殼聚糖改性黏土作用下湖泛致黑懸浮物的沉降特性研究

徐　磊,逄　勇,2,黃亞文,張　鵬

(1.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院,江蘇 南京　210098;2.河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點實驗室,江蘇 南京　210098)

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殼聚糖改性黏土作用下湖泛致黑懸浮物的沉降特性研究

徐磊1,逄勇1,2,黃亞文1,張鵬1

(1.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院,江蘇 南京210098;2.河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點實驗室,江蘇 南京210098)

為了探討湖泛致黑物質(zhì)在殼聚糖改性黏土作用下的絮凝沉降以及再懸浮的規(guī)律,利用柱狀水槽再懸浮發(fā)生模擬裝置,選取殼聚糖改性黏土(1 g/L硅藻土+0.2 g/L殼聚糖)作為絮凝劑,進(jìn)行了風(fēng)浪擾動作用下太湖湖泛的絮凝及再懸浮過程的室內(nèi)模擬試驗。結(jié)果表明:當(dāng)模擬流速產(chǎn)生的切應(yīng)力超過0.042 N/m2時,低濁度組中的黏土絮體產(chǎn)生了明顯的再懸浮現(xiàn)象;當(dāng)流速產(chǎn)生的切應(yīng)力超過0.109 N/m2時,高濁度組發(fā)生再懸浮。對比太湖不同風(fēng)速所產(chǎn)生的切應(yīng)力,發(fā)現(xiàn)4 m/s以下的太湖風(fēng)情產(chǎn)生的湖流切應(yīng)力不會使黏土絮體發(fā)生再懸浮。研究旨在為太湖湖泛的應(yīng)急處置提供參考。關(guān)鍵詞：太湖湖泛;殼聚糖改性黏土;模擬流速實驗;絮凝沉降;再懸浮;風(fēng)浪擾動

2007年由太湖藍(lán)藻大規(guī)模暴發(fā)所引起的湖泛現(xiàn)象直接影響了無錫市百萬居民的飲水安全,引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。陸桂華等[1]將湖泛(亦稱黑水團(tuán)或污水團(tuán))定義為湖泊富營養(yǎng)化水體在藻類大量暴發(fā)、積聚和死亡后,在適宜的氣象、水文條件下,與底泥中的有機(jī)物在缺氧條件下產(chǎn)生厭氧生化反應(yīng),釋放硫化物、甲烷和二甲基三硫等硫醚類物質(zhì),形成褐黑色伴有惡臭的黑水團(tuán),從而導(dǎo)致水體水質(zhì)迅速惡化、生態(tài)系統(tǒng)受到嚴(yán)重破壞的現(xiàn)象。太湖湖體污染負(fù)荷加重、水體藻類含量增高為湖泛形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ),受污染的流泥是湖泛形成的重要因子,湖泛發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)是湖區(qū)表層底泥營養(yǎng)鹽累積。在溫度較高時,由于風(fēng)浪的攪動作用,底泥易于懸浮。頻繁的動力擾動會使得太湖沉積物表層的數(shù)厘米或數(shù)十厘米的底泥發(fā)生懸浮,并在微生物、營養(yǎng)鹽和合適的環(huán)境共同作用下形成湖泛。湖泛發(fā)生的氣象條件是一定的光照條件、氣溫(一般大于20℃)和風(fēng)速(3～5 m/s)等。

目前國內(nèi)外對于湖泛的研究中,黏土絮凝除藻技術(shù)因其“高效率、低投入”的特點被認(rèn)為是最有前景的一種湖泛治理方法[2]。在過去的十幾年中,包括美國、日本、中國、韓國在內(nèi)的多個國家,利用黏土絮凝技術(shù)對湖泛去除進(jìn)行了一系列的研究。在早期的研究過程中,這項技術(shù)存在兩個主要問題,一是黏土用量大,二是離子濃度降低導(dǎo)致絮凝效果急劇下降。經(jīng)過幾年的研究,潘綱等[3-5]利用了殼聚糖的“架橋網(wǎng)捕”能力,解決了以上難題,大大提升了黏土絮凝除藻的效率,而且成功地將改性當(dāng)?shù)赝寥佬跄夹g(shù)應(yīng)用到太湖藍(lán)藻的應(yīng)急治理中,收到了較好的成效。

