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

(河北農業大學海洋學院 海洋生態災害與海洋生態保護修復實驗室,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區。齒狀紋石藻(Pleurochrysiscarterae)是一種鈣化海洋赤潮微藻,無性繁殖產生似親孢子,繁殖迅速,連續一次性培養過程中因細胞碳酸鈣顆石層脫落,導致培養液呈現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急處置方面的優勢[2]。本研究在室內利用以高嶺土(kaolinite,KL)為基礎研制的改性黏土及聚合氯化鋁為基礎研制的絮凝劑制備物(Flocculant preparation samples)進行消除齒狀紋石藻實驗,為利用改性黏土及絮凝劑應急處置海洋有害藻華提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及設備

齒狀紋石藻由河北農業大學海洋學院海洋生態災害與海洋生態保護修復實驗室分離保存。

高嶺土(實驗試劑,KL)購自天津市凱通化學試劑有限公司。聚合氯化鋁(分析純,PAC)購自天津市大茂化學試劑廠,本實驗室在此基礎上進一步加工制備成絮凝劑制備物(PAC-PS)。改性黏土(PAC-MC)根據劉正宇等[3]的方法制備而成。

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

1.2 實驗方法

1.2.1 齒狀紋石藻細胞去除實驗

將處于指數生長期的齒狀紋石藻培養液加入50 mL具塞比色管中,加入一定量的試劑至預設濃度(表1),每個濃度設置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),利用浮游植物計數框進行計數。

表1 齒狀紋石藻細胞去除實驗設計方案

根據以下公式計算齒狀紋石藻細胞去除率:

除藻效率(%)=(1-實驗組藻細胞密度/對照組藻細胞密度)×100%。

1.2.2 高嶺土對絮凝劑制備物的助凝作用

將處于指數生長期的齒狀紋石藻培養液加入50 mL具塞比色管中,加入一定量的重新配置試劑至預設較低濃度(表2),每個濃度設置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 齒狀紋石藻細胞去除實驗設計方案

2 結果與分析

2.1 齒狀紋石藻細胞去除效果

實驗結果表明,不同種類試劑對齒狀紋石藻細胞的去除效率不盡相同。在實驗設置濃度范圍內,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,比色管內上層藻細胞密度大于下層密度且藻細胞沉降不明顯(圖2:1、4、7、10號),鏡檢發現,高嶺土懸浮于海水中可能阻礙了藻細胞沉降。絮凝劑制備物系列對齒狀紋石藻細胞具有明顯的去除作用(圖1:2、5、8、11號),從外觀來看,藻細胞沉降明顯(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胞,5號比色管內尚有少量活細胞存在。改性黏土系列對齒狀紋石藻細胞具有明顯的去除作用(圖1:3、6、9、12號),外觀看藻細胞沉降明顯(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胞。

圖1 不同種類試劑對齒狀紋石藻細胞的去除效率

圖2 齒狀紋石藻培養液中加入試劑后10 min(上圖)和3 h(下圖)狀態

實驗結果表明,不同濃度的同種類試劑對齒狀紋石藻細胞的去除效率也不盡相同。在實驗設置濃度范圍內,高嶺土系列比色管內藻細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),表明實驗濃度范圍內加入高嶺土3 h時,其懸浮物對藻細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胞的去除作用同樣非常明顯,3號比色管內有少量藻細胞(5.26×102cell/mL)存活,6號、9號及12號比色管內藻細胞均被完全消除。

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、有少量藻細胞存在但均失去運動活性,說明絮凝劑制備物投加量不是最佳水平,導致仍有少量藻細胞沒有發生凝聚沉降。結合2.1實驗結果可知,高嶺土對絮凝劑制備物除藻可產生明顯的助凝效果。

圖3 齒狀紋石藻培養液中加入低濃度試劑后3 h狀態

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]。調控海洋有害藻華的方法包括物理方法(人工網具及打撈船打撈等)、化學方法(潑灑硫酸銅等)及生物方法(生物化感作用等)[4-5]。21世紀以來,改性黏土法治理赤潮已在多個國家和地區得到了有效應用,并有望成為消除或減弱滸苔綠潮災害的有效手段[4-6]。

黏土的除藻效果因赤潮原因種及復合匹配物等不同而異。實驗結果顯示,高嶺土對齒狀紋石藻細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]等研究結果顯示,解淀粉芽孢桿菌(Bacillusamyloliquefaciens)與高嶺土復合后能顯著提升二者單獨對東海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense)的去除率。高嶺土對絮凝劑制備物消除齒狀紋石藻可產生明顯的助凝效果,這與羅岳平[8]等研究結果一致。

4 結論

本實驗中,高嶺土對齒狀紋石藻細胞基本沒有消除作用,但對藻細胞具有明顯的托舉作用,改性黏土對齒狀紋石藻細胞的絮凝沉降去除作用非常明顯,進一步驗證了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生明顯的助凝效果。實驗結果為進一步研究應急處置海洋有害藻華奠定了基礎。