改性黏土與絮凝劑制備物對齒狀紋石藻的消除作用

安鑫龍,李雪梅,柴 澍,鄭梓瑤

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院 海洋生態(tài)災(zāi)害與海洋生態(tài)保護(hù)修復(fù)實(shí)驗室,河北 秦皇島 066003)

0 引言

河北省沿岸海域是海洋有害藻華多發(fā)區(qū)。齒狀紋石藻(Pleurochrysiscarterae)是一種鈣化海洋赤潮微藻,無性繁殖產(chǎn)生似親孢子,繁殖迅速,連續(xù)一次性培養(yǎng)過程中因細(xì)胞碳酸鈣顆石層脫落,導(dǎo)致培養(yǎng)液呈現(xiàn)的乳白色是自然海域顆石藻藻華的典型特征[1]。目前,改性黏土(modified clay,MC)法是最具發(fā)展前景的防治有害藻華的方法之一,在球形棕囊藻(Phaeocystisglobosa)藻華等方面已顯示出其在應(yīng)急處置方面的優(yōu)勢[2]。本研究在室內(nèi)利用以高嶺土(kaolinite,KL)為基礎(chǔ)研制的改性黏土及聚合氯化鋁為基礎(chǔ)研制的絮凝劑制備物(Flocculant preparation samples)進(jìn)行消除齒狀紋石藻實(shí)驗,為利用改性黏土及絮凝劑應(yīng)急處置海洋有害藻華提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及設(shè)備

齒狀紋石藻由河北農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院海洋生態(tài)災(zāi)害與海洋生態(tài)保護(hù)修復(fù)實(shí)驗室分離保存。

高嶺土(實(shí)驗試劑,KL)購自天津市凱通化學(xué)試劑有限公司。聚合氯化鋁(分析純,PAC)購自天津市大茂化學(xué)試劑廠,本實(shí)驗室在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步加工制備成絮凝劑制備物(PAC-PS)。改性黏土(PAC-MC)根據(jù)劉正宇等[3]的方法制備而成。

光學(xué)顯微鏡(日本OLYMPUS公司生產(chǎn)),GXZ智能型光照培養(yǎng)箱(寧波江南儀器廠生產(chǎn))。

1.2 實(shí)驗方法

1.2.1 齒狀紋石藻細(xì)胞去除實(shí)驗

將處于指數(shù)生長期的齒狀紋石藻培養(yǎng)液加入50 mL具塞比色管中,加入一定量的試劑至預(yù)設(shè)濃度(表1),每個濃度設(shè)置3個平行樣,上下顛倒混勻后室溫靜置3 h,用移液器取上層藻液(距液面5 cm),利用浮游植物計數(shù)框進(jìn)行計數(shù)。

表1 齒狀紋石藻細(xì)胞去除實(shí)驗設(shè)計方案

根據(jù)以下公式計算齒狀紋石藻細(xì)胞去除率:

除藻效率(%)=(1-實(shí)驗組藻細(xì)胞密度/對照組藻細(xì)胞密度)×100%。

1.2.2 高嶺土對絮凝劑制備物的助凝作用

將處于指數(shù)生長期的齒狀紋石藻培養(yǎng)液加入50 mL具塞比色管中,加入一定量的重新配置試劑至預(yù)設(shè)較低濃度(表2),每個濃度設(shè)置3個平行樣,上下顛倒混勻后室溫靜置3 h,用移液器取上層藻液(距液面5 cm)鏡檢。

表2 齒狀紋石藻細(xì)胞去除實(shí)驗設(shè)計方案

2 結(jié)果與分析

2.1 齒狀紋石藻細(xì)胞去除效果

實(shí)驗結(jié)果表明,不同種類試劑對齒狀紋石藻細(xì)胞的去除效率不盡相同。在實(shí)驗設(shè)置濃度范圍內(nèi),高嶺土系列基本上沒有消除作用(圖1:1、4、7、10號),從外觀來看,比色管內(nèi)上層藻細(xì)胞密度大于下層密度且藻細(xì)胞沉降不明顯(圖2:1、4、7、10號),鏡檢發(fā)現(xiàn),高嶺土懸浮于海水中可能阻礙了藻細(xì)胞沉降。絮凝劑制備物系列對齒狀紋石藻細(xì)胞具有明顯的去除作用(圖1:2、5、8、11號),從外觀來看,藻細(xì)胞沉降明顯(圖2:2、5、8、11號),雖外觀看2號比色管透明度沒有8號和11號明顯,但鏡檢顯示已無藻細(xì)胞,5號比色管內(nèi)尚有少量活細(xì)胞存在。改性黏土系列對齒狀紋石藻細(xì)胞具有明顯的去除作用(圖1:3、6、9、12號),外觀看藻細(xì)胞沉降明顯(圖2:3、6、9、12號),雖然外觀看6號比色管透明度沒有9號和12號明顯,但鏡檢顯示已無藻細(xì)胞。