在湖泛產(chǎn)生過程中,引起湖泛水體在視覺上發(fā)黑的主要物質(zhì)并非再懸浮的沉積物,而是主要成分為FeS及SiO2的懸浮顆粒物質(zhì)[6],因此,利用黏土絮凝技術(shù)針對湖泛懸浮顆粒物質(zhì)去除的應(yīng)急治理是可行的。目前國內(nèi)針對湖泛水體致黑顆粒物的絮凝實驗,大部分為燒杯試驗,燒杯試驗?zāi)軌蜉^為便捷地框定黏土投加量范圍,但也存在一些缺點,如尺度過小無法反應(yīng)自然條件下的水流狀況,以及絮凝過程中的快速攪拌和慢速攪拌與野外實際狀況不符。在某些黏土絮凝除藻的試驗過程中發(fā)現(xiàn),水流對于絮體的粒徑、沉降速度以及去除效率有很大的影響[7]。Hill[8]的試驗也證明,過高的切應(yīng)力會影響絮體粒徑的增大和絮體的沉降速率。然而,作為一種受氣象條件影響很大的突發(fā)性事件,湖泛發(fā)生的偶然性又給實地試驗帶來了很大的困難。因此,針對以上幾個方面問題,本文利用能夠模擬野外實際流速、尺度更大的柱狀水槽,進(jìn)行湖泛致黑物質(zhì)的絮凝沉降及再懸浮的室內(nèi)試驗。

1　試驗材料與方法

1.1采樣地點與湖泛的模擬

試驗所用的藍(lán)藻、水體及底泥采自于梅梁灣西岸(31°25′45.33″N,120°7′44.90″E)。采集底泥所用工具為實驗室自行設(shè)計的軟布封底式淺水域原狀表層沉積物采樣器,該采樣器由采樣套筒、采樣機(jī)構(gòu)和采樣內(nèi)膽組成,具有采樣成功率高、采樣面積大和不破壞表層高沉積物結(jié)構(gòu)等優(yōu)點。

采集兩種不同濁度的水樣及藻體24 h內(nèi)運回實驗室,先將底泥不破壞層序地放置進(jìn)100 L大桶中,接著把取回的原水緩慢加入桶中,藍(lán)藻用離心設(shè)備去除多余水分之后,迅速轉(zhuǎn)移至100 L大桶中,藍(lán)藻投加量為5 kg/m2,控制室溫在(29±1)℃左右,遮光靜止連續(xù)培養(yǎng)14 d。

1.2絮凝劑改性黏土的配置

目前市面上主要使用的凈水材料為聚合氯化鋁(PAC)。PAC是一種無機(jī)高分子混凝劑,有著吸附能力強(qiáng)、處理成本低的優(yōu)點,但PAC投加量大,且生成的絮體易碎,處理后的水中仍含有較高濃度的金屬離子。相比無機(jī)絮凝劑,天然有機(jī)高分子絮凝劑原料來源豐富,價格低廉,選擇性大,投藥量小,安全無毒,無二次污染,具有生態(tài)安全、易生物降解的特性,對湖泊底泥無有害影響。以蝦、蟹殼為原料制備的殼聚糖作為一種有機(jī)高分子絮凝劑,因其天然無毒,且對水中的濁度、有機(jī)物和重金屬離子均有較好的去除作用的特性,在水處理中有很大的潛力和應(yīng)用前景[9]。室內(nèi)研究結(jié)果表明,殼聚糖改性土壤對湖泛水體黑物質(zhì)的絮凝去除效果比PAC更佳[5],因此選取殼聚糖作為本次試驗的絮凝劑。

殼聚糖購自青島海維康生物科技有限公司,黏土選用嵊州市華力硅藻土制品有限公司的硅藻土。選取不同分量殼聚糖加入1%醋酸溶液攪拌至殼聚糖完全溶解,加水定容至1 L,配制成質(zhì)量濃度分別為50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L和250 mg/L的殼聚糖溶液,取配置成的殼聚糖溶液100 mL溶液置于5個相同的燒杯中,分別加入0.1 g硅藻土,開啟攪拌器,在120 r/min轉(zhuǎn)速下攪拌30 min,使黏土充分改性。攪拌結(jié)束后加入蒸餾水配置成用于試驗的改性黏土溶液。

