囊型棕囊藻聚沉消除的增效方法及其絮凝形态学机制研究

Phaeocystis is a genus of marine phytoplankton with a world-wide distribution and plays an important role on climate change and materials vertical transport.Phaeocystis blooms (PBs) have impacted our national coasts from the north to the south and become a typical disaster in the marine ecosystem, which endangered safe production of the nuclear power located in the South China Sea coasts. It’s urgently needed to develop the effective management and mitigation methods for PBs. Based on the existing research results and the application experiences, especially drawn on the experiences of international studies on marine snow, our project plans to develop an effective PBs removal method after thoroughly examining the process of Phaeocystis aggregation and sedimentation. It’s the key point to illustrate the regular pattern of colonial algal surface change and its influence on the precipitation of Phaeocystis blooms.The shape and the surface activity of colonial Phaeocystiswill be tested and observed whenthey are on different growing period or surrounding nutrition.The critical factors affected the PBs precipitationwill be screened out, then the effective aggregationmethod for PBs precipitation will be researched and developed. After all, the mitigation mechanisms of the new method will be deeply discussed according to the flocculation morphological theories and the fractal methods.

囊型棕囊藻是世界广泛分布的一类海洋微藻，对气候变化、垂直物质输运等有重要影响；其导致的藻华现象在我国沿海从南到北都有分布，已是影响我国近海生态环境的典型灾害现象，新近又对南海沿岸的核电安全生产带来严重威胁。无论是为维护近海生态环境健康，还是为保护我国核电生产安全，当前都迫切需要有效可行的棕囊藻防控方法。本项目借鉴国际“海洋雪花”现象研究的经验，在已有藻华防治研究和应用基础上，拟通过调控囊型棕囊藻的凝聚、沉降过程，提出科学有效的藻华消除方法。本研究将在分析不同生长条件或生长期下囊型棕囊藻颗粒的形态与表面活性基础上，揭示棕囊藻藻华颗粒表面化学活性的变化规律及其对棕囊藻聚沉过程的影响；进而针对影响棕囊藻聚沉的关键因子提出有效的藻华聚沉消除方法，并基于絮凝形态学原理分析其作用过程和凝聚体分形形态特征，阐明有效调控棕囊藻聚沉方法的作用机制，为囊型棕囊藻藻华的应急消除提供理论指导和方法支持。

棕囊藻是世界广泛分布的一类海洋微藻，对气候变化、垂直物质输运等有重要影响；其导致的藻华现象在我国沿海从南到北都有分布，是影响我国近海生态环境的典型灾害现象，并且是我国沿海核电冷源取水的严重安全威胁。无论是为维护近海生态环境健康，还是为保护我国核电生产安全，都迫切需要有效可行的棕囊藻防控方法。本项目面向社会需求，针对改性粘土法治理棕囊藻藻华的应用基础开展了以下内容的研究：①影响改性粘土消除棕囊藻效率的关键控制因子；②高效消除棕囊藻的新型改性粘土设计；③新型改性粘土的性能测试、除藻机制分析。已取得阶段性结果有：①优化了改性粘土关键组分分析方法，实现了海水体系中改性粘土不同形态铝的准确定量分析；②分析了不同生长条件或生长期的囊型棕囊藻颗粒形态与表面理化特征，发现囊体疏水性低于单细胞；③分析了添加到藻液后改性粘土中铝形态特征及分布与变化，比较了不同改性粘土间的差异，发现低剂量下（≤0.25g/L）改性粘土释放溶解态铝的比例较高；与PAC-MC体系相比，AC-MC体系释放的溶解态铝比例更高、稳定性更差，这可能是铝系改性粘土胁迫藻华生物的化学基础；④筛选了对微藻有高效抑制能力的绿色季铵类化合物，通过与PAC-MC复合改性，合成了具有高效除藻能力的有机无机复合改性粘土；⑤相较于传统改性粘土，新型改性粘土对藻液中溶解有机质有更好的适应性，形成颗粒更大、分形维数更小、再生聚合能力强的絮凝体，是其高效除藻的形态学基础；⑥首次实验发现改性粘土可以诱导藻细胞的程序性死亡，补充完善了改性粘土治理藻华的机制；⑦在实验测试基础上，通过现场应用进一步证明了改性粘土消除球形棕囊藻囊体的有效性。另外，助力改性粘土技术走出国门，为改性粘土方法发展和技术应用推广提供了重要理论和方法支持。相关研究成果已发表论文10篇，申请国内发明专利10项（已有1项获授权），申请国际专利2项，相关研究作为重要支撑获得国家技术发明奖二等奖1项、省部级奖3项。