天然粘土矿物絮凝水华蓝藻的初步研究1，2

张明明，潘纲*
（中科院生态环境研究中心环境水化学国家重点实验室，北京，100085）

　　天然水中过量繁殖的有害藻（淡水水华、海水赤潮）可阻断水体的光合作用使水体贫氧恶化，导致大量鱼类死亡对生态环境和水产业造成巨大损失。有些水华或赤潮可向水体释放多种毒素,不仅造成饮用水源的污染而且这些毒素可进入食物链在贝、鱼类中富集从而对人体健康构成严重威胁。研究表明在蓝绿藻次生代谢物中含有大量微囊藻毒素(Microcystins)，它是一种肿瘤促进剂，可诱发急性肝损伤及肝肿瘤。如何清除并控制有害、有毒藻的泛滥，恢复湖泊水体中健康的水生生态系统是国际上的重大环境科学研究前沿之一。97年在Nature上发表一篇文章，综述了当今国际上治理有害藻污染的最新进展，认为在诸多方法中（如化学法，生物法等）尚没有一个完善的治理该污染的有效技术（Anderson，1997）。目前国际上普遍认为用无毒粘土沉降藻的方法是最有希望解决这一环境问题的研究方向。但在文献上已研究过的天然粘土中藻絮凝效率大都不高，这成为阻碍粘土法实际应用的关键困难之一。
　　目前国际文献上只有少数粘土矿物（如蒙脱土，伊利土，高岭土）的藻絮凝的平衡数据。对于其他各种天然粘土矿物的藻絮凝性质，特别是藻絮凝动力学行为尚未见报道。本文测定了23种天然粘土矿物对水华蓝藻常见藻种--铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）的絮凝动力学和平衡数据，为比较和挑选最有希望的粘土矿物治理水华污染奠定了实验依据。

1 研究方法

　　1.1 试剂和实验材料
　　所用的各种试剂均为分析纯。收集的各种矿物，均经研磨处理，过180目筛，低温烘干。
　　1.2藻种及培养
　　实验用铜绿微囊藻购自中科院水生生物研究所，编号为FACHB-469。其培养条件为： 24±1℃，1000Lux左右光照强度，光暗比L:D＝12：12，HGZ培养基。
　　1.3絮凝实验步骤
　　1）将铜绿微囊藻在其指数生长期（培养约10～14天）收获，并用0.5%的NaCl溶液配置成藻细胞浓度为4.78×106cell/L的藻液。
　　2）称取0.35g粘土矿物于800ml烧杯中，快速加入500ml上述藻液，立即开始搅拌，计时。其中有一烧杯中不加任何矿物，只有同量的藻液，作为对照。搅拌参数：600rpm下搅拌4min，然后50rpm下搅拌2min，最后静置,逐时取样分析测定。
　　3）NTU的测定：分别在0，10，30，90，240，480min于液面下3cm处取样，测定其在680nm波长处的吸光值（OD680nm）。根据相应的换算关系式，计算出相应的浊度值（NTU）。
　　4）叶绿素a含量（mg/L）的测定：分别在0，10，30，90，240，480min于液面下3cm处取样15 ml，经0.45μm滤膜过滤，溶解于5 ml 90%丙酮中。经5000rpm离心10min，取上清液在665nm处测定吸光值（OD665nm），再换算为叶绿素a含量（chl-a, mg/L=13.4×OD665nm）。

2 结果与讨论

　　絮凝实验结果表明：23种粘土矿物絮凝藻细胞能力相差很大。其中海泡石、滑石、高岭石、凹凸棒、轻质页岩和陶土显示了对藻细胞较强的絮凝沉降能力，不仅去除率较高，沉降速度也较快（见图2）。图1是这些天然粘土矿物（7种）对铜绿微囊藻的絮凝沉降曲线--体系上清液中叶绿素a的去除率随时间的变化情况。相比之下，其余的矿物絮凝沉降铜绿微囊藻藻细胞的能力都较差，其对体系中叶绿素a的去除率均小于75％，这里由于篇幅所限就不罗列。从图1中可以看出，尤其是海泡石、滑石，它们经过0.5h即可沉降去除50%以上的藻细胞，而静置8h后，其叶绿素a的去除率全都达到96%以上。
　　图2为7种粘土矿物对藻液浊度的去除率曲线，即絮凝沉降铜绿微囊藻细胞的过程中上清液的浊度随静置沉降时间的变化曲线，反映了各种矿物颗粒的沉降速度。其余16种粘土矿物对藻液浊度的去除率均低于90％，这里也不在叙述。从图2中可见，静置沉降0.5h后，所有的矿物体系都发生了较明显的变化。尤其是絮凝藻细胞能力较强的海泡石、滑石、高岭石等仍保持了较好的沉降性能。0.5h后，浊度去除70%以上，静置沉降8h后，上清液中残留的NTU浊度不足5%，分别为：8.9，9.9，和14.8。而对轻质页岩，虽然具有较好的絮凝藻细胞的能力，但由于其不易于沉降，可能会带来较多的残留；对于硅泥，虽然沉降速度快，但其絮凝藻细胞的能力较差。

3 结论

　　通过以上絮凝实验的比较，并考虑各矿物的来源、价格、改性潜力及其残留浊度和二次污染性。笔者认为海泡石、滑石为优良的藻细胞天然矿物絮凝剂。它们不仅絮凝结合藻细胞的能力强，沉降速度快，而且来源广，经济而无污染。