CN102294227A - 小球藻海水净化生物吸附剂的制备方法及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小球藻海水净化生物吸附剂的制备方法及其应用方法，制备方法的步骤包括耐盐驯化、藻种培养、离心收集和干燥研磨。将蛋白核小球藻在不同体积比的海水溶液中依次耐盐培养，在温度为23±1℃、照度4000lx、全光照条件下进行培养；在生长温度23±1℃、照度4000lx、光暗比14h:10h进行藻种培养；对培养后的小球藻藻液离心收集鲜藻，然后沉淀、冷冻干燥，研磨并过筛。本发明所涉及的应用方法，是将所制得的生物吸附剂加入到海水中，调节海水的pH值至4.5～5.5，所加入的吸附剂浓度为1.5～2.5g/L，常温下搅拌反应，再进行过滤，滤液进入海水利用后续流程，滤出的吸附剂可通过活化的方式解吸后再次使用。本发明在海水净化处理中具有很好的工程应用前景。

Description

小球藻海水净化生物吸附剂的制备方法及其应用方法

技术领域

本发明涉及海水净化技术，特别是涉及基于小球藻生物吸附剂的海水净化技术。

背景技术

沿海城市淡水资源紧缺是当今世界面临的严峻问题，已严重影响到沿海城市和地区经济发展和人民的生活。为了缓解淡水危机，许多城市积极开发新水源替代淡水，如污水资源化、海水和苦咸水直接利用等。中国海岸线漫长，沿海城市众多，海水利用是解决沿海地区淡水资源紧缺的现实选择，海水利用工程越来越受到重视，这也是缓解淡水资源紧缺局面的有效途径。

海水利用工程所用海水一般为近岸海水，由于近岸海域污染的不断加剧，近岸海水必须经过净化预处理后才能使用，其预处理效果直接影响着海水利用工程后续流程的运行工况及运行成本。海水中污染物主要有石油、重金属、有机物、营养盐类等，其中，重金属是对生态环境危害极大的一类污染物,因其进入环境后不能被生物降解,往往是参与食物链循环并最终在生物体内积累,破坏生物体正常生理代谢活动,危害人体健康，所以，海水中重金属污染物的去除尤为重要。

现有的海水净化处理技术对海水中重金属污染物的去除效果还不尽理想。

絮凝沉降法是目前普遍采用的海水净化预处理方法，但所投加的絮凝剂可能会产生残留，部分无机或有机絮凝剂会对环境产生二次污染，可能影响海水利用工程后续流程的运行效率。

生物吸附技术具有原材料来源丰富、成本低、易操作、对环境无害等优点，成为环境工程和水处理领域的研究热点。在众多重金属生物吸附材料中，藻类被证明吸附效果最好,目前已有将小球藻用作吸附剂去除淡水中的重金属污染物的研究报道。但是，由于受海水特殊的含盐环境的限制，在淡水中生长的小球藻还不能直接作为生物吸附剂用于海水净化预处理。

发明内容

针对现有的海水净化预处理技术所存在的问题，本发明推出基于小球藻的海水净化生物吸附剂，其目的在于对淡水中的小球藻进行耐盐驯化和培养，成为对海水中重金属吸附能力强的生物吸附剂，并以一定浓度投加于海水中，再经过相应物理、化学工艺处理，以达到常规海水净化预处理效果。

本发明所涉及的小球藻海水净化生物吸附剂的制备方法，其技术步骤包括耐盐驯化、藻种培养、离心收集和干燥研磨。

耐盐驯化：将蛋白核小球藻在不同体积比的海水溶液中依次耐盐培养。

所述海水溶液由去离子水中加入一定体积的海水配制而成，分别为海水体积占溶液总体积24%、48%、72%、96%、100%的海水溶液，分别称为24%海水溶液、48%海水溶液、72%海水溶液、96%海水溶液、100%海水溶液。

将蛋白核小球藻依次放入不同的海水溶液中耐盐培养时，先从海水所占体积比例小的海水溶液开始，即先放入24%海水溶液中。在温度为23±1℃、照度4000 lx、全光照条件下进行培养，并每隔2天测定一次蛋白核小球藻的OD₆₆₀值，同时清除死亡藻体。至蛋白核小球藻的OD₆₆₀值不再显著增大时，将蛋白核小球藻转移至海水比例较大的海水溶液中，培养及操作条件同上。之后逐渐增大培养液中海水的比例，即从24%海水溶液到48%海水溶液，再到72%海水溶液，再到96%海水溶液，再到100%海水溶液。在100%海水溶液中，蛋白核小球藻的OD₆₆₀值不再显著增大时，即完成耐盐驯化。