取配置成的殼聚糖溶液對同樣濁度的湖泛水進(jìn)行絮凝試驗,水體濁度隨時間變化情況見表1。由表1可知,200 mg/L的殼聚糖溶液在短時間內(nèi)極大地降低了水體濁度,且3 h后水體濁度不發(fā)生反彈現(xiàn)象,因此選取200 mg/L作為殼聚糖的投加量。

表1　不同質(zhì)量濃度殼聚糖溶液的絮凝效果對比

1.3絮凝沉降試驗擾動條件的確定

太湖藻源性湖泛是一種突發(fā)性事件,盡管湖泛的發(fā)生與發(fā)展需要一定的時間,但只有在黑臭水團(tuán)聚集時才能被準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn),也只有這個階段才有機(jī)會采用改性黏土進(jìn)行應(yīng)急治理。在這個階段下,要想利用改性黏土對湖泛黑物質(zhì)進(jìn)行有效控制,就必須了解該風(fēng)速情況下的水動力擾動情況。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[10],黑臭水團(tuán)大范圍聚集時的風(fēng)速為2.07～2.39 m/s,而在這個范圍的風(fēng)速下湖底流速所提供的切應(yīng)力占主導(dǎo)地位,所以湖流大小就成為絮凝過程至關(guān)重要的控制條件。2013年7月7—8日,10月13—15日,利用ADV流速儀對湖泛易發(fā)區(qū)(圖1)沉積物界面以上2 cm的區(qū)域進(jìn)行湖流的連續(xù)監(jiān)測,同時對監(jiān)測過程中的風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行記錄。根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果,該區(qū)域風(fēng)速與湖流的關(guān)系[11]可以用quadratic formula(R2=0.969)表示:

(1)

注：Ⅰ—梅梁灣；Ⅱ—蘭山灣；Ⅲ—貢湖灣；Ⅳ—西部沿岸區(qū)；Ⅴ—南部沿岸區(qū)；Ⅵ—太湖東湖區(qū)；Ⅶ—湖心區(qū)；r—入湖河流圖1　采樣點位示意圖

通過計算,此時湖底2 cm以上的流速為1.9 ～2.3 cm/s。

圖2　柱狀水槽模擬裝置示意圖(單位：mm)

因為湖泛的發(fā)生具有偶然性,無法隨時進(jìn)行原位試驗,為了保證能夠在控制的流速條件下進(jìn)行改性黏土的絮凝試驗,選擇本實驗室自行研制的柱狀水槽進(jìn)行試驗。該水槽由水槽主體、水平流速模擬裝置、垂直流速模擬裝置及流速測量裝置組成(圖2),能夠在產(chǎn)生水平流速的同時,利用水泵模擬垂直流速。利用ADV流速儀測量柱狀水槽內(nèi)水體的流速、流向與電機(jī)轉(zhuǎn)速的實際對應(yīng)關(guān)系。

根據(jù)文獻(xiàn)[12],計算柱狀水槽的流速及底流切應(yīng)力之間的關(guān)系,底流切應(yīng)力的計算方法為

(2)

(3)

式中:k為卡曼常數(shù)(取為0.4);uz為模擬容器底部以上z高度(0.05 m)處的流速,m/s;Z0為湖底粗糙度,取0.2 mm。

根據(jù)式(2)和式(3),可以計算出柱狀水槽電機(jī)轉(zhuǎn)速與流速、底流切應(yīng)力之間的關(guān)系,如圖3所示。

圖3　電機(jī)轉(zhuǎn)速與底流切應(yīng)力的關(guān)系

根據(jù)2013年對太湖湖泛易發(fā)區(qū)的實際監(jiān)測結(jié)果:湖底2 cm以上的流速為1.9～2.3 cm/s,通過式(1)和式(2),計算出此流速下黑臭水團(tuán)大范圍聚集時底流的切應(yīng)力為0.002 7～0.004 0 N/m2。此時對應(yīng)柱狀水槽的電機(jī)轉(zhuǎn)速的范圍在100～120 r/min,為了便于調(diào)節(jié),選擇電機(jī)轉(zhuǎn)速為100 r/min,作為改性黏土絮凝試驗的流速控制條件。

