入侵植物镰荚金合欢(Dichrostachys cinerea L.)灰分的水处理潜力评估及其资源化利用研究

针对传统水处理技术成本高、产生有害副产物等问题，南非大学纳米技术与水可持续性研究所团队创新性地利用入侵植物镰荚金合欢灰分（550℃煅烧5h）作为天然处理剂，通过对比分析其与明矾单独及联合使用（0.01-0.05g/100mL）对pH（8.03-9.07）、电导率（最高592.00 μS/cm）及微生物（E. coli和总大肠菌群100%去除率）的影响，证实该生物质灰分可替代合成混凝剂，为可持续水处理提供绿色方案。

　　

在全球水资源危机和污染加剧的背景下，农村地区饮用水安全问题尤为突出。传统水处理技术如氯化法虽能有效灭活病原微生物，但会产生三卤甲烷(THMs)等致癌副产物；而常规混凝剂明矾(KAl(SO₄)₂·12H₂O)虽能改善水质，却会导致pH下降和铝残留风险。更棘手的是，非洲许多社区因缺乏基础设施，长期依赖污染地表水，致使水传疾病高发。面对这些挑战，南非大学纳米技术与水可持续性研究所（University of South Africa, Institute for Nanotechnology and Water Sustainability）的Adeyemi O. Adeeyo团队独辟蹊径，将生态治理与水处理相结合，首次系统评估了入侵植物镰荚金合欢(Dichrostachys cinerea L.)灰分的水处理潜力，相关成果发表于《Desalination and Water Treatment》。

研究团队采用550℃高温煅烧5小时制备植物灰分，通过多时间点（0/6/24小时）和多剂量（0.01-0.05g）实验设计，结合电导率仪和m-ColiBlue培养基等技术，对比分析了灰分与明矾单独及联合使用对南非林波波河流域6个采样点水样的处理效果。关键样本包括上游/下游河水（S1-S4）和池塘水（S5-S6），重点关注pH、电导率(EC)、总溶解固体(TDS)及微生物指标。

3.1 采样点水质基线特征

初始检测显示池塘水样电导率（321.30-325.60 μS/cm）显著高于河水（157.80-221.30 μS/cm），印证了静水环境更易富集矿物质。所有采样点均检出大肠杆菌（最高96 CFU/100mL）和总大肠菌群（最高420 CFU/100mL），表明存在粪便污染风险。

3.2 pH动态调控机制

明矾单独使用使pH骤降至4.43-4.47（超出WHO标准6.5-8.5），而植物灰分则能将pH提升至8.03-9.07的适宜范围。这种碱性调节源于灰分中金属氧化物/碳酸盐解离产生的OH^-离子，而明矾中Al³⁺水解产生的H⁺则是酸性的根源。

3.3 电化学参数变化

明矾处理使电导率激增300%（最高658.00 μS/cm），因其释放K⁺/Al³⁺/SO₄^2-离子；而灰分处理仅使EC值温和上升（142.00-221.00 μS/cm）。值得注意的是，0.01g灰分在6小时内使River 1 salinity从83.40降至83.60 mg/L，显示其离子交换吸附潜力。

3.5 微生物灭活效能

24小时处理中，0.05g灰分对River 1大肠杆菌灭活率达100%，但对River 2菌株需与明矾联用才能达到同等效果。这种差异可能与菌株生物膜特性有关——灰分通过碱性环境(pH>9)破坏细胞膜，而明矾则通过絮凝作用包裹微生物。联合处理在0.03g剂量下即实现总大肠菌群99%去除，证实协同效应。

该研究开创性地将入侵植物治理与水净化相结合，证实镰荚金合欢灰分可替代50%明矾用量，在保证微生物安全性的同时避免pH失衡。其碱性消毒机制为开发无氯消毒技术提供新思路，而电导率可控的特点则解决了传统混凝剂盐分累积的难题。未来研究可探索灰分-过滤联用工艺，并评估长期使用中微量元素的释放风险。这项源自非洲本土的解决方案，为全球发展中国家低成本水处理提供了可复制的技术范式。