CN100588622C - 抗菌防臭纤维织物在杀灭藻类中的用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗菌防臭纤维织物在杀灭水华藻类中的应用，利用经化学处理形成的对水生动植物安全无害的结合亚铜离子和碱性绿基团的改性腈纶复合纤维杀灭水华藻类。方法是：在出现藻类水华的水体中投放抗菌防臭纤维(直接使用抗菌防臭纤维，或将抗菌防臭纤维纺织成布或薄膜，或将抗菌防臭纤维织成网状，或将抗菌防臭纤维编织成水草形状等)，悬浮在出现藻类水华的水体中，使抗菌纤维对水华藻细胞发生作用，杀死水华藻细胞，使水体恢复清澈透明。本发明方法操作简单，方便在出现藻类水华的各种水体中实施，易于回收清理，杀藻效率高，对水华的治理彻底，见效快，无环境污染。

Description

抗菌防臭纤维织物在杀灭藻类中的用途

技术领域

本发明涉及生物除藻技术领域，更具体涉及一种利用抗菌纤维织物在杀灭藻中的用途，尤其适用于蓝绿藻水华的治理。

背景技术

目前，随着工业进程的加快和经济的快速发展，大量工农业废水的排放，居民生活污水的排放以及人工养殖产业自身污染，导致水体的富营养化现象日趋严重，已成为世界各国所面临的重大环境问题，也成为我国最紧迫的环境问题。根据最近的调查，欧洲、非洲、北美洲和南美洲分别有53％、28％、48％和41％的湖泊存在不同程度的富营养化现象，亚太地区54％的湖泊处于富营养化状态。我国是一个多湖泊的国家，目前湖泊富营养化问题也日趋严重。90年代以来，全国淡水水体的富营养化状况加重，60％的天然淡水湖泊有不同程度的富营养化污染现象。

淡水水体富营养化危害最大的的一个表征是蓝藻水华暴发。从本质上讲，水华是以蓝藻为载体的物质和能量转换的结果。富营养化的湖泊和水库，因水体富含P、N等营养元素，当N/P比值达到15～20时，只要气温、光照、水文、气象等外部条件适宜浮游生物(尤其是蓝藻)就会快速繁殖生长，甚至在水表聚合成数厘米厚的蓝绿色的藻浆，暴发水华。

水华爆发时，大量生长的水华藻类会影响和改变水的理化性质，降低水体的透明度和溶解氧，窒息浮游动物和鱼类，产生难闻的气味，严重影响生物多样性、水体的景观和水的利用价值。更为严重的是许多水华藻类会产生毒素，可以杀死浮游动物、鱼类和野生动物，并通过食物链影响人类的健康。自从1878年Francis首次发现泡沫节球藻(Nodularia spumigena Mert)水华能够引起家畜、禽类中毒、死亡以来，有关藻类水华引起的野生动物、鱼类、家禽及宠物中毒、死亡的报道很多，世界各地经常发生藻类毒素中毒事件。在巴西，蓝藻毒素(Cyanotoxin)甚至引发过严重的死亡事件，淡水水体中的蓝藻毒素已成为全球性的环境问题。蓝藻门至少有20个属的50多种可以产生毒素，其中较为常见，也是研究较多的有微囊藻属、鱼腥藻属、颤藻属、束丝藻属等。

蓝藻水华的危害表现如下：

1.对人类健康具有很大危害性。人们在洗澡、游泳及其它水上运动时，接触含藻毒素水体可引起眼睛和皮肤过敏；少量喝水可引起急性肠胃炎；长期饮用则可能引发肝癌。

2.家畜及野生动物饮用了含藻毒素的水后，会出现腹泻、乏力、呕吐、嗜睡等症状，甚至死亡。

3.蓝藻对水生生物有影响。蓝藻能释放生物毒素类次级代谢物，含一定浓度藻毒素的水体可使鱼卵变异，蚤类死亡，鱼类行为及生长异常，水华暴发也常使大量水生生物死亡；另外，在水生脊椎动物及无脊椎动物体内积累的藻毒素，包括鱼、贝和浮游动物等，有可能通过食物链的累积效应而危害人体健康。