1.4不同濁度湖泛水的絮凝沉降與再懸浮試驗

用HACH2100Q濁度儀測量取回的兩種水樣,其初始濁度分別為299 NTU與660 NTU。將采集的20 cm底泥裝入模擬柱狀水槽的底部,然后緩慢注入低濁度湖泛水體50 L,開動電機(jī),將轉(zhuǎn)速控制在100 r/min左右,然后用泵以1 L/min流量將配置好的5 L改性黏土溶液噴灑在模擬柱狀水槽中,噴灑結(jié)束后,保持流速不變,進(jìn)行水樣采集,采樣的高度為距離底部沉積物45 cm,每10 min進(jìn)行1次采樣,連續(xù)采樣70 min,水樣采集體積為20 mL,利用HACH2100Q濁度儀進(jìn)行水樣濁度測量,采樣高度分別為距離底部沉積物5 cm,10 cm,25 cm,45 cm,70 cm。

絮凝沉降試驗結(jié)束后,調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍(100～900 r/min),每增加50 r/min保持10 min,在調(diào)整至下一轉(zhuǎn)速前進(jìn)行水樣采集,采樣的高度、體積與模擬沉降試驗相同,采集的樣品利用濁度儀進(jìn)行濁度測量。

取高濁度湖泛水50 L,試驗步驟如上文所述,進(jìn)行絮凝沉降試驗與再懸浮試驗。

2　結(jié)果與討論

2.1不同濁度湖泛水模擬流速絮凝試驗

圖4為低濁度湖泛水絮凝試驗結(jié)果。從水體濁度的剖面變化來看,在播撒絮凝劑后20 min便能達(dá)到50%的濁度去除率;當(dāng)試驗進(jìn)行超過50 min后,水體濁度趨于平衡。在試驗過程中,還發(fā)現(xiàn)整個沉降過程中均有濁度分層現(xiàn)象出現(xiàn),尤其是絮凝開始的前40 min;隨著時間的推移,水體在40 min后濁度逐漸趨于穩(wěn)定,濁度去除率為90%左右。

圖4　低濁度湖泛水絮凝試驗結(jié)果

高濁度湖泛水絮凝試驗中,在播撒殼聚糖改性黏土的10 min后,剖面從上到下基本能達(dá)到50%的濁度去除率,試驗進(jìn)行到50 min后,水體濁度趨于平衡(圖5)。與低濁度湖泛水絮凝試驗相同,試驗階段的前40 min水體分層現(xiàn)象比較明顯,隨著時間的推移,70 min時低濁度湖泛水濁度去除率能達(dá)到95%以上,水體濁度基本維持在10 NTU,而高濁度湖泛水濁度去除率穩(wěn)定在90%,水體濁度穩(wěn)定在50 NTU左右。

圖5　高濁度湖泛水絮凝試驗結(jié)果

圖6　低濁度湖泛水再懸浮試驗結(jié)果

2.2不同濁度湖泛水的再懸浮試驗

在低濁度湖泛水的再懸浮試驗(圖6)中,隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加,裝置中模擬流速不斷增大,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到300r/min后,水體各層濁度開始逐漸升高。電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到400 r/min時,水體各層濁度發(fā)生突然的升高,表層水體濁度由6 NTU上升到11 NTU,底層水體濁度由10 NTU上升到30 NTU,說明此轉(zhuǎn)速下水體流速所提供的切應(yīng)力為黏土絮體再懸浮的臨界切應(yīng)力。通過計算,300 r/min與400 r/min時的底流切應(yīng)力分別為0.022 N/m2和0.042 N/m2。

在高濁度湖泛水的再懸浮試驗(圖7)中,隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到500 r/min之后,水體各層的濁度開始逐漸升高,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過700 r/min之后水體濁度突然發(fā)生躍遷,底層從50 NTU上升至275 NTU,表層從25 NTU上升至50 NTU,說明此轉(zhuǎn)速下的流速所提供的切應(yīng)力是黏土絮體再懸浮的臨界切應(yīng)力。通過計算,500 r/min與700 r/min時的底流切應(yīng)力分別為0.065 N/m2和0.109 N/m2。

