖改性粘土解决了由于淡 水水体离子浓度低【24】,有机质【35】等因素对改性粘土去除效率的影响。与烷基铵 盐相比,壳聚糖来源丰富,去除效率高,易生物降解,且不会对环境造成危害, 是水华治理的理想方法之一。图1.1壳聚糖分子结构1.2.2水生植物生态控藻技术研究水生植物除藻机理水生植物除藻机理主要包括化感作用和竞争作用【361。竞争作用主要是水生 植物通过与藻类对光、营养盐以及生长空间等的竞争,形成不利于藻类生长的 条件。同时水生植物被移出水体,带走大量营养盐,降低水体营养盐浓度。化 感作用是水生植物在生长过程中分泌的一系列对藻类生长有害的物质,从而杀死藻细胞,这也是水生植物除藻的主要方式。大多数的化感物质属于次生代谢 物质,有一部分是经过分解的产物。目前研究已发现的具有化感作用的物质有:多酚类、不饱和酯、有机酸等【3739】。化感物质抑制藻类生长的途径主要包括:破坏细胞膜;破坏藻细胞体内叶绿素或者抑制叶绿素的合成,抑制光合作 用;影响藻类某些酶的活性;通过抑制线粒体的电子传递和氧化磷酸化来 影响藻细胞呼吸作用训】(图1.2。目前已发现的对藻类具有化感作用的植物 有:金鱼藻、苦草、狐尾藻、凤眼莲、芦苇等【39t 42删。膜铃一黢系统膜内化惑物质靶位砖订务吸收 堑口绣彳成细胞分裂和增赡图1.2水生植物对藻类化感作用机理沉水植物除藻的研究现状沉水植物是湖泊等水体中重要组成部分,作为水生态系统中的初级生产者, 沉水植物是构成食物网的主要组成环节,直接或间接地为水生动物提供食物。 沉水植物的存在可明显改善水体透明度、增加溶解氧、增加生物多样性【45】。与 藻类共存时,对藻类有较强的抑制作用。这种抑制作用主要表现为两方面:, 沉水植物与藻类对光、营养盐以及生长空间等的竞争;沉水植物对藻类的化 感作用【36。田琦等【蛔采用太湖流域常见的5种沉水植物对富营养化水体进行修复,发 现金鱼藻、苦草、菹草和马来眼子菜对藻类有较高的去除效率,均在2.9799/(dg 鲜重以上。金鱼藻和马来眼子菜对总氮去除较强,金鱼藻和菹草对磷素的去除率明显高于其他植物。刘佳等【47】研究显示,金鱼藻、苦草和菹草对富营养化 水体中氮、磷具有较高的去除率,金鱼藻对藻类抑制效果最明显。由此说明, 沉水植物用于富营养化水体治理不仅降低水体营养盐浓度,同时可达到去除藻 类的目的。沉水植物对藻类的去除,主要与沉水植物化感作用有关。目前,国内外关 于沉水植物对藻类抑制作用已有诸多报到,见表1.1。1995年,Gross等【48】首次 提出沉水植物对藻类存在化感作用。Nakai等【49】采用水盾草、狐尾藻、金鱼藻等 沉水植物与铜绿微囊藻、水华鱼腥藻和纤细席藻共培养,结果表明,水盾草和 狐尾藻对三种水华藻有明显抑制效果,但其他种类沉水植物对藻类没有明显抑 制作用。Lfirling等【50】研究显示,伊乐藻对蓝藻和栅藻都有较强的抑制效果,并 能影响藻类的光合作用。Mulderij等【5l】发现几种轮藻混合培养的种植水对小球藻 和羊角月牙藻有显著抑制作用,但对斜生栅藻基本没有抑制作用。汤仲恩等【52】 的研究表明,马来眼子菜培养液对铜绿微囊藻、小球藻、衣藻和四尾栅藻的生 长均具有明显抑制作用,对纤细席藻没有影响;苦草对四尾栅藻具有一定促进 作用,对铜绿微囊藻没有影响,对其他3种藻有显著抑制效果。由此说明,不 同的沉水植物对不同藻类的抑制作用存有较大区别。采用沉水植物种植水或沉水植物直接与藻共培养研究显示,藻类生长均受 到抑制,说明在沉水植物生长过程中会产生抑制藻类生长的水溶性物质。此后, 研究者开始对克藻的化感物质进行分离鉴定。Berger等1601发现轮藻的主要化感 物质保存在甲醇提取物中。袁峻峰掣53】研究发现金鱼藻产生的生物碱是抑制藻 类生长的主要化感物质。王立新等【591对黑藻种植水的抑藻效应进行研究,发现 乙醚提取物对藻类抑制效果明显。经鉴定,乙醚提取物中邻苯二甲酸二异辛酯、 邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸丁酯2.甲基丙酯总量达60%以上。在金鱼藻与 铜绿微囊藻共培养水体中鉴定出具有克藻作用的N.苯基.2。萘胺、脱氢枞酸甲酯 和脱氢枞酸乙酯61-62】。Gross等【37】在穗花狐尾藻中分离出强抑藻活性的水解性多 酚物质。沉水植物不仅对藻类具有抑制作用,同时能显著降低水体营养盐浓度,提 高水体透明度,增加水体中溶解氧。沉水植物是富营养化水体进行生态修复的 重要手段之一。