4.含毒素的蓝藻细胞在水体中的迁移，如与粘土共沉淀，或被水生生物捕食后随其颗粒排泄物沉淀等途径，使毒素积累并滞留在底质中，对水环境可能产生持续的影响。

5.当水华出现时，水面被厚厚的蓝绿色湖靛所覆盖，甚至在岸边堆积，藻体死亡时还会散发恶臭，严重破坏景观。

鉴于蓝藻水华对环境及人类存在的危害性，对其进行控制和消除势在必行。蓝藻水华尤其是大型湖泊中的蓝藻水华的治理是世界性的难题，除了降低水体中N、P营养盐水平外，世界许多国家对蓝藻水华的治理尝试了许多方法，归结起来有以下方法：

1.物理除藻

超声波法：利用超声波的机械振动、声流和空化效应造成生物细胞组织的损伤、断裂或粉碎，使生物组分发生物理和化学变化，高效节能地破坏蓝藻天然复合物的关键组分，或抑制其生物合成，从而抑制光合作用的进行，以达到抑制蓝藻生长、防止水华暴发的目的。此方法的缺点是会对除了藻类以外的大型生物，如鱼类，螺蛳造成影响。

过滤法：直接将水华的水泵出在管道上加层滤网即可滤出水华藻类，优点是操作简便，缺点是过滤时间长了滤网会堵塞需要定期清理滤网，且该方法对大型水华水体不适用。

脱水法：通过重力斜筛自动脱水设备进行脱水处理，脱水后形成的藻浆经去毒处理，将成为上好的有机肥料或饲料。此方法较为经济，但同样不适用于大型水华水体。

2.化学除藻：利用除草剂、杀藻剂及金属盐等来控制水华，例如用硫酸铜治藻，硫酸铜在水中分解的Cu²⁺与藻体中的蛋白质结合，蛋白质变性，藻体死亡。但该法治疗效果不十分理想，原因是蓝藻繁殖很快，一旦优势种群形成，即使当天用药见效，过一两天又会大量繁殖出现。除此之外，化学除藻还容易给水体带来二次污染，不安全。

3.生物除藻：利用生态系统食物链摄取的原理以及生物的相生相克关系来控制或抑制水华。将凡是能够有效地控制蓝藻生长的生物调动起来，但又不能造成生态危害，人为地创造了一个生态链环。例如采用放养鲢鳙鱼直接控制蓝藻水华的“生物操纵”法，它是利用藻类吸收水体中的氮磷、鲢鳙鱼摄取藻类这一食物链转换关系，既能在控制蓝藻恶性增长中发挥作用，又不会破坏水体的生态平衡。通过循环放养和重复养殖，鱼可深入到湖区各部，调控湖泊中生物之间的食物链关系，降低藻类现有量，再通过成鱼捕捞，取走水体中的营养物质，从而达到减轻湖泊污染负荷，改善水质的目的，缺点是取得成效较慢。

4.微生物除藻：目前已经从自然水体中分离到了不同种类的溶藻微生物，包括放线菌，真菌，细菌，病毒和原生动物等，引起了科学家的重视。其中又以溶藻细菌和噬藻体研究的最多，多数溶藻细菌能够分泌细胞外物质，对宿主藻类起抑制或杀灭作用；而噬藻体则是通过专一性的吸附到其宿主藻细胞中进行复制并在释放阶段使藻细胞破裂死亡，从而达到杀灭藻类的目的。溶藻微生物有其高效、专一性，并能够在去除水华后生物降解，不危害环境等优点。不过，目前国内在溶藻微生物和溶藻物质方面的研究还处于起步阶段，要真正用于治理水华，赤潮仍需进一步的研究探索。

综上所述，物理除藻方法中的超声波法简便易行，但需消耗大量能源且会对水体中植物，微生物和鱼类造成影响，超声波扩散范围有限不适用于大型水华水体；过滤法操作简便，但过滤时间长了滤网会堵塞需要定期清理滤网，且不能根治水华，不适用于大型水华水体；脱水法较为经济，但同样不适用于大型水华水体。

化学除藻方法如利用除草剂、杀藻剂及金属盐等治理藻类简单快速，适于处理大型水华水体，除藻效果好，但化学除藻剂可能会对环境产生二次污染且容易通过食物链危害人类的健康。

