CN101182054A

CN101182054A - 一种通过超声波除藻的方法

Info

Publication number: CN101182054A
Application number: CNA2007100098565A
Authority: CN
Inventors: 苑宝玲; 舒天阁; 吴宝日
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2007-11-23
Filing date: 2007-11-23
Publication date: 2008-05-21

Abstract

本发明提供了一种通过超声波除藻的方法，其特征在于：所述方法为利用超声波破坏藻类生长对数期时的关键生长组分而去除藻类，即向藻类释放频率为100KHz～1MHz，功率为0～200W的超声波，每次5～10分钟，每5天超声一次。本发明操作方法简单，易于实现，没有二次污染，对于治理藻类水华具有很高的应用价值。

Description

一种通过超声波除藻的方法

技术领域

本发明属于水处理技术应用领域，更具体涉及一种利用超声波去除水中藻类的方法。

背景技术

工农业废水和生活废水的任意排放使水体的富营养化日趋严重，造成藻类的大量繁殖，导致水质恶化、水域功能严重退化，破坏原有生态系统的生物链，食物网，致使生物多样性丧失。藻体释放大量的藻毒素对人和动物产生很大的毒害作用，对于生活供水造成严重危害，影响水处理过程，处理过的水带有异味，阻塞排水管道、涵洞和滤器，破坏水处理设施，这一问题已受到广泛关注。目前对藻类的处理方法主要包括捕捞、絮凝、化学氧化法等方法，这些方法各有优缺点，如采用氧化法会造成藻毒素的释放而造成二次污染。利用超声波的机械作用，通过低频高功率超声波处理，将藻细胞破碎也是一种较常用方法，但该方法所需要的超声波功率大，释放时间长，并且容易使藻细胞中的藻毒素释放形成二次污染。随着超声生物学的迅速发展，人们对超声生物效应的基本原理认识越来越清晰，并开始利用超声的空化效应进行细胞破碎、杀菌等。近年来，人们开始研究利用超声波的生物效应来破坏蓝藻天线复合物的关键组分，或抑制其生物合成，从而抑制光合作用的进行，达到抑制蓝藻生长、防止水华爆发的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过超声波除藻的方法，方法为利用超声波破坏藻类生长对数期时的关键生长组分而去除藻类，操作简单，易于实现，没有二次污染，在藻类去除方面具有广阔的应用前景。

本发明的通过超声波除藻的方法，其特征在于：所述方法为利用超声波破坏藻类生长对数期时的关键生长组分而去除藻类，即向藻类释放频率为100KHz～1MHz，功率为0～200W的超声波，每次5～10分钟，每5天超声一次。

本发明的方法中超声波使用的更佳频率为500KHz，更佳功率为80W。

本发明所述的藻类为处于对数生长期的藻类；藻类为蓝藻类。

本发明的显著优点是：本发明针对超声这一特点研究超声辐射直接对蓝藻的去除作用，并从超声功率、频率、时间和浓度等方面考虑对微囊藻的去除效果，克服现有技术的不足，提出了一种利用超声波去除藻类的方法，该方法是利用中频低功率的超声波有针对性的破坏蓝藻的生理生化途径中的关键组分，破坏了藻胆体的结构功能，干扰了叶绿素的合成途径，干扰原有的代谢途径从而使藻细胞无法进行正常生理活动，沉降并自然死亡。本发明所提出的利用超声波去除藻类的方法，操作简单，易于实现，对于治理水华等生态问题有很高的应用价值，在其他的环境和生物工程等领域也具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是80W功率下不同频率超声处理铜绿微囊藻浓度变化图。

图2是50W功率下不同频率超声处理铜绿微囊藻浓度变化图。

图3是500KHz下不同功率超声处理铜绿微囊藻浓度变化图。

图4是200KHz下不同功率超声处理铜绿微囊藻浓度变化图，其中，纵坐标表示吸光度，横坐标表示天数。

图5是不同超声作用时间对微囊藻去除的影响图。

图6是二次超声对微囊藻去除的影响图。

具体实施方式

结合实施例充分阐述本发明的具体实施方法。

实施例1

(1)取三组浓度相同的铜绿微囊藻液，各100ml，输出功率调为80W，分别用频率为200KHz、500KHz和1000KHz的超声进行辐照，辐照时间为10min，将经超声作用的藻液静置于光照培养箱中，每24h取上清液测量吸光度。

(2)取三组浓度相同的铜绿微囊藻液，各100ml，用频率为200KHz、500KHz和1000KHz的超声分别进行辐照，功率均调节为50W，辐照时间为10min，将经超声作用的藻液静置于光照培养箱中，每24h取上清液测量吸光度。

分别均以紫外分光光度计测量其OD值，见附图1及图2。

从图1和图2中可以看出，超声频率对藻液的去除效果影响很大。

如图1所示，80W功率下不同频率的超声辐照对藻的去除效果差别很大。200KHz、500KHz和1000KHz作用10min后第一天，对藻的去除率分别为77％、91％、17％，超声作用后第四天，对藻的去除率分别为87％、95％、59％。200KHz、500KHz频率的作用效果明显优于1000KHz频率的作用，而500KHz的超声处理效果最佳。

从图2可以看出，50W功率下的超声辐照对于藻的去除同样也存在一个最佳的处理频率，该频率为200KHz。200KHz超声作用下藻的去除率在第一天就达到了91％，而500KHz和1000KHz的去除率只分别为85％和10％。

