改性黏土除藻技術(shù)
1、曾經(jīng)作為應(yīng)急措施的黏土除藻技術(shù)，日前取得了新的重大進(jìn)展，有望對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的治理打開(kāi)一條新的思路。
2、淡水湖泊黏土除藻失敗原因
黏土除藻華技術(shù)，最早來(lái)源于絮凝原理。在海洋上赤潮暴發(fā)時(shí)，它曾被作為一種應(yīng)急技術(shù)來(lái)使用，取得了一定的效果。由于黏土來(lái)源充足，具有天然無(wú)毒、使用方便、耗資少等特點(diǎn)，曾一度受到歡迎。早在1997年，就有專家在國(guó)際權(quán)威科學(xué)期刊《自然》上撰文指出，使用黏土除藻可能是治理藻華的最有發(fā)展前途的方法。在日本、美國(guó)、韓國(guó)、澳大利亞等國(guó)也有應(yīng)用黏土除藻的實(shí)例。
但據(jù)介紹，到目前為止，黏土除藻技術(shù)主要還局限于海水體系的研究和局部應(yīng)急處理。面對(duì)與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的淡水資源，許多將黏土除藻技術(shù)應(yīng)用于淡水湖泊中清除藻華的嘗試，都沒(méi)有成功。
以往的黏土除藻技術(shù)存在4個(gè)方面的缺陷。這些缺陷有的屬于當(dāng)前該領(lǐng)域科學(xué)發(fā)展的局限，有的是技術(shù)定位本身所客觀決定的。首先，人們對(duì)黏土為什么會(huì)絮凝除藻的科學(xué)原理還未認(rèn)識(shí)清楚。傳統(tǒng)認(rèn)為靜電吸附為主要的絮凝機(jī)理，因此許多黏土改性技術(shù)是沿著靜電改性的思路發(fā)展的；其次，黏土投量太大，一般國(guó)際上最好的結(jié)果也需投200毫克/升的黏土才能取得一定的實(shí)效。對(duì)大面積藻華來(lái)說(shuō)，要向天然水體系投放幾十噸甚至數(shù)百噸的“外來(lái)”黏土，無(wú)論從生態(tài)安全或是操作成本上講都是難以接受的；第三，缺乏對(duì)各種黏土在淡水中絮凝性能的系統(tǒng)研究，事實(shí)上許多黏土在淡水中都失去絮凝除藻作用，缺乏科學(xué)指導(dǎo)的“技術(shù)應(yīng)用”往往導(dǎo)致失敗；第四，黏土除藻技術(shù)不能防止藻類沉降后的再次泛起、來(lái)年藻華的復(fù)發(fā)和來(lái)自底泥的二次污染等問(wèn)題。
除了以往多次實(shí)地除藻失敗的記錄以外，黏土技術(shù)本身不能防止藻類的再次泛起和底泥二次污染是導(dǎo)致該技術(shù)在淡水湖泊中難以被廣泛使用的關(guān)鍵因素。當(dāng)大量的黏土投入下去，將藻華帶入水底，在海洋中這種泛起的現(xiàn)象不明顯，但到了淡水湖泊中，在風(fēng)的助力下，很容易泛起。泛起問(wèn)題不解決，就只能治標(biāo)不能治本了。原先的黏土技術(shù)定位就是一個(gè)應(yīng)急措施。
所以要通過(guò)改良黏土的快速除藻除濁作用并強(qiáng)化沉積物中的生物地球化學(xué)反應(yīng)使其自動(dòng)地進(jìn)行長(zhǎng)期連鎖的健康修復(fù)過(guò)程，發(fā)展既能快速消除水華又能長(zhǎng)期治理湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的改性黏土技術(shù)。
3、黏土架橋網(wǎng)捕作用戰(zhàn)勝傳統(tǒng)靜電吸附作用
