CN104355349A - 利用从杨木apmp制浆废水中提取的化感物质抑制蛋白核小球藻方法 - Google Patents

利用从杨木apmp制浆废水中提取的化感物质抑制蛋白核小球藻方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用从杨木APMP制浆废水中提取的化感物质对蛋白核小球藻的抑制方法，采用不同极性的有机溶剂抽提方法从APMP制浆废水中提取化感物质，抽提时有机溶剂和废水按照1:1—10比例在pH2-9条件下分别抽提1-3次，抽提后有机相混合，减压浓缩，挥发机溶剂，得到杨木APMP制浆废水化感物质；稀释后进行抑藻应用。本发明的化感物质在大规模应用时，在杨木APMP制浆废水化感物质中加入适量水，经高速剪切乳化后直接加入到生长有蛋白核小球藻的水体中，添加量在1.0-10μg/ml，对蛋白核小球藻抑藻率为30％-85％。

Description

利用从杨木APMP制浆废水中提取的化感物质抑制蛋白核小球藻方法
技术领域
本发明涉及利用此类化感物质对蛋白核小球藻的抑制方法，尤其是一种利用从杨木APMP制浆废水中提取的化感物质抑制蛋白核小球藻方法。
背景技术
化感作用是指一种植物或微生物通过向环境中释放化学物质影响其他生物生长的现象，释放的化学物质称为化感物质，是一种小分子量的次生代谢产物，通常在自然条件下易降解，在生态系统中不会积累，生态安全性较好。利用高等植物的化感效应进行抑藻灭藻是目前最为理想的除藻方法。
水华是淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象，是水体富营养化的一种特征，主要由于生活、工农业生产中含有大量氮、磷、钾的废污水进入水体后，导致水体富营养化，蓝藻(严格意义上应称为蓝细菌)、绿藻、硅藻等藻类大量繁殖，成为水体中的优势种群，使水体呈现蓝色或绿色的一种现象。这种现象不仅影响了水体的景观，还对人类及其它动植物的健康产生了不良影响，许多国家都有关于由此引发的人类和动物疾病甚至死亡的报道。在越来越重视生态健康的当今社会，对于富营养化水体的治理已吸引了大量研究者的关注，尤其是对于资源紧缺的淡水资源，水华即淡水水体的富营养化已然成了一个急需解决的世界性问题，而对于水华的治理最主要的就是对藻类的治理，目前常用的藻类的治理方法可归结为三种：物理法，化学法，生物技术法。物理方法主要包括机械除藻，紫外线灭藻等，这些方法见效快，但费用高，操作性差，不适应于大型水域；化学法主要是通过向水中投加化学药剂来灭藻或控制其生长，这种方法是目前国内外使用最成熟的灭藻方法，但是造成的二次污染却不容忽视，长期使用将对生态系统带来严重危害；生物技术法是利用微生物或水生植物等来抑藻，多用于预防，见效较慢，且其长期影响充满未知性。还有就是利用植物的化感效应来抑藻灭藻，现在的应用主要是通过植物本身来提取化感物质，应用于富营养化水体，此种方法相对于前三种常用方法来说具有非常多的优势。利用大麦秸秆直接投放到水体中来抑藻就是现在最为成功的化感抑藻的应用实例。
对于提取陆生植物化感物质的研究主要集中于草本植物和木本植物，大型木本植物在化感抑藻方面的应用也被很多学者所关注。柳树、柳树叶、榕树、广玉兰、龙爪槐等树种采用浸提方式提取浸提液，并应用于藻类化感抑制研究，取得了显著的作用效果。采用桉木粉、杉木粉、锯末等为原料，采用直接投放或浸提提取植物精油再进行应用等都取得了很好的抑藻效果。