生物除藻方法中的生物操纵法，不会破坏水体环境，但认为的创造一个食物链，实施环节多，比较烦琐且成本较高，取得成效较慢；微生物除藻法能高效、专一的去除藻类，并能够在藻类杀灭后自然死亡降解，不危害环境，但目前溶藻细菌及其溶藻代谢产物的相关产品仍未能投入使用；而噬藻体在投放到水体中后，其吸附率与噬藻体的滴度会达到一个动态平衡，当噬藻体的浓度低于某一阈值时，噬藻体的失活速率就会超过其与宿主的接触速率，从而导致病毒数量的下降，而在大型水体中，要使病毒的滴度保持在某一阈值以上是较为困难的，阻碍了噬藻体在治理水华方面的发展。故而生物除藻方法仍有待进一步的研究。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种抗菌防臭纤维织物在杀灭水华藻类中的应用，方法应用方便，操作简便，杀藻效率高，见效快，直接杀死藻细胞、治理水华彻底，无化学污染，成本低廉。

为了达到杀灭水华藻类的目的，本发明采用以下技术措施，其步骤是：

1、本发明采用了一种抗菌防臭纤维，该纤维是一种改性腈纶纤维，其第一单体上复合亚铜离子，在第三单体衣康酸或丙烯磺酸钠上复合碱性绿基团，其结构式为：

2、将抗菌防臭纤维制成多种形式在藻类水华水体中杀藻的应用：

A、直接使用抗菌防臭纤维在藻类水华的水体中杀藻中的应用；

B、将抗菌防臭纤维纺织成布或膜在藻类水华的水体中杀藻中的应用；

C、将抗菌防臭纤维织成网状在藻类水华的水体中杀藻中的应用；

D、将抗菌防臭纤维编织成水草形状在藻类水华的水体中杀藻中的应用。

3、将抗菌防臭纤维制成品悬浮在出现藻类水华的水体中，必要时可以辅助漂浮和沉降附件，使抗菌防臭纤维与水华藻细胞发生作用，杀死水华藻类，使水体恢复清澈透明。

该抗菌防臭纤维对铜绿微囊藻，鲍氏织线藻，水华鱼腥藻，莱茵衣藻，斜生栅藻及其它淡水水华藻类均有良好杀灭及抑制效果。

抗菌防臭纤维在其结构中亚铜离子和碱性绿基团都具有杀藻作用，亚铜离子作为重金属可以直接杀死藻细胞，碱性绿基团通过和藻细胞结合，破坏其代谢杀死藻细胞。将其投放到发生水华水体中时，亚铜离子和碱性绿基团在杀灭藻类的过程中协同作用，进一步加强了抗菌防臭纤维杀灭藻类的效果。本发明与目前所用的物理除藻法，化学法以及生物除藻法相比较，具有以下特点：

1、杀藻效率高、见效快：抗菌防臭纤维杀藻3天见到杀藻效果，7-10天左右杀灭水华水体中的藻细胞，比生物除藻技术杀藻速度见效快，其速度接近于化学除藻技术。

2、直接杀死藻细胞、治理水华彻底：物理除藻技术治理后容易再次发生水华，达不到根治水华的目的，而抗菌防臭纤维直接杀死藻细胞，从根本上防止水华再次发生。

3、无化学污染：抗菌防臭纤维杀藻的功能基团亚铜离子紧密鳌合在水不溶性的腈纶纤维上、碱性绿基团是通过化学键结合在腈纶纤维上，因此抗菌防臭纤维杀藻既具有化学杀藻效率高速度快的特点，又避免了化学除藻技术存在的二次化学污染问题。

4、操作简单、方便实施：抗菌防臭纤维不管是直接使用，或将抗菌防臭纤维纺织成布，或将抗菌防臭纤维织成网状，或将抗菌防臭纤维编织成水草形状等，只需要简单地将其悬浮在出现藻类水华的水体中，便可对水华藻细胞发生杀灭作用，实施十分方便，杀藻完成后也易于回收清理。

5、可重复使用：杀藻完成后回收的抗菌防臭纤维制成品，经洗净干燥后可以重复使用，洗涤20次后其杀藻效果未见明显降低。

附图说明

图1为一种抗菌防臭纤维织物杀铜绿微囊藻DS效果图。

图2为一种抗菌防臭纤维织物杀铜绿微囊藻7820效果图。

图3为一种抗菌防臭纤维织物杀莱茵衣藻效果图。

图4为一种抗菌防臭纤维织物杀斜生栅藻效果图。

图5为一种抗菌防臭纤维织物杀鲍氏织线藻效果图。

图6为一种抗菌防臭纤维织物杀水华鱼腥藻效果图。

图7为一种抗菌防臭纤维织物杀野生水华铜绿微囊藻效果图。

图8为一种抗菌防臭纤维织物多次洗涤后杀藻效果图。

具体实施方式

下面通过几个实例说明本发明的杀藻效果：

实例1：利用抗菌防臭纤维织物杀铜绿微囊藻DS

1、取在实验室用BG11培养基培养的处于对数生长期的铜绿微囊藻DS1000mL(生物量为叶绿素a含量5.97mg/L)，加入裁剪成2.5cm×8cm大小的抗菌防臭纤维织物布条10块进行杀藻。