圖7　高濁度湖泛水再懸浮試驗結(jié)果

試驗過程中黏土絮體的沉降及再懸浮呈現(xiàn)如下過程:投加殼聚糖改性黏土后,在極短的時間內(nèi)將懸浮的致黑顆粒絮凝在一起,與此同時殼聚糖利用網(wǎng)捕架橋作用使絮體與絮體之間連接緊密。增大的絮體沉降至底部后,由最初懸浮松散的絮體結(jié)構(gòu)形成松散的較大面積的絮體結(jié)構(gòu),當(dāng)流速增大時,切應(yīng)力隨之增大,較小的絮體就從大絮體上不斷剝蝕下來,剝蝕出的絮體在水流的作用下,向上懸浮,隨著切應(yīng)力增大,剝蝕程度增大,濁度分層現(xiàn)象越明顯,當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界切應(yīng)力時,整個松散的大絮體會完全破碎,從而導(dǎo)致了絮體的完全再懸浮。

2.3模擬流速下絮體的形成過程

在模擬野外湖底流速條件下,改性黏土的投加量要大大超過代立春等[5]試驗投加量(2 mg/L殼聚糖,1 g/L硅藻土),原因在于本試驗是在模擬實際流速狀況下進(jìn)行試驗的,擾動狀態(tài)與燒杯試驗存在較大差異。試驗過程中,存在快速攪拌過程和慢速攪拌過程,在快速攪拌過程中,改性黏土與黑色懸浮物能夠進(jìn)行充分接觸,進(jìn)而通過殼聚糖的架橋網(wǎng)捕作用形成較大的絮體,而較大的絮體通過慢速攪拌過程形成更大的絮體進(jìn)而發(fā)生沉降,而在模擬流速下不存在這兩種過程,改性黏土與黑色懸浮物間的碰撞與結(jié)合靠的是噴灑絮凝劑時的初動能,這種方式所產(chǎn)生的擾動不能使改性黏土與致黑懸浮物發(fā)生充分的接觸與碰撞,那么絮體形成的速度較燒杯試驗慢,絮體的粒徑也小于燒杯試驗[13]。由于模擬流速試驗在垂向尺度方面大大超過了燒杯試驗,因而出現(xiàn)了燒杯試驗所沒有的濁度分層現(xiàn)象。由于太湖是大型的淺水湖泊,常年處在風(fēng)浪擾動的狀況下,水體很少出現(xiàn)完全靜止的狀態(tài),即使湖體沒有風(fēng)浪,也會由于氣溫和湖底地形的差異導(dǎo)致水流的產(chǎn)生[12]。由于水平和垂直方向存在流速,絮體就無法完全沉降,小部分絮體會散落分布在水體的某個高度內(nèi),而濁度分層的現(xiàn)象也會隨著流速的增大而越發(fā)明顯。

2.4太湖風(fēng)浪與絮體再懸浮

科學(xué)家對于美國五大湖的研究表明,湖底的切應(yīng)力大小對水土界面懸浮物的濃度有很大影響[14]。太湖作為大型淺水湖泊,由風(fēng)所引起的切應(yīng)力對湖底沉積物的再懸浮有著直接的作用[15]。黏土絮體進(jìn)入湖底后會因為切應(yīng)力的緣故會產(chǎn)生再懸浮,而在本次試驗過程中發(fā)現(xiàn),兩種不同濁度的湖泛水在電機(jī)轉(zhuǎn)速為80～300 r/min范圍內(nèi),底部切應(yīng)力為0.002～0.022 N/m2(圖3),水體各層濁度均無明顯變化;當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過400 r/min,切應(yīng)力超過0.042 N/m2后,低濁度試驗組發(fā)生了非常明顯的再懸浮現(xiàn)象;當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過700 r/min,即切應(yīng)力超過0.109 N/m2,高濁度試驗組發(fā)生了明顯的再懸浮現(xiàn)象。試驗中發(fā)現(xiàn),高濁度試驗組中播撒絮凝劑后生成的絮體較低濁度試驗組體積更大,且結(jié)構(gòu)更為緊密,電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到400 r/min,低濁度組的絮體便開始破碎,而高濁度組中的絮體僅發(fā)生些許瓦解,水體濁度略微上升,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到700 r/min時提供的切應(yīng)力才使高濁度組中生成的絮體發(fā)生破碎。因為室內(nèi)試驗是通過電機(jī)的均勻擾動來模擬野外湖流,而太湖作為大型湖泊,其水流遠(yuǎn)比室內(nèi)試驗復(fù)雜,野外絮凝試驗時發(fā)現(xiàn)生成的絮體并不會聚集成大塊緊密的結(jié)構(gòu),而是以低濁度試驗組生成的小體積且松散的絮體結(jié)構(gòu)為主。

