生物絮凝泥沙的絮凝結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)分析.pdf

《生物絮凝泥沙的絮凝結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)分析.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、泥沙研究2014年12月JournalofSedimentReseareh第6期生物絮凝泥沙的絮凝結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)分析趙慧明，湯立群，王崇浩一，郭傳勝，(1．中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京100008；2．流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100048：3．清華大學(xué)水利系水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100084)摘要：泥沙絮凝是黏性泥沙動(dòng)力學(xué)中的一個(gè)重要課題，相關(guān)的研究主要關(guān)注于各種有機(jī)絮凝和無機(jī)絮凝的形成機(jī)理、影響因素、泥沙物理化學(xué)條件等方面。但近幾十年，泥沙的生物絮凝逐漸引起更多的關(guān)注，大多數(shù)研究

2、集中在各種生物學(xué)因子和沉積學(xué)因子之間的相互關(guān)系。本文借助于最新發(fā)展的研究工具和相關(guān)的顯微鏡方法來橋連生物絮凝泥沙中泥沙顆粒和微生物活動(dòng)及其代謝產(chǎn)物生物膜之間的關(guān)系，以利于更好地理解聚合物質(zhì)生物膜在微絮凝結(jié)構(gòu)及其外部絮凝行為中的作用。研究表明，生物絮凝泥沙包含了復(fù)雜的生物膜網(wǎng)絡(luò)，呈現(xiàn)出復(fù)雜的絮凝結(jié)構(gòu)。生物膜覆蓋泥沙表面充斥于顆?？紫吨?，在生物絮凝中起到主要的橋連作用．并對(duì)生物絮凝泥沙的表面形貌、結(jié)構(gòu)特征、力學(xué)性質(zhì)等產(chǎn)生重要影響。關(guān)鍵詞：生物絮凝泥沙；絮凝結(jié)構(gòu)；生物膜中圖分類號(hào)：TV141文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

3、0468—155X(2014)06-0012-07絮凝是自然界中一個(gè)不容忽視的現(xiàn)象，在環(huán)境、化工、河流泥沙等研究領(lǐng)域受到重視。從宏觀角度看，可將其分為有機(jī)絮凝、無機(jī)絮凝和生物絮凝三大類。生物絮凝不同于一般絮凝，主要是微生物在起作用，作為一種生命活體，它和一般惰性物質(zhì)有明顯區(qū)別，是與生命活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的。關(guān)于生物絮凝的作用機(jī)理先后提出過很多理論，包括電性中和學(xué)說、莢膜學(xué)說、疏水學(xué)說、菌體外纖維素纖絲學(xué)說和胞外聚合物架橋?qū)W說等?。黏性細(xì)顆粒泥沙的絮凝問題也是泥沙運(yùn)動(dòng)理論研究中一個(gè)重要而復(fù)雜的課題，目前相關(guān)的研究主要集中

4、在各種有機(jī)絮凝和無機(jī)絮凝的形成機(jī)理、影響因素、結(jié)構(gòu)特征等方面。而“生物絮凝”的概念大多應(yīng)用于環(huán)境、化工、生物等領(lǐng)域，關(guān)于泥沙的生物絮凝現(xiàn)象研究尚少，涉及到的研究一般是從宏觀角度出發(fā)，研究微生物活動(dòng)與泥沙沉積物的物理、化學(xué)及力學(xué)特性等的相互影響關(guān)系，目前大多限于野外采樣和數(shù)據(jù)提取，通過一些比較直接的相關(guān)分析等尋找相應(yīng)因素之間的聯(lián)系]，但大部分為定性說明，尚未建立較為完整的理論體系，相關(guān)空白有待于進(jìn)一步研究。為準(zhǔn)確了解生物絮凝泥沙的形成機(jī)理及結(jié)構(gòu)特征等，首先應(yīng)將水體環(huán)境中生物絮凝泥沙的微觀形貌可視化并對(duì)其絮凝結(jié)構(gòu)進(jìn)

5、行分析，從而可為進(jìn)一步的相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。生物絮凝泥沙本身泥沙顆粒尺度較小，為微米量級(jí)，且顆粒表面及顆粒之間均存在微生物代謝活動(dòng)所產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)生物膜(主體成分為胞外聚合物)，其85％～90％的主要成分為水分。因此，要兼顧泥沙和微生物及其代謝產(chǎn)物兩者的特點(diǎn)，采用適當(dāng)?shù)膬x器設(shè)備對(duì)生物絮凝泥沙進(jìn)行原樣觀測(cè)，不能對(duì)其進(jìn)行烘干、鍍炭等處理。本文利用環(huán)境掃描電子顯微鏡和激光共聚焦顯微鏡對(duì)生物絮凝泥沙的絮凝結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)其內(nèi)部微觀環(huán)境及外部行為特征獲得了較為直觀的認(rèn)識(shí)，并揭示了微生物活動(dòng)及其代謝產(chǎn)物在生物絮凝泥沙的結(jié)構(gòu)特

6、征及黏連特性中所發(fā)揮的巨大作用，這將有助于提高對(duì)自然界中生物絮凝泥沙動(dòng)力學(xué)及其環(huán)境作用的認(rèn)識(shí)。收稿日期：2014-05-05基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAB12B04)；清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究基金資助課題(sklhse一2014一B一01)；中國(guó)水利水電科學(xué)研究院科研專項(xiàng)(SEO145BI32014)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51109113)作者簡(jiǎn)介：趙慧明(1982一)，女，山東省文登市人，高級(jí)工程師，博士，主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)方麗研究。E—mail：zhao

7、huimingo45@163．c0m121實(shí)驗(yàn)方法1．1生物絮凝泥沙培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)直接從天然水域中采集生物絮凝泥沙樣品往往誤差很大，因?yàn)樵诓桓淖兓蚋蓴_它們?cè)继卣鞯那闆r下較難對(duì)天然環(huán)境中的絮凝泥沙進(jìn)行原樣觀測(cè)，且自然條件下難以觀察其整個(gè)變化過程，因此本文擬采用一定的模擬環(huán)境將生物絮凝泥沙的形成過程在實(shí)驗(yàn)室中通過實(shí)驗(yàn)的方法實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)用沙取自北京市官?gòu)d水庫庫區(qū)底泥，取樣后經(jīng)過清洗、烘干并用400號(hào)篩去除雜質(zhì)與較粗粒徑的泥沙。經(jīng)分析官?gòu)d泥沙樣品的主要成分為石英和長(zhǎng)石，約占40％，其次是綠泥石和伊利石(均為黏土礦物)，略低于

8、40％，還含有少量方解石和白云石，以及極少量的閃石存在。實(shí)驗(yàn)用水取自清華大學(xué)荷塘，夏季(8月份)菌落總數(shù)為28600個(gè)／ml，冬季(12月份)菌落總數(shù)為15800個(gè)／ml。水體營(yíng)養(yǎng)物濃度是影響生物膜生長(zhǎng)的一個(gè)重要因素，由清華大學(xué)分析中心對(duì)荷塘水體的基本水質(zhì)情況進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表1(測(cè)試時(shí)間為12月份)，測(cè)試結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)水樣的營(yíng)養(yǎng)度稍顯偏低。為維持微生物的最佳活性，根據(jù)各種微生物的營(yíng)養(yǎng)需