藻种培养：在无菌条件下，将经耐盐驯化后的蛋白核小球藻藻种转接到f/2培养基中培养。培养条件为：生长温度23±1℃，照度4000 lx，光暗比14h:10h。

离心收集：在蛋白核小球藻生长稳定期内，以8000 r/min对培养后的小球藻藻液离心收集鲜藻，将收集的鲜藻用去离子水清洗浸泡30min再在摇床中震荡12h，并用盐酸或氢氧化钠调节pH值至4.5～5.5，得到含鲜藻的混合液。所用盐酸或氢氧化钠的质量摩尔浓度为0.1mol/L。

干燥研磨：将收集的含鲜藻混合液的上清液弃去，沉淀部分再用去离子水冲洗，然后冷冻干燥，研磨并过筛，并按小球藻:膨润土质量比为2:1的比例加入膨润土，得到小球藻生物吸附剂。

本发明所涉及的小球藻海水净化生物吸附剂的应用方法，其技术步骤包括：将所制得的生物吸附剂加入到海水中，调节海水的pH值至4.5～5.5，所加入的吸附剂浓度为1.5～2.5g/L，常温下搅拌反应，吸附反应时间为4～6h，再进行过滤，滤液进入海水利用后续流程，滤出的吸附剂可通过活化的方式解吸后再次使用。

本发明所具有的积极效果：

1、原料易得，成本低廉

小球藻是一类普生性单细胞绿藻，属于绿藻门绿藻纲绿球藻目卵囊藻科小球藻属，形状呈球形或广椭圆形，直径3～12μm，生态类型多样，在淡水、海水中均有分布，在人工培养基中也能良好生长。我国常见的小球藻种类有蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）、椭圆小球藻（Chlorella ellipsoidea）和普通小球藻（Chlorella vulgaris）。本发明采用蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa），将鲜藻干燥、研磨过筛后加入膨润土获得海水净化生物吸附剂。本发明所述生物吸附剂基于死体植物，吸附剂使用后可通过活化的方式解吸后再次使用。

2、吸附效率高

本发明适于含有重金属Pb²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺等海水的净化处理，可作为海水利用工程中海水预处理工序的海水中重金属的净化吸附剂，吸附能力强。譬如，对初始浓度为50mg/L的含Pb²⁺海水，一次吸附后吸附率达到98.5%，吸附量可达45.9mg/g。

评价吸附效果的吸附率和吸附量，由如下公式具体计算：

吸附率p=(C₀-C₁)/C₀×100%，吸附量q=(C₀-C₁)V/M。

式中，C₀为海水中金属离子初始浓度(mg/L),C₁为吸附平衡后海水中金属离子浓度(mg/L)，V为溶液体积(L),M为吸附剂干重(g)。

3、操作简单

本发明制取小球藻海水净化生物吸附剂以及用于进行海水净化处理，具有成本低廉、操作简单等特点，对设备及操作无特殊需求，只需普通的带搅拌装置的反应槽和进行简单的pH值调节，处理后的海水可满足海水利用对重金属含量的要求，具有很好的工程应用前景。

具体实施方式

结合实施例对本发明的具体技术方案做进一步说明。

实施例一：小球藻海水净化生物吸附剂的制备方法

第一步：小球藻的耐盐驯化

将经分离纯化后的蛋白核小球藻放入经灭菌处理的24%的海水溶液中，在温度为23±1℃、照度4000 lx、全光照条件下进行培养；每隔2天测定一次蛋白核小球藻的OD₆₆₀值，并清除死亡藻体；至OD₆₆₀值不再显著增大时，将蛋白核小球藻转移至48%海水溶液中，培养及操作条件同上。然后，再以相同的培养及操作条件依次将蛋白核小球藻转移至72%海水溶液、96%海水溶液、100%海水溶液。在100%海水溶液中，蛋白核小球藻的OD₆₆₀值不再显著增大时，即完成耐盐驯化。

第二步：小球藻的培养及离心收集

在无菌条件下，将经耐盐驯化后的蛋白核小球藻小球藻转接到f/2培养基中。在温度为23℃，照度4000 lx，光暗比14h:10 h的条件下培养，在生长稳定期以8000 r/min离心收集获得鲜藻。

第三步：小球藻生物吸附剂的制备

将第二步获得的鲜藻用去离子水清洗浸泡30min并在摇床中震荡12h左右，并用盐酸或氢氧化钠调节pH值保持在4.5～5.5，得到混合液。将混合液上清液弃去，沉淀部分用去离子水冲洗后，冷冻干燥，研磨并过筛，并按小球藻:膨润土质量比为2:1的比例加入膨润土，得到小球藻生物吸附剂。

