中文摘要：

分形概念的提出为人们对絮凝过程中的无序现象和无规形态取得更清楚认识提供了新的理论和方法，推动了絮凝形态学的发展。借助分形理论，国内外专家对供、排水处理过程中的微藻絮凝以及"海洋雪"现象等自然条件下的藻类絮凝都已进行了大量研究；其最新研究结果表明，水体中微藻与絮凝剂的形态是影响絮凝过程和效果的重要因素，絮凝体的分形特征可以为絮凝过程和效果研究提供有效信息。但是，在有害藻华的防治研究中还未见到分形理论的应用报道。本研究以分形理论为基础，以我国近海常见有害藻华生物种为目标生物，在系统表征水体中基本颗粒物形态的基础上，研究藻华生物絮凝的动力学变化规律与机制，分析絮凝体分形特征与基本颗粒物形态的关系，阐明颗粒物形态以及絮凝条件对藻华生物絮凝过程的影响，揭示影响藻华絮凝效率的关键因子和过程，为有害藻华的防治提供科学指导。

结论摘要：

粘土絮凝法是目前国内外有害藻华应急处置的主要方法，也是唯一得到大面积应用的方法。该方法借助藻华生物、粘土粒子等颗粒之间碰撞絮凝、由小集大而沉降脱离水体的絮凝学原理，通过在发生有害藻华水体中播撒粘土材料而絮凝消除大量有害的藻华生物。因此，颗粒絮凝是影响该方法的关键过程。絮凝形态学是絮凝科学新发展起来的一个前沿热点，借助分形理论，国内外专家对供、排水处理过程中的絮凝现象进行了大量研究。本项目针对有害藻华治理中的粘土-微藻絮凝在分形絮凝形态学上的研究空缺，以分形理论为基础，通过实验研究和数理模拟运算相结合，分析了颗粒分形形态特征对改性粘土去除藻华生物效率的影响。首先，筛选确立了显微数字成像法为本研究中颗粒分形形态表征的方法，并对目标体系内的两种基本颗粒—改性粘土和藻华生物细胞的分形形态特征进行了表征。研究结果表明，PAC改性增强了改性粘土的分形特征，但降低了絮凝颗粒的密实性。一些藻华微藻的分形特征在不同生长期之间有显著差异，但不同微藻之间细胞分形形态的变化没有明显规律。 其次，实验分析了粘土理化特征、PAC改性处理、藻华生物及藻源有机质等决定颗粒形态的关键因子对藻华生物絮凝去除效率的影响。实验结果表明，对于常见藻华生物种—中肋骨条藻的去除率与粘土的理化参数具有较强的线性相关，去除率与粘土的Zeta电位、比表面积正相关，而与粘土的硅铝比负相关。粘土改性后与微藻细胞形成的絮凝体粒径增大，分形维数减小、致密性降低，去除效率提高，去除效率与絮凝体分形特征具有较好的相关性。不同形态的藻华生物形成不同分形特征的絮凝体，藻源有机质对絮凝体形态有重要影响，进而影响微藻去除效率。 第三，根据传统絮凝理论和分形几何理论，构建了描述粘土絮凝去除藻华生物的颗粒絮凝动力学模型，采用Fortran程序模拟了整个絮凝过程，基于分形学探讨了影响藻细胞去除效率和速度的关键因子。模拟结果表明，粘土-藻细胞有效碰撞效率的增加、粘土-粘土有效碰撞效率的减小、粘土浓度的增大、藻细胞浓度的减小会增大藻细胞的去除率；反之，会减小藻细胞的去除率。适度增加切应速度可以促进絮体的絮凝，增加藻细胞去除率。粘土-藻细胞有效碰撞效率和絮凝体分形维数变化对藻细胞去除率影响较大。PAC改性粘土可以增加粘土-藻细胞有效碰撞效率，降低絮凝体分形维数，从而增大藻细胞去除率。