表1.1具有抑藻作用的沉水植物1.2.3鱼类控藻技术研究鱼类控藻机理Shapiro等【63】最早提出经典生物操纵法(Biomanipulation,即采用鱼类的下行 调控,通过放养食鱼性的鱼类,以控制食浮游生物的鱼类,借此壮大浮游动物 种群,借助浮游动物来遏制藻类的生长。但事实上,浮游动物只能控制细菌和 小型藻类等,却不能控制丝状藻和大型蓝藻等【64J。在高度富营养化水体中,往 往以蓝藻为优势藻,故生物操纵并不适用于所有水体。继经典生物操纵法提出 后,刘建康等【删提出非经典生物操纵法,采用直接放养以浮游植物为食的滤食 性鱼类(如鲢、鳙等来滤食浮游藻类,达到抑制藻类生长目的。与经典生物操纵 相比,非经典生物操纵具有持久性、降低营养盐含量、鱼类种群及数量可调节 等优点。鱼类控藻的研究现状目前,关于鱼类对藻类抑制作用的研究已有诸多报道。刘学君等f65】在已出 现水华的东湖水体中放养鲢鱼和鳙鱼,发现水华经过一段时间后完全消失,认 为水华的消失与鱼类的放养有关。ICajak等【蛔研究显示,波兰Wariak湖中放养 鲢鱼密度为30-909/m3时,可大大降低了水体中浮游藻类总生物量和蓝藻数量。 蔡建楠等【67】在富营养化池塘进行鱼类控藻实验,结果显示,鲢鱼和奥尼罗非鱼 可有效控制蓝藻水华,改变水体中浮游藻类的群落组成,使水华蓝藻转变为以 裸藻、绿藻和硅藻为优势藻,并在一定程度上提高了水体透明度。在水体中, 鱼类主要通过摄食行为、营养盐的排泄、以及对沉积物的扰动等来影响水生态 系统。由于鱼类的排泄物以及对底泥的扰动,可能会使得水体维持较高的营养 盐浓度【6引。而尹春华等【69】在妫水湖进行罗非鱼控制蓝藻水华的现场围隔实验的 结果显示,放养罗非鱼不仅降低水体中藻类生物量,同时对硝态氮、亚硝态氮 和磷有显著的去除效果。李琪等【_70】研究结果也表明,鲢鱼的放养在减少浮游藻 类生物量的同时也显著降低了水体中COD和TP浓度。但王嵩等【7l】在天津于桥 水库围隔实验研究表明,鲢鱼和鳙鱼放养水体中浮游藻类生物量有不同程度的 上升。鱼类的放养不仅不能降低浮游藻类生物量,反而促进浮游藻类的生长。 作者认为这主要与鱼类对水体中藻类选择性滤食有关。鲢鳙鳃耙结构限制,只 能滤食尺寸较大的藻类,从而放任小型藻的发展,同时鲢鳙的滤食会造成枝角 类等能抑制小型藻类生长的浮游动物数量减少,最终导致浮游藻类总生物量升 高【72删。第三节研究内容及意义1.3.1研究内容本文主要研究化学和生物方法对藻类去除以及水华预警监测指标间相关 性,研究内容包括:(1壳聚糖.沸石复合体对藻类去除,以及去除效率影响因素。(2沉水植物对养殖水体的水质及藻类生长变化影响。(3围隔中养殖鲤鱼、鳙鱼对藻类群落结构影响。(4藻类现存量表征指标间的相关性研究。第一章绪论1.3.2研究依据及意义本论文得到国家自然科学基金(51079068、天津市科技计划重点项目 (09zCGYSF00400、08FDZDSF03402、水利部公益性行业科研专项子课题 (200801135、国家水体污染控制与治理重大专项(2008ZX07314.005.001 2009ZX07209.001和中国水利水电科学研究院开放基金资助。本论文研究鱼类和沉水植物对水体水质作用及藻类生长的影响,为水体渔 业养殖和水体富营养化的控制管理提供理论依据。同时,针对水华突发时间短 的特点,研究应急除藻方法一改性粘土,为水华应急治理提供参考。第二章壳聚糖一沸石复合体对铜绿微囊藻的去除研究第二章壳聚糖.沸石复合体对铜绿微囊藻的去除研究 第一节前言藻类去除的应急措施包括多种,其中粘土矿物除藻是目前较受推崇的方法。 粘土矿物来源广泛,价格低廉,且不会带来污染【31】。但粘土单独用于除藻时, 使用量较大,由此给大面积治理水华带来了原料量和淤渣量过大等问题,限制 了在实际中的应用【261。为此,研究者开展一系列粘土改性的研究。其中壳聚糖 以其独特的优越性,受到广泛关注。壳聚糖是一种天然高分子絮凝剂,具有无 毒、无污染、易降解、絮凝效果好等优点【.74】。关于壳聚糖改性粘土用于藻类去 除已有相关报道。高岭土、海泡石等经壳聚糖改性后,对藻类去除率显著提高, 且粘土投加量大大减少【321,但关于沸石对藻类去除的研究还少有报道。本章 采用壳聚糖.沸石复合体对实验室培养的铜绿微囊藻絮凝去除性能进行研究。2.2.1实验设备及材料实验设备第二节实验材料与方法本实验所用实验仪器设备见表2.1。表2.1主要实验仪器仪器名称 生产厂家ZR4_6混凝试验搅拌机 深圳市中润水工业技术发展有限公司PHB-4便携式PH计 上海精密科学仪器有限公司AP-01D真空