实施例二：小球藻海水净化生物吸附剂的应用方法Ⅰ

取1升天津塘沽近岸海水放入搅拌装置中，调节海水的pH值为5.5，加入实施例一制得的小球藻海水净化生物吸附剂，吸附剂用量为1.8mg/L,搅拌速度为160 r/min，吸附时间4h。经测定，吸附前海水中的Pb²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺离子初始浓度分别为5.08mg/L、5.62 mg/L、12.55 mg/L，吸附平衡后海水中Pb²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺离子浓度分别为0.15 mg/L、0.45 mg/L、0.87 mg/L，小球藻海水净化生物吸附剂对海水中的Pb²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺离子分别为97.05%、91.99%、93.07%。

实施例三：小球藻海水净化生物吸附剂的应用方法Ⅱ

取1升天津塘沽近岸海水放入搅拌装置中，调节海水的pH值为5.2，加入实施例一制得的小球藻海水净化生物吸附剂，吸附剂用量为2.2mg/L,搅拌速度为200 r/min，吸附时间4h，经测定，吸附前海水中的Pb²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺离子初始浓度分别为2.55mg/L、7.44 mg/L、22.50 mg/L，吸附平衡后海水中Pb²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺离子浓度分别为0.08 mg/L、0.56 mg/L、1.03 mg/L，小球藻海水净化生物吸附剂对海水中的Pb²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺离子分别为96.86%、92.47%、95.42%。

Claims (6)

1.一种小球藻海水净化生物吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤包括耐盐驯化、藻种培养、离心收集和干燥研磨；耐盐驯化，将蛋白核小球藻在不同体积比的海水溶液中依次耐盐培养，先从海水所占体积比例小的海水溶液开始，在温度为23±1℃、照度4000 lx、全光照条件下进行培养，并测定蛋白核小球藻的OD₆₆₀值，至蛋白核小球藻的OD₆₆₀值不再显著增大时，将蛋白核小球藻依次转移至海水比例较大的海水溶液中，直到100%海水溶液，培养及操作条件同上；在100%海水溶液中，蛋白核小球藻的OD₆₆₀值不再显著增大时，即完成耐盐驯化；藻种培养，在无菌条件下，将经耐盐驯化后的蛋白核小球藻藻种转接到培养基中培养，培养条件为生长温度23±1℃、照度4000 lx、光暗比14h:10 h；离心收集，在蛋白核小球藻生长稳定期内，以8000 r/min对培养后的小球藻藻液离心收集鲜藻，将收集的鲜藻用去离子水清洗浸泡并调节pH值至4.5～5.5，得到含鲜藻的混合液；干燥研磨，将收集的含鲜藻混合液的上清液弃去，沉淀部分用去离子水冲洗，然后冷冻干燥，研磨并过筛，加入膨润土，得到小球藻生物吸附剂。

2.根据权利要求1所述的小球藻海水净化生物吸附剂的制备方法，其特征在于，所述耐盐驯化步骤所用海水溶液，由去离子水中加入一定体积的海水配制而成，分别为海水体积占溶液总体积24%、48%、72%、96%、100%的海水溶液，分别称为24%海水溶液、48%海水溶液、72%海水溶液、96%海水溶液、100%海水溶液。

3.根据权利要求1所述的小球藻海水净化生物吸附剂的制备方法，其特征在于，所述耐盐驯化步骤测定蛋白核小球藻的OD₆₆₀，为每隔2天测定蛋白核小球藻的OD₆₆₀值，同时清除死亡藻体。

4.根据权利要求1所述的小球藻海水净化生物吸附剂的制备方法，其特征在于，所述干燥研磨步骤加入膨润土得到小球藻生物吸附剂，其特征在于，按小球藻:膨润土质量比为2:1的比例加入膨润土。

5.一种根据权利要求1所述方法制备的小球藻海水净化生物吸附剂的应用方法，其技术步骤包括：将所制得的生物吸附剂加入到海水中，调节海水的pH值至4.5～5.5，所加入的吸附剂浓度为1.5～2.5g/L，常温下搅拌反应，吸附反应时间为4～6h，再进行过滤，滤液进入海水利用后续流程。

6.根据权利要求5所述的小球藻海水净化生物吸附剂的应用方法，其特征在于，所述吸附反应后过滤滤出的吸附剂可通过活化的方式解吸后再次使用。