通過(guò)對(duì)26種不同黏土與藻細(xì)胞之間多項(xiàng)絮凝性質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)，高效黏土絮凝除藻不是通過(guò)傳統(tǒng)的靜電吸附機(jī)理，而是通過(guò)一種架橋網(wǎng)捕作用，就像蜘蛛網(wǎng)一樣，將藻細(xì)胞粘網(wǎng)后共同沉入水底。根據(jù)這個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)，技術(shù)上的創(chuàng)新不應(yīng)是對(duì)黏土進(jìn)行電性改性，而是邀在架橋網(wǎng)捕性能方面對(duì)黏土進(jìn)行改性。結(jié)果改性后的黏土不僅特別適合于淡水藻華的清除，而且黏土的投入量也從國(guó)際先進(jìn)的200毫克/升，降到了10毫克/升，除藻效率達(dá)到95%以上。更為重要的是，這種環(huán)境友好的天然改性劑可以使各種原先不具有除藻能力的當(dāng)?shù)仞ね?沉積物變成高效除藻劑。這一創(chuàng)新技術(shù)使得利用當(dāng)?shù)仞ね林卫懋?dāng)?shù)卦迦A的理想得以實(shí)現(xiàn)。利用當(dāng)?shù)睾茨嗤?沉積物的自我循環(huán)清除水華，這不僅大大降低了治理成本，而且可防止底泥過(guò)度淤積，更重要的是由于是利用湖泊內(nèi)部顆粒物固有的自我循環(huán)，因此實(shí)現(xiàn)了生態(tài)安全的理念。與其他湖泊治理技術(shù)相比，該技術(shù)的另一個(gè)特點(diǎn)是它不需要事先構(gòu)筑圍隔等大型工程，只需一個(gè)足夠大的噴灑罐放在船上，即可隨時(shí)隨地大面積使用。目前，已經(jīng)用當(dāng)?shù)啬嗤?沉積物在太湖進(jìn)行了5次實(shí)驗(yàn)，每次都取得了立竿見(jiàn)影的效果，處理每平方米的綜合成本在0.2元左右。
4、黏土固磷改性技術(shù)治理沉積物內(nèi)源污染取得進(jìn)展
雖然使黏土除藻技術(shù)運(yùn)用到淡水湖泊的設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)，并且由于實(shí)現(xiàn)了原料的本土化，可大大降低治理成本、避免底泥淤積、并實(shí)現(xiàn)生態(tài)安全性。但是如果湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題得不到解決，藻華還會(huì)不斷出現(xiàn)。
用上面提到的黏土改性技術(shù)將藻華轉(zhuǎn)入水底后，由于腐爛或泛起而釋放出的氮、磷等，還會(huì)重新返回到水體。這樣的話，藻華的清除還將處于治標(biāo)階段。為了解決這一問(wèn)題，必須發(fā)展改進(jìn)黏土改性技術(shù)，研制出兩種化學(xué)“固磷”的方法，可以把藻華和沉積物中的磷“固定”在改性黏土中(即固定后的磷不再溶解或解吸到水體中)。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)證明，經(jīng)過(guò)這種改性處理過(guò)的沉積物再泛起時(shí)釋放的溶解性磷僅為未經(jīng)過(guò)固磷處理的對(duì)照沉積物的1/10，從而可有效抑制泛起后磷的釋放問(wèn)題。目前這種化學(xué)固磷法正處在進(jìn)一步降低成本和進(jìn)行各項(xiàng)健康與湖泊生態(tài)安全的較長(zhǎng)期的研究階段，因而尚未在實(shí)地試驗(yàn)，但它已經(jīng)為黏土技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了一個(gè)十分重要的研究思路。因?yàn)槿绻茉诶灭ね脸宓耐瑫r(shí)，治理底泥二次污染，則將向改性黏土法治理湖泊富營(yíng)養(yǎng)化這個(gè)“治本”的方向邁進(jìn)重要的一步。同時(shí)該技術(shù)利用了“藻華是一個(gè)無(wú)與倫比的磷濃縮機(jī)器”，通過(guò)藻華凝聚沉降把水體中很難濃縮提取的磷集中收集到水底，然后將其集中高效固化，實(shí)現(xiàn)環(huán)境治理中綠色能量轉(zhuǎn)換的理念。這為攻克湖泊內(nèi)源污染治理這一難題指出了一個(gè)重要的創(chuàng)新方向(比如與底泥疏浚相比，后者要付出巨大的成本和能量)。