2、每日取藻液提取叶绿素a以测定铜绿微囊藻DS生物量，观测经抗菌防臭纤维织物杀藻后铜绿微囊藻DS生物量的变化。

3、从投放抗菌防臭纤维织物后第3天即可见铜绿微囊藻DS生物量减少，藻细胞死亡，裂解并悬浮在水中或沉至瓶底。此后铜绿微囊藻DS生物量逐日减少，至第21日藻细胞全部死亡。请见图1。

实例2：利用抗菌防臭纤维织物杀铜绿微囊藻7820

1、取在实验室用BG11培养基培养的处于对数生长期的铜绿微囊藻78201000mL(生物量为叶绿素a含量1.92mg/L)，加入裁剪成2.5cm×8cm大小的抗菌防臭纤维织物布条10块进行杀藻。

2、每日取藻液提取叶绿素a以测定铜绿微囊藻7820生物量，观测经抗菌防臭纤维织物杀藻后铜绿微囊藻7820生物量的变化。

3、从投放抗菌防臭纤维织物后第1天即可见即可见铜绿微囊藻7820生物量减少，藻细胞死亡，裂解并悬浮在水中或沉至瓶底。此后铜绿微囊藻DS生物量逐日减少，至第12日藻细胞全部死亡。请见图2。

实例3：利用抗菌防臭纤维织物杀莱茵衣藻

1、取在实验室用BG11培养基培养的处于对数生长期的莱茵衣藻1000mL(生物量为藻液叶绿素a含量2.21mg/L)，加入裁剪成2.5cm×8cm大小的抗菌防臭纤维织物布条10块进行杀藻。

2、每日取藻液提取叶绿素a以测定莱茵衣藻生物量，观测经抗菌防臭纤维织物杀藻后莱茵衣藻生物量的变化。

3、从投放抗菌防臭纤维织物后第1天即可见莱茵衣藻生物量减少，藻细胞死亡，裂解并悬浮在水中或沉至瓶底。此后莱茵衣藻生物量逐日减少，至第12日藻细胞全部死亡。请见图3。

实例4：利用抗菌防臭纤维织物杀斜生栅藻

1、取在实验室用BG11培养基培养的处于对数生长期的斜生栅藻1000mL(生物量为叶绿素a含量0.35mg/L)，加入裁剪成2.5cm×8cm大小的抗菌防臭纤维织物布条10块进行杀藻。

2、每日取藻液提取叶绿素a以测定斜生栅藻生物量，观测经抗菌防臭纤维织物杀藻后斜生栅藻生物量的变化。

3、在投放抗菌防臭纤维织物后第3天，与对照组相比，斜生栅藻的生长明显受到抑制，部分藻体死亡，裂解并悬浮在水中或沉至瓶底，此后斜生栅藻生物量一直控制在较低水平，并且略有下降。请见图4。

实例5：利用抗菌防臭纤维织物杀鲍氏织线藻

1、取在实验室用BG11培养基培养的处于对数生长期的鲍氏织线藻1000mL(生物量为叶绿素a含量4.15mg/L)，加入裁剪成2.5cm×8cm大小的抗菌防臭纤维织物布条10块进行杀藻。

2、每日取藻液提取叶绿素a以测定鲍氏织线藻生物量，观测经抗菌防臭纤维织物杀藻后鲍氏织线藻生物量的变化。

3、在投放抗菌防臭纤维织物后第3天，与对照组相比，鲍氏织线藻的生长明显受到抑制，藻细胞死亡，裂解并悬浮在水中或沉至瓶底。此后斜生栅藻生物量逐日下降，至第11日藻细胞全部死亡。请见图5。

实例6：利用抗菌防臭纤维织物杀水华鱼腥藻

1、取在试验使用BG11培养基培养的处于对数生长期的水华鱼腥藻1000mL(生物量为叶绿素a含量1.89mg/L)，加入裁剪成2.5cm×8cm大小的抗菌防臭纤维织物布条10块进行杀藻。