在湖泊研究中,切應(yīng)力主要來自波流和湖流。秦伯強(qiáng)等[12]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)風(fēng)速較大時,波浪作用占主導(dǎo),導(dǎo)致沉積物懸浮所需的臨界切應(yīng)力約為0.03～0.04 N/m2,相當(dāng)于野外風(fēng)速達(dá)4 m/s以上的情況。本次低濁度湖泛再懸浮試驗也證實了這一點。所以,當(dāng)湖泛大規(guī)模暴發(fā)時(風(fēng)速<2.5 m/s),此時播撒殼聚糖改性黏土,則發(fā)生絮體再懸浮的幾率較小;而當(dāng)湖泛剛剛生成,厭氧產(chǎn)物剛剛泛起的時候(風(fēng)速為3～5 m/s)[10],播撒殼聚糖改性黏土,絮體發(fā)生再懸浮的幾率較大。

3　結(jié)　論

本文通過模擬野外流速,利用殼聚糖改性黏土對湖泛水體中的致黑顆粒物質(zhì)進(jìn)行絮凝試驗,對試驗當(dāng)中的絮凝、沉降、再懸浮過程進(jìn)行了研究,得出如下結(jié)論:

a. 殼聚糖改性黏土對湖泛致黑物質(zhì)有較強(qiáng)的絮凝作用,在不同濁度試驗中,均能夠高效且快速地去除水體當(dāng)中的黑色懸浮物質(zhì),1 h內(nèi)都能達(dá)到90%的濁度去除率。

b. 試驗中觀察發(fā)現(xiàn),模擬流速條件下,黏土絮體無法完全沉降,在水槽下部有較為明顯的濁度分層現(xiàn)象;在后續(xù)的再懸浮試驗中,黑色絮體的再懸浮也呈現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象。

c. 通過實驗室的試驗與計算可以確定,在太湖風(fēng)速小于4 m/s時播撒絮凝劑,產(chǎn)生的風(fēng)浪作用使絮體發(fā)生再懸浮的幾率較小。

[ 1 ] 陸桂華,馬倩.太湖水域“湖泛”及其成因研究[J]. 水科學(xué)進(jìn)展, 2009,20(3):438-442.(LU Guihua,MA Qian. Analysis on the causes of forming black water cluster in Taihu Lake[J]. Advances in Water Science,2009,20(3):438-442.(in Chinese))

[ 2 ] ANDERSON D M. Turning back the harmful red tide[J]. Nature, 1997, 388:513-514.

[ 3 ] 潘綱,代立春,李梁,等. 改性當(dāng)?shù)赝寥兰夹g(shù)修復(fù)富營養(yǎng)化水體綜合效果研究:Ⅰ.水質(zhì)改善的應(yīng)急與長期效果與機(jī)制[J]. 湖泊科學(xué),2012,24(6):801-810.(PAN Gang, DAI Lichun, LI Liang, et al. Eutrophication control using modified local soil/sand induced ecological restoration technology: Ⅰ.Effect and mechanism on short and long term improvement of water quality[J]. Journal of Lake Sciences,2012, 24(6):801-810.(in Chinese))

[ 4 ] 丁艷青,朱廣偉,秦伯強(qiáng),等.波浪擾動對太湖底泥磷釋放影響模擬[J]. 水科學(xué)進(jìn)展,2011,22(2):273-278.(DING Yanqing, ZHU Guangwei, QIN Boqiang, et al. Experimental study on the effect of wave disturbances on the phosphorus dynamics in shallow lakes[J]. Advances in Water Science, 2011, 22(2):273-278.(in Chinese))

[ 5 ] 代立春,潘綱,李梁,等.改性當(dāng)?shù)赝寥兰夹g(shù)修復(fù)富營養(yǎng)化水體的綜合效果研究:Ⅲ.模擬湖泛水體的應(yīng)急治理效果[J]. 湖泊科學(xué),2013,25(3):342-346.(DAI Lichun, PAN Gang, LI Liang, et al. Eutrophication control using modified local-soil-induced ecological restoration technology:Ⅲ. The emergency mitigation effect on the black spots[J]. Journal of Lake Sciences,2013,25(3):342-346.(in Chinese))

[ 6 ] 申秋實.藻源性湖泛致黑物質(zhì)的物化特征及其穩(wěn)定性研究[D]. 南京: 中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所, 2011.