圖1 不同種類試劑對齒狀紋石藻細(xì)胞的去除效率

圖2 齒狀紋石藻培養(yǎng)液中加入試劑后10 min(上圖)和3 h(下圖)狀態(tài)

實(shí)驗結(jié)果表明,不同濃度的同種類試劑對齒狀紋石藻細(xì)胞的去除效率也不盡相同。在實(shí)驗設(shè)置濃度范圍內(nèi),高嶺土系列比色管內(nèi)藻細(xì)胞密度均大于對照組密度,7號密度(7.0×105cell/mL)與10號密度(7.0×105cell/mL)都大于1號密度(5.8×105cell/mL)及4號密度(4.6×105cell/mL),表明實(shí)驗濃度范圍內(nèi)加入高嶺土3 h時,其懸浮物對藻細(xì)胞的托舉作用隨著高嶺土濃度的增加有增大趨勢。絮凝劑制備物系列對齒狀紋石藻細(xì)胞的去除作用非常明顯,除5號(6.45×104cell/mL)外均被消除。改性黏土系列對齒狀紋石藻細(xì)胞的去除作用同樣非常明顯,3號比色管內(nèi)有少量藻細(xì)胞(5.26×102cell/mL)存活,6號、9號及12號比色管內(nèi)藻細(xì)胞均被完全消除。

2.2 高嶺土對絮凝劑制備物除藻的助凝效果

加入試劑3 h后,2號、3號及5號比色管底部沉積物積聚明顯。由外觀可見,5號比色管內(nèi)還有大量懸浮物存在(圖3),鏡檢顯示懸浮物松散、有少量藻細(xì)胞存在但均失去運(yùn)動活性,說明絮凝劑制備物投加量不是最佳水平,導(dǎo)致仍有少量藻細(xì)胞沒有發(fā)生凝聚沉降。結(jié)合2.1實(shí)驗結(jié)果可知,高嶺土對絮凝劑制備物除藻可產(chǎn)生明顯的助凝效果。

圖3 齒狀紋石藻培養(yǎng)液中加入低濃度試劑后3 h狀態(tài)

3 討論

海洋有害藻華包括海洋微型生物有害藻華與海洋大型藻類有害藻華,前者即赤潮(包括2009年以來發(fā)生于河北省秦皇島沿海的抑食金球藻Aureococcusanophagefferens藻華),后者包括滸苔(Ulvaprolifera)綠潮及銅藻(Sargassumhorneri)褐潮等[4]。調(diào)控海洋有害藻華的方法包括物理方法(人工網(wǎng)具及打撈船打撈等)、化學(xué)方法(潑灑硫酸銅等)及生物方法(生物化感作用等)[4-5]。21世紀(jì)以來,改性黏土法治理赤潮已在多個國家和地區(qū)得到了有效應(yīng)用,并有望成為消除或減弱滸苔綠潮災(zāi)害的有效手段[4-6]。

黏土的除藻效果因赤潮原因種及復(fù)合匹配物等不同而異。實(shí)驗結(jié)果顯示,高嶺土對齒狀紋石藻細(xì)胞基本沒有消除作用,改性黏土的絮凝沉降去除作用非常明顯。鐘雨霞[7]等研究結(jié)果顯示,解淀粉芽孢桿菌(Bacillusamyloliquefaciens)與高嶺土復(fù)合后能顯著提升二者單獨(dú)對東海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense)的去除率。高嶺土對絮凝劑制備物消除齒狀紋石藻可產(chǎn)生明顯的助凝效果,這與羅岳平[8]等研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

本實(shí)驗中,高嶺土對齒狀紋石藻細(xì)胞基本沒有消除作用,但對藻細(xì)胞具有明顯的托舉作用,改性黏土對齒狀紋石藻細(xì)胞的絮凝沉降去除作用非常明顯,進(jìn)一步驗證了PAC-MC對赤潮藻的消除作用。絮凝劑制備物對齒狀紋石藻細(xì)胞的絮凝沉降去除作用明顯,高嶺土對絮凝劑制備物除藻可產(chǎn)生明顯的助凝效果。實(shí)驗結(jié)果為進(jìn)一步研究應(yīng)急處置海洋有害藻華奠定了基礎(chǔ)。