改性黏土除藻技術
1、曾經(jīng)作為應急措施的黏土除藻技術，日前取得了新的重大進展，有望對水體富營養(yǎng)化的治理打開一條新的思路。
2、淡水湖泊黏土除藻失敗原因
黏土除藻華技術，最早來源于絮凝原理。在海洋上赤潮暴發(fā)時，它曾被作為一種應急技術來使用，取得了一定的效果。由于黏土來源充足，具有天然無毒、使用方便、耗資少等特點，曾一度受到歡迎。早在1997年，就有專家在國際權威科學期刊《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、韓國、澳大利亞等國也有應用黏土除藻的實例。
但據(jù)介紹，到目前為止，黏土除藻技術主要還局限于海水體系的研究和局部應急處理。面對與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P的淡水資源，許多將黏土除藻技術應用于淡水湖泊中清除藻華的嘗試，都沒有成功。
以往的黏土除藻技術存在4個方面的缺陷。這些缺陷有的屬于當前該領域科學發(fā)展的局限，有的是技術定位本身所客觀決定的。首先，人們對黏土為什么會絮凝除藻的科學原理還未認識清楚。傳統(tǒng)認為靜電吸附為主要的絮凝機理，因此許多黏土改性技術是沿著靜電改性的思路發(fā)展的；其次，黏土投量太大，一般國際上最好的結果也需投200毫克/升的黏土才能取得一定的實效。對大面積藻華來說，要向天然水體系投放幾十噸甚至數(shù)百噸的“外來”黏土，無論從生態(tài)安全或是操作成本上講都是難以接受的；第三，缺乏對各種黏土在淡水中絮凝性能的系統(tǒng)研究，事實上許多黏土在淡水中都失去絮凝除藻作用，缺乏科學指導的“技術應用”往往導致失。坏谒，黏土除藻技術不能防止藻類沉降后的再次泛起、來年藻華的復發(fā)和來自底泥的二次污染等問題。
除了以往多次實地除藻失敗的記錄以外，黏土技術本身不能防止藻類的再次泛起和底泥二次污染是導致該技術在淡水湖泊中難以被廣泛使用的關鍵因素。當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，在風的助力下，很容易泛起。泛起問題不解決，就只能治標不能治本了。原先的黏土技術定位就是一個應急措施。
所以要通過改良黏土的快速除藻除濁作用并強化沉積物中的生物地球化學反應使其自動地進行長期連鎖的健康修復過程，發(fā)展既能快速消除水華又能長期治理湖泊富營養(yǎng)化的改性黏土技術。
3、黏土架橋網(wǎng)捕作用戰(zhàn)勝傳統(tǒng)靜電吸附作用
通過對26種不同黏土與藻細胞之間多項絮凝性質的研究發(fā)現(xiàn)，高效黏土絮凝除藻不是通過傳統(tǒng)的靜電吸附機理，而是通過一種架橋網(wǎng)捕作用，就像蜘蛛網(wǎng)一樣，將藻細胞粘網(wǎng)后共同沉入水底。根據(jù)這個科學發(fā)現(xiàn)，技術上的創(chuàng)新不應是對黏土進行電性改性，而是邀在架橋網(wǎng)捕性能方面對黏土進行改性。結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際先進的200毫克/升，降到了10毫克/升，除藻效率達到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?shù)仞ね?沉積物變成高效除藻劑。這一創(chuàng)新技術使得利用當?shù)仞ね林卫懋數(shù)卦迦A的理想得以實現(xiàn)。利用當?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)，因此實現(xiàn)了生態(tài)安全的理念。與其他湖泊治理技術相比，該技術的另一個特點是它不需要事先構筑圍隔等大型工程，只需一個足夠大的噴灑罐放在船上，即可隨時隨地大面積使用。目前，已經(jīng)用當?shù)啬嗤?沉積物在太湖進行了5次實驗，每次都取得了立竿見影的效果，處理每平方米的綜合成本在0.2元左右。
4、黏土固磷改性技術治理沉積物內(nèi)源污染取得進展
雖然使黏土除藻技術運用到淡水湖泊的設想成為現(xiàn)實，并且由于實現(xiàn)了原料的本土化，可大大降低治理成本、避免底泥淤積、并實現(xiàn)生態(tài)安全性。但是如果湖泊富營養(yǎng)化的問題得不到解決，藻華還會不斷出現(xiàn)。
用上面提到的黏土改性技術將藻華轉入水底后，由于腐爛或泛起而釋放出的氮、磷等，還會重新返回到水體。這樣的話，藻華的清除還將處于治標階段。為了解決這一問題，必須發(fā)展改進黏土改性技術，研制出兩種化學“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)。實驗室試驗證明，經(jīng)過這種改性處理過的沉積物再泛起時釋放的溶解性磷僅為未經(jīng)過固磷處理的對照沉積物的1/10，從而可有效抑制泛起后磷的釋放問題。目前這種化學固磷法正處在進一步降低成本和進行各項健康與湖泊生態(tài)安全的較長期的研究階段，因而尚未在實地試驗，但它已經(jīng)為黏土技術的進一步發(fā)展提供了一個十分重要的研究思路。因為如果能在利用黏土除藻的同時，治理底泥二次污染，則將向改性黏土法治理湖泊富營養(yǎng)化這個“治本”的方向邁進重要的一步。同時該技術利用了“藻華是一個無與倫比的磷濃縮機器”，通過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，實現(xiàn)環(huán)境治理中綠色能量轉換的理念。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)。
水底植物通過根系作用可有效地固定沉積物及其中的氮、磷和有機污染物，但是實際湖泊沉水植物的恢復卻面臨很大的困難。如太湖水深在兩米左右，這就為人工扦插帶來很大難度。同時，一直以來有個最大的難題困擾著沉水植被的恢復，即沉水植物幼苗在高藻、高濁和缺乏適當?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)律強行種植則會爛在水底，不僅費財費力而且造成污染。目前，要創(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)恢復將使改性黏土除藻技術達到標本兼治的目標
能否將黏土除藻技術與生態(tài)技術相結合，既解決黏土除藻的長效問題又解決沉水植被恢復的難題？用改性黏土和適宜播灑的草種制作成一種復合材料，在將黏土噴灑下去的同時，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，藻細胞被逐漸固定和轉化并為沉水植物的生長提供養(yǎng)分，沉水植物會自動修復湖泊環(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題。另一方面由于經(jīng)過改良后黏土除藻技術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環(huán)境，自然也就能夠順應自然規(guī)律成長起來，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)過黏土除藻技術播灑的水草長勢良好，而與之對照的未經(jīng)除藻而播種的草種和草苗均已腐爛。這個擺在眼前的結果證明了上述創(chuàng)新思想的可行性。利用水華變廢為寶標本兼顧地治理富營養(yǎng)化是人們的夢想。目前這項技術仍在不斷的完善過程中。利用當?shù)仞ね羴砬宄數(shù)卦迦A的技術也只是在太湖實驗基地上得到使用。將這些黏土改性技術與其他技術進一步結合更好地解決實地藻華和湖泊富營養(yǎng)化問題，還有較長的路要走。
6、 湖泊富營養(yǎng)化的治理絕不能靠單一技術，還要靠諸如外源污染源的甄別和控制等諸多包括技術、法規(guī)和管理各個層面的措施。
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