CN102161530A

CN102161530A - 一种利用大型海藻进行水处理的方法

Info

Publication number: CN102161530A
Application number: CN2011100365223A
Authority: CN
Inventors: 王金霞; 董瑞琪; 周百成
Original assignee: Institute of Oceanology of CAS
Current assignee: Institute of Oceanology of CAS
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2011-08-24

Abstract

本发明涉及藻类生物技术和水处理技术。具体的说是将大型海藻的细胞系进行营养繁殖，即大型海藻无性系对富营养化水体进行水处理的方法。本发明利用大型海藻无性系具有可全年连续培养且自身不再分化的特性，以及其相对于大型藻体本身和微藻等具有的耐温性广、启动快、适宜高密度培养、移除便捷及氮磷去除效率高等特点，首次将大型海藻无性系应用于富营养化水体及养殖水处理中，能够弥补现有水处理系统植物环节薄弱的不足，实现富营养化水体的生态修复和循环利用。

Description

一种利用大型海藻进行水处理的方法

技术领域

本发明涉及水处理技术，具体的说是一种利用大型海藻进行水处理的方法。

背景技术

藻类通过光合作用吸收水中的二氧化碳和无机氮磷等富营养化物质，同时放出氧气，正好与动物的培养过程相互补。利用藻类进行水处理不但能净化水质，还可增加水中的溶氧量、调节pH，是一举数得的方法。因此，有关大型海藻的养殖水处理已被作为一个工程问题而被广泛研究，但由于所采用的均为大型藻的开放池式培养，受季节限制、天气影响、附生生物侵害等无可避免，因此在已开发的育苗和工程化养殖的水处理系统中，植物(包括海藻)环节的薄弱，难以完全实现海水的循环利用。

近年来，国内外关于封闭式海水循环养殖的工程技术研究已取得一定进展，应用于鱼类集约化养殖和贝类育苗等，这类水处理系统一般包含泡沫分离、硝化和反硝化几大模块。虽然设备投入高，但仍不能完全去除硝酸氮，最终亦难以实现“完全封闭”的养殖需要。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用大型海藻进行水处理的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用大型海藻进行水处理的方法：利用大型海藻无性系细胞进行处理水系。

所述的海藻无性系(克隆)是指仅通过营养繁殖或无性繁殖的方式从单一的个体或其外植体重复繁殖而成的海藻。这些无性系细胞仍保留母细胞的特点，因具有遗传上的同一性，在海藻种质保存、育种、育苗和天然产物生产方面都有广泛的应用价值。所述大型海藻无性系细胞建成微球状或垫状，以高密度形态进行水处理。将大型海藻无性系细胞投放到生物反应器中培养，而后将反应器置于需进行处理水系中通过反应器的进水口和出水口循环处理水系。

本发明所具有的优点：

本发明以大型海藻无性系为起始材料，构建呈微球状或垫状作为填充材料用于净化水系。

本发明使用的大型海藻无性系可以根据环境要求(如温度、处理要求等)选定适宜的大型藻无性系；仅需满足光照，即大于1000lux，换算国标单位约为20μEm^-2s^-1，要求即可。

本发明所利用的大型海藻无性系能够停止分化，不受季节限制，可全年进行营养繁殖。相对于藻体本身，其无性系还具有适温范围广的特点，大多数无性系细胞在10～30℃范围内能够正常生长；相对于单细胞的微藻，大型藻无性系大多生长成丝状体形式，大都在几百微米以上，通过简单过滤就可从水体中移除；无性系形态上具有较强的可塑性，能够根据需要构建成球状或垫状，可以在光生物反应器中进行高密度培养(～5g/L干重)，从而能够构建高效的富营养化水处理系；无性系具有较高的无机氮磷吸收能力，在适宜的光照和温度条件下，1克鲜重的藻体日吸收无机氮(NO₃ ^--N)可达1mg/L，无机磷(PO₄ ^3--P)0.18mg/L。

附图说明

图1为本发明实施例提供的直接介入养殖水体示意图。

图2为本发明实施例提供的直接过渡处理式示意图。

图3.1为本发明实施例提供的孔石莼微球体在2L气升式反应器培养过程中，培养液无机氮磷的浓度变化图，(其中孔石莼微球体培养过程中无机氮磷浓度变化藻体接种密度：2.83g FW/L，平均生长速度0.19g FW/L·d16℃，92μE·m^-2·s^-1，12：12LD)。

图3.2为本发明实施例提供的不同接种密度下孔石莼微球体对无机氮磷的吸收量图，(其中孔石莼微球体在18℃，112μE·m^-2·s^-1，12：12LD)。

图4为本发明实施例提供的间接处理工作示意图。

具体实施方式

采用大型海藻无性系进行水处理，具有良好的环境亲和性，可以根据具体条件采用各种不同的水处理形式。列举两种具体实施例如下：

实施例1直接使用方式：

本方式亦有多种形式，列举两种如下：

1.装置直接介入式(见附图1)

本方式使用发明人另项申请的申请号201010579209.X，“一种大型海藻丝状体水处理装置(生物反应器)”，将大型海藻丝状体-微球体投放于反应器中。而后将反应器置于需进行处理的水系中。外部环境的海水可以通过该装置的外承载筒1的筒壁下部及筒底的进水置换孔11进入本发明装置中，在气置管4通入的空气上浮气泡带动下，本发明装置内的大型海藻丝状体与海水能够迅速形成受光导筒2内部的上升水流，该上升流水流从受光导筒2的提升水外溢孔21处流出，藻体和部分海水在受光导筒2和外承载筒1之间形成沉降，进入装置底部并再次参与受光导筒2内上升水流的运动，形成内外纵向环流；同时部分经过海藻进行光合作用处理、去除污染物质和有氧的水经溢水交流孔12溢出，进入养殖水体中。在对水体的水进行了充分的置换处理后，能够达到对水体处理的最佳效果。