水底植物通過(guò)根系作用可有效地固定沉積物及其中的氮、磷和有機(jī)污染物，但是實(shí)際湖泊沉水植物的恢復(fù)卻面臨很大的困難。如太湖水深在兩米左右，這就為人工扦插帶來(lái)很大難度。同時(shí)，一直以來(lái)有個(gè)最大的難題困擾著沉水植被的恢復(fù)，即沉水植物幼苗在高藻、高濁和缺乏適當(dāng)?shù)啄嗟沫h(huán)境中難以生存。太湖水的透明度常年不足50厘米，如果違背自然規(guī)律強(qiáng)行種植則會(huì)爛在水底，不僅費(fèi)財(cái)費(fèi)力而且造成污染。目前，要?jiǎng)?chuàng)造適宜沉水植物生存的環(huán)境，往往要付出巨大的成本。
5、生態(tài)恢復(fù)將使改性黏土除藻技術(shù)達(dá)到標(biāo)本兼治的目標(biāo)
能否將黏土除藻技術(shù)與生態(tài)技術(shù)相結(jié)合，既解決黏土除藻的長(zhǎng)效問(wèn)題又解決沉水植被恢復(fù)的難題？用改性黏土和適宜播灑的草種制作成一種復(fù)合材料，在將黏土噴灑下去的同時(shí)，草種也隨藻華一起被沉入水底。隨著這些植物的發(fā)芽生根，藻細(xì)胞被逐漸固定和轉(zhuǎn)化并為沉水植物的生長(zhǎng)提供養(yǎng)分，沉水植物會(huì)自動(dòng)修復(fù)湖泊環(huán)境，不僅可解決底泥的二次污染，也可解決藻華的再次泛起問(wèn)題。另一方面由于經(jīng)過(guò)改良后黏土除藻技術(shù)能夠高效地除藻除濁，使水的透明度大大提高，創(chuàng)造了沉水植物的生長(zhǎng)環(huán)境，自然也就能夠順應(yīng)自然規(guī)律成長(zhǎng)起來(lái)，從而有利于黏土除藻的固磷效果。另外，由于除藻除濁作用可使機(jī)械播灑的沉水植物草種成活，可望大大提高沉水植物種植的效率和成本。記者在他們制作的大型生態(tài)模擬箱中看到，在模擬湖泊條件下，經(jīng)過(guò)黏土除藻技術(shù)播灑的水草長(zhǎng)勢(shì)良好，而與之對(duì)照的未經(jīng)除藻而播種的草種和草苗均已腐爛。這個(gè)擺在眼前的結(jié)果證明了上述創(chuàng)新思想的可行性。利用水華變廢為寶標(biāo)本兼顧地治理富營(yíng)養(yǎng)化是人們的夢(mèng)想。目前這項(xiàng)技術(shù)仍在不斷的完善過(guò)程中。利用當(dāng)?shù)仞ね羴?lái)清除當(dāng)?shù)卦迦A的技術(shù)也只是在太湖實(shí)驗(yàn)基地上得到使用。將這些黏土改性技術(shù)與其他技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合更好地解決實(shí)地藻華和湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，還有較長(zhǎng)的路要走。
6、 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的治理絕不能靠單一技術(shù)，還要靠諸如外源污染源的甄別和控制等諸多包括技術(shù)、法規(guī)和管理各個(gè)層面的措施。
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