一般认为，随着超声频率的提高，在单位时间内超声周期也随之增多，·OH自由基的产率随着增多，但同时随着超声频率的增大，超声空化阈值随之明显增大，空化过程变得难以进行，同时过高的频率将使空化泡的疏密循环过快影响了空化泡的崩溃，因此声化学产额应随超声频率先增后降，即存在一个最佳频率。本实验的结果，超声对铜绿微囊藻的去除，在80W时，最佳处理频率为500KHz，而在50W时，最佳处理频率为200KHz。

从本实验的结果来看，不同的超声功率，对应一个不同的最佳处理频率。根据研究表明，超声波频率越低，在液体中产生空化越容易，也就是说要引起空化，频率越高，所需要的声强越大。这与本实验的结果，80W功率对应500 KHz的最佳处理频率，50W功率对应200KHz的最佳处理频率是一致的。

实施例2

(1)取四组浓度相同的铜绿微囊藻，各100ml，用200KHz超声设备辐照，功率分别为10W、50W、80W和120W，辐照时间为10min，将经超声作用的藻液静置于光照培养箱中，每24h取上清液测量吸光度。

(2)取四组浓度相同的铜绿微囊藻，各100ml，用500 KHz超声设备辐照，功率分别为10W、50W、80W和120W，辐照时间为10min，将经超声作用的藻液静置于光照培养箱中，每24h取上清液测量吸光度。

见附图3和附图4。

从图3可以看出，随着超声功率的增加，超声除藻的效果也增加，功率为10W时，超声后第一天的去除率为45％，而功率为50W、80W、120W时，超声后第一天的去除率分别为73％、83％和86％。同时也可以看出，随着超声功率的增加，去除效果并没有增加得很明显。超声频率为500KHz时，80W和120W的去除效率比较接近，考虑到经济效益，认为在频率为500KHz时，采用80W的功率比较适用。

从图4可以看出，在超声频率为200KHz时，50W的处理效果比10W的处理效果明显，10W的超声除藻率在第一天为63％，第五天为85％，而50W的超声除藻率在第一天就达到了84％，第五天为93％。而随着声强的增加，超声除藻效率没有增加，反而下降了，80W和120W的的除藻效率在第一天分别为82％和81％，第五天则都为86％。这说明随着功率的增加，超声对藻类的去除具有饱和的趋势，如果超出一定范围，功率过大反而会出现反效果。

实施例3

取五组相同浓度的铜绿微囊藻，各取100ml，用频率为500KHz，功率为80W的超声设备辐照，辐照时间分别为1min、5min、10min、15min、20min，将经超声作用的藻液静置于光照培养箱中，每24h取上清液测量吸光度。

在超声功率为80W，频率为500KHz下，不同超声作用时间处理微囊藻浓度变化见附图5。

从图5可以看出，随着超声时间的增加，超声除藻的效果也增强，超声作用时间为1min时，超声后第一天的除藻率为66％，而超声作用时间为2min时，其超声后第一天的除藻率就达到了85％，但继续作用，藻的去除率变得缓慢，而且去除率有变小的趋势。超声作用时间为10min、15min、20min时，其超声后第一天的除藻率分别为82％、83％、83％。到了第五天，超声作用时间为15min和20min的藻液有明显回绿的现象。从五天的去除效果看，超声作用时间5min和10min的效果差不多，由此可见5min是发生质变的临界处理时间，同时考虑到经济效益，采用5min是最有效而经济的处理时间。

实施例4

取两组不同浓度的藻液，各100ml，分别在功率为80W，频率为500KHz的超声辐射下作用10min，然后将经超声处理的藻液静置于光照培养箱中培养，每天取其上清夜测吸光度。在藻液回绿后，将藻液混匀，在同样的条件下再次超声，超声后仍置于光照培养箱中培养，每24h测其上清液的吸光度。

二次超声对藻去除的影响如图6所示。

从图6可以看出，在第一次超声后，藻的吸光度一天一天的下降，到了第五天，藻液有回绿的现象，而反映在图上是吸光度在第五天增大了。在第五天对混匀的藻液进行再次超声，从图中可以看出，二次超声后的藻液，其上清液的浓度维持在较低的水平，而且可以稳定较长的一段时间。同时，在实验中发现，经二次超声处理后，受超声作用而沉于底部的藻量变少，而且藻液泛黄。

由此可见，超声对细胞具有溶解效应，经二次超声作用后的藻液具有较大的稳定性。

利用本方法对蓝藻进行处理后，经过FDA-PI双色荧光法验证，可发现破碎死亡细胞明显增多，超声效果显著。

本发明所提出的利用超声波去除藻类的方法，操作简单，易于实现，对于治理水华等生态问题有很高的应用价值，在其他的环境和生物工程等领域也具有广泛的应用前景。

Claims

1.一种通过超声波除藻的方法，其特征在于：所述方法为利用超声波破坏藻类生长对数期时的关键生长组分而去除藻类，即向藻类释放频率为100KHz～1MHz，功率为0～200W的超声波，每次5～10分钟，每5天超声一次。

2.根据权利要求1所述的通过超声波除藻的方法，其特征在于：超声波使用的更佳频率为500KHz，更佳功率为80W。

3.根据权利要求1所述的通过超声波除藻的方法，其特征在于：所述的藻类为处于对数生长期的藻类。

4.根据权利要求1所述的通过超声波除藻的方法，其特征在于：所述的藻类为蓝藻类。