2.直接过渡处理式(见附图2)

本方式是在养殖循环水体中，间隔出一段大型海藻丝状体处理区间。以较低的电能驱动养殖池水朝一个方向流动，先后进入水处理区，在这个区域设置垫状大型海藻无性系，处理的水周而复始流过、交换并达到净化目的。所述水处理区池水深度40-60cm，沉入式提水泵提供水流动力。自然光照为藻类提供生长必需的光源。

所述大型海藻无性系细胞建成微球状(参见申请号问为201010180262.2的一种大型藻类的微球体形态及其构建培养方法)：

大型海藻选择蜈蚣藻(Grateloupia filicina)丝状体，用物理方式即手术剪切段或用磁力搅拌器打碎成2mm左右的藻团。

将藻团于藻类光生物反应器中进行培养。藻类生物反应器表面光照强度为45-70μEm^-2s^-1，光暗周期为12h∶12h。反应器中连续通入无菌空气，将进气量控制在培养液体表面平稳翻动、无大量气泡破碎的状态；常温下培养5天左右，无性系藻丝呈辐射状向外生长，形成均匀的球状藻落，即得到绒球状微球体(参见图1)。另外紫菜(Porphyra yezoensis)丝状体，海带(Laminaria japonica)和裙带菜(Undaria pinnatifida)的配子体也可构建成绒球状微球体。

或者将打碎的丝状体藻团混合到一定量的质量比浓度为2％的褐藻酸钠溶液中，使之分散均匀，用滴管或注射器滴于0.15M的CaCl₂溶液中固化。20分钟后从溶液中取出包埋着藻体的褐藻胶小球，用消毒海水清洗，于培养液中静止培养。12天后，即可获得呈球形生长的绒球状微球体，可用于光生物反应器培养。

大型海藻在形成微球体后，将停滞在这一生长阶段而不会发育分化；而且由于藻体细胞都具有再生能力，利用这一特性可以将这些微球体不断剪碎培养，大量扩增为新的微球体。

所述藻段培养时的培养液为PES培养基配方或其它常规藻类培养液。

微球体根据其结构特点划分，其不同的表达形式由不同藻类的细胞结构决定，分为3种类型：绒球状，由单列细胞丝状体构成，藻丝呈辐射状向外生长；第二种是网状，由多列细胞组成的假膜体(线状)分支交织而成；第三种是簇生，由幼叶状体簇生而成，同时有的夹杂后发生的单列细胞丝状幼体。

处理水体的数据以孔石莼微球体：

孔石莼微球体在2L气升式反应器培养过程中，培养液无机氮磷的浓度变化如图3.1。

由图3.1可见，孔石莼微球体对无机氮的吸收随着培养时间的延长而减少，第一天对NO₃ ^--N吸收量约为0.44mgN/g FW，培养液中NO₃ ^--N的去除率达到15％。以后逐渐变缓，5天内吸收NO₃ ^--N总量为5.58mg，总去除率为44％。

孔石莼微球体以不同接种密度在10L反应器中进行培养，分别测定其在5天内的无机氮磷吸收总量，计算单位重量的微球体对无机氮磷的平均日吸收量。培养密度对孔石莼微球体无机氮磷吸收的影响见图3.2。

由图3.2，孔石莼微球体在反应器中的日平均无机氮(NO₃ ^--N)吸收量约为0.3mg g^-1FW L^-1左右，日平均无机磷(PO₄ ^3--P)吸收量约为0.062mg g^-1FWL^-1左右。

如图3.2，接种密度在1.5-3g FW/L时孔石莼微球体对无机氮磷的吸收量较高。随着藻密度的增加，单位重量藻体对无机氮和无机磷的日吸收量都呈下降趋势，这主要是由于随着藻密度增加，光衰减加强，光能利用下降所致。根据第5章结果，可以通过增加外照光强、增大通气量以加快藻体在光暗区间的循环或者将微球体再打碎分散等措施提高光能利用率，同时也必然会提高藻体对无机氮磷的吸收量。

实施例2间接使用方法(见附图4)

与实施例1不同之处在于，间接使用法是将水处理单元置于温室或车间中，将用于水处理的大型海藻无性系以微球体形式，置于大型海藻光生物反应器中，将处理水用管道引入大型海藻光生物反应器，在通气、光照和温度最佳的条件下，对养殖水进行有效处理。经过处理的水再通过管道回到养殖区。此种方法对水的处理能力较实施例1更为有效，并可以有效减少养殖水体占用面积。

Claims

1.一种利用大型海藻进行水处理的方法，其特征在于：利用大型海藻无性系细胞进行处理水系。

2.按权利要求1所述的利用大型海藻进行水处理的方法，其特征在于：所述的海藻无性系(克隆)是指仅通过营养繁殖或无性繁殖的方式从单一的个体或其外植体重复繁殖而成的海藻。

3.按权利要求1所述的利用大型海藻进行水处理的方法，其特征在于：所述大型海藻无性系细胞建成微球状或垫状，以高密度形态进行水处理。

4.按权利要求1或2所述的利用大型海藻进行水处理的方法，其特征在于：将大型海藻无性系细胞投放到生物反应器中培养，而后将反应器置于需进行处理水系中通过反应器的进水口和出水口循环处理水系。