[ 7 ] JACKSON G A,LOCHMANN S E. Modeling coagulation of algae in marine ecosystems[J]. Environmental Particles, 1993,2:387-414.

[ 8 ] HILL P S. Controls on floc size in the sea[J]. Oceanography Society,1998,11:13-18.

[ 9 ] 劉秉濤.殼聚糖復(fù)合劑在水處理中的凈化效能研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2007.

[10] 王成林,陳黎明,潘維玉,等.適宜太湖藍(lán)藻水華形成的風(fēng)場輻散特征及其形成機(jī)制[J]. 中國環(huán)境科學(xué),2010 (9): 1168-1176.(WANG Chenglin, CHEN Liming, PAN Weiyu, et al. Divergence characteristics and formation mechanism of wind field appropriate for the cyanobacteria bloom in Taihu Lake[J]. China Environmental Science, 2010 (9): 1168-1176.(in Chinese))

[11] WANG J, PANG Y, LI Y, et al.The regularity of wind-induced sediment resuspension in Meiliang Bay of Lake Taihu[J]. Water Science & Technology,2014,70(1):167-174.

[12] 秦伯強(qiáng),胡維平,高光,等. 太湖沉積物懸浮的動力機(jī)制及內(nèi)源釋放的概念性模式[J]. 科學(xué)通報,2003,48(17):1822-1831.(QIN Boqiang, HU Weiping, GAO Guang, et al. Theconceptual model ofthe dynamic mechanism and suspended sediment in Taihu Lake[J]. Chinese Science Bulletin,2003,48(17):1822-1831.(in Chinese))

[13] HUANG Y, XU L, HAN R, et al.Using chitosan-modified clays to control black-bloom-induced black suspended matter in Taihu Lake: deposition and resuspension of black matter/clay flocs[J]. Harmful Algae, 2015, 45: 33-39.

[14] LICK W.The flocculation, deposition, and resuspension of fine-grained sediments[M]. Boca Raton, Fla.:Lewis Publishers, 1994:35-57.

[15] QIAN J, ZHENG S.Experimental study on sediment resuspension in Taihu Lake under different hydrodynamic disturbances[J]. Journal of Hydrodynamics, 2011, 23(6):826-833.

Study on deposition of algal bloom-induced black suspended matter using chitosan-modified clay

XU Lei1,PANG Yong1,2,HUANG Yawen1,ZHANG Peng1

(1.CollegeofEnvironment,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;2.KeyLaboratoryofIntegratedRegulationandResourcesDevelopmentofShallowLakes,MinistryofEducation,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

In order to study the regularities of flocculation, settlement, and resuspension of algal bloom-induced black suspended matter in Taihu Lake when using chitosan-modified clay, an indoor experiment was conducted to simulate the flocculation and resuspension processes under the effects of wind and wave disturbances. A cylindrical tank was used in the experiment, and chitosan-modified clay with doses of 0.2 g/L of chitosan and 1 g/L of diatomite was selected as the flocculant. The experimental results show that, when shear stress exceeded 0.042 N/m2, resuspension occurred in the low-turbidity group; when shear stress exceeded 0.109 N/m2, resuspension occurred in the high-turbidity group. Comparison of shear stresses induced by different wind velocities shows that a wind speed of below 4 m/s would not cause floc resuspension. This study aims to provide

for disposal of algal blooms in emergencies in Taihu Lake.

algal bloom in Taihu Lake; chitosan-modified clay; simulation of flow velocity; flocculation and settlement; resuspension; wind and wave disturbances

10.3880/j.issn.1004-6933.2016.05.019

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07506-006,2012ZX07101-010)

徐磊(1992—),男,碩士研究生,研究方向為水體污染治理。E-mail:xuleihhu@163.com

逄勇,教授。E-mail:pangyonghhu@163.com

X524

A

1004-6933(2016)05-0097-06

2015-11-20編輯：彭桃英)