2、每日取藻液提取叶绿素a以测定水华鱼腥藻生物量，观测经抗菌防臭纤维织物杀藻后水华鱼腥藻生物量的变化。

3、在投放抗菌防臭纤维织物后第3天，与对照组相比，水华鱼腥藻生长被明显抑制，部分藻体死亡，裂解并悬浮在水中或沉至瓶底，此后斜生栅藻生物量一直控制在较低水平。请见图6。

实例7：利用抗菌防臭纤维织物杀野生水华铜绿微囊藻

1、在两个大小均为1.8m×2.8m×1.5m(水深为0.8m)的露天水池中人工制造富营养化环境，然后从自然发生铜绿微囊藻水华的池塘采集的野生水华铜绿微囊藻，接种在上述人工富营养化水池中。

2、待2个池子的藻液生物量颜色达到水华池塘藻液生物量后(生物量为叶绿素a含量约为0.54mg/L)，在池中纵向放入3块大小均为1.4m×0.7m的抗菌纤维织物，并加重物坠下，织物两端用绳子系在实验池两端。

3、每日从实验池和对照池中取水样提取叶绿素a以测定铜绿微囊藻生物量，观测经抗菌防臭纤维织物杀藻后野生水华铜绿微囊藻生物量的变化。

4、从投放抗菌防臭纤维织物后第1天即可见野生水华铜绿微囊藻生物量减少，藻细胞死亡、裂解并悬浮在水中或沉至水底。此后野生水华铜绿微囊藻生物量逐日减少，至第7日藻细胞全部死亡。请见图7。

实例8：利用抗菌防臭纤维织物杀云南滇池水华藻

1、取在云南滇池水华水体中的藻液500mL，分别加入裁剪成2.5cm×8cm大小的抗菌防臭纤维织物布条3、6、10块进行杀藻。

2、3天后取藻液提取叶绿素a以测定水华藻生物量，观测经抗菌防臭纤维织物杀藻后滇池水华藻生物量的变化，并测定藻液的总含氮量，总含磷量及化学需氧量。

3、投放抗菌防臭纤维布3天后即可见水华藻生物量减少，藻体死亡，裂解并悬浮在水中或沉至瓶底。当肉眼观察水体清澈透明，即可取出抗菌纤维织物洗净晾干并再次使用。

表1、抗菌防臭纤维织物杀云南滇池水华藻效果

实例9：多次洗涤后抗菌防臭纤维织物杀藻效果

1、取在实验室用BG11培养基培养的处于对数生长期的铜绿微囊藻78201000mL，藻液叶绿素a含量约为1.9mg/L，分别加入裁剪成2.5cm×8cm大小，用纺织品国家标准GB/T 8629所述方法洗涤0次、5次、10次和20次并烘干的抗菌防臭纤维织物布条10块进行杀藻。

2、每日取藻液提取叶绿素a以测定铜绿微囊藻7820生物量，观测多次洗涤的抗菌防臭纤维织物杀藻后铜绿微囊藻7820生物量的变化。

3、洗涤5次、10次和未经洗涤的抗菌防臭纤维织物一样，从投放抗菌防臭纤维织物后第1天即可见铜绿微囊藻7820生物量减少，藻细胞死亡，裂解并悬浮在水中或沉至瓶底。此后铜绿微囊藻DS生物量逐日减少，至第14日藻细胞全部死亡。洗涤20次组第3天铜绿微囊藻7820生物量减少，至第14日藻细胞大部分死亡，仍具有很好的杀藻效果。请见图8。

Claims (6)

1、一种利用抗菌防臭纤维织物在杀灭水华藻类中的应用，该抗菌防臭纤维织物是一种改性腈纶纤维，其特征在于在腈纶纤维的第一单体上复合亚铜离子，在第三单体衣康酸或丙烯磺酸钠上复合碱性绿基因，其结构式为：

2、权利要求1所述的抗菌防臭纤维制成品悬浮在在藻类水华的水体中杀藻的应用。

3、权利要求1所述的抗菌防臭纤维制备成布或薄膜在藻类水华的水体中杀藻的应用。

4、权利要求1所述的抗菌防臭纤维制备成布或薄膜并剪成块或条在藻类水华的水体中杀藻的应用。

5、权利要求1所述的抗菌防臭纤维制备成网状在藻类水华的水体中杀藻的应用。

6、权利要求1所述的抗菌防臭纤维制备成人工水草在藻类水华的水体中杀藻的应用。

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