目前得到的陆生植物化感物质的类型主要为长链脂肪酸、简单酚酸、酯、酮、萜类化合物、硫化物、萘胺类、简单不饱和内酯、苯甲酸及其衍生物等，其中以长链脂肪酸、简单酚酸、萜类化合物较为常见。
上述大型木本植物在抑藻方面的应用虽取得了很好的应用效果，但存在很多问题，限制了高等植物化感抑藻的推广和应用。综上所述，主要存在以下问题：采用木粉、锯末等直接进行抑藻，虽然简单、操作方法，但锯末等本身会对水体感官造成很大影响，再加上这些物质降解缓慢，用于景观水体还存在堵塞泵体、限制喷泉使用等问题；采用精油提取方式再进行应用，虽然解决了上述问题，但化感物质既精油类物质提取成本较高，大量提取后固体剩余物处置问题也十分严重。这些问题一直限制着高等植物化感物质在抑藻方面的大量应用。
碱性过氧化氢机械法(APMP)制浆是一种新的高得率制浆工艺，是近20年以来发展最快的清洁制浆工艺，APMP制浆工艺在制浆过程不使用Na2SO3，没有H2S气体产生，对环境污染负荷小，废水产生的污染量大大降低，尤其废水量少，因此在制浆造纸行业得到了越来越广泛的应用。APMP制浆每吨浆废水产量一般为10-30吨不等，废水中污染物主要成分是木素及其降解产物、多糖类和有机酸等，其中木素及其降解产物占COD的30％～40％，有机酸占约35％～40％，多糖类占10％～25％。这些物质与目前已知陆生植物化感抑藻作用的有效成分有极大的相似性，尤其是有机酸类，具有大型木本植物化感物质的结构特征，对于藻类生长同样具有化感抑制作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用从杨木APMP制浆废水中提取的化感物质抑制蛋白核小球藻方法，经抽提后的废水不仅COD污染负荷可以得到有效降低，生化处理效率还得到了很大的提高，是一个一举多得的新工艺和新方法。
本发明实现目的的技术方案如下：
一种利用从杨木APMP制浆废水中提取的化感物质抑制蛋白核小球藻方法，其特征在于：步骤如下
⑴制浆废水采用不同极性的有机溶剂在pH＝2-3和pH＝8-10条件下抽提进行抽提，抽提后有机相混合，减压浓缩，得到的浓缩物即为化感物质有机溶剂溶解液；
⑵将化感物质有机溶剂溶解液在通氮保护情况下，挥发1-6小时，得到杨木APMP制浆废水化感物质；
⑶采用溶剂将得到杨木APMP制浆废水化感物质进行溶解稀释，去除有机溶剂后加入到接种后的蛋白核小球藻培养液中，进行抑制蛋白核小球藻。
而且，所述步骤⑴抽提采用四氯化碳、石油醚、甲基叔丁基醚、二氯化碳、乙酸乙酯、丙酮6种有机溶剂中的一种或两种以上混合进行抽提。
而且，所述步骤⑴的具体过程为：采用有机溶剂和废水按照1:1—10比例在pH＝2和pH＝9条件下抽提2-3次，抽提后有机相混合，减压浓缩至总有机相的1-3％，得到的浓缩物即为化感物质有机溶剂溶解液。
而且，所述抑制蛋白核小球藻的化感物质添加浓度控制在2.5-100μg/ml。
而且，所述APMP制浆废水是指采用杨木原料经预浸渍、挤压、磨浆等产生综合废水，或预浸渍废水，或从APMP制浆车间外排至处理厂的制浆废水。
而且，所述步骤⑶的有机溶剂经半透膜的方式去除。
本发明取得的优点和有益效果是：
1、本发明根据APMP制浆工艺中的预浸渍处理与植物原料水抽提方法相似的原理，从APMP制浆废水中用有机溶剂抽提化感物质，不仅解决了化感物质来源问题，同时还不存在固体废渣处理等问题，经抽提后的废水不仅COD污染负荷可以得到有效降低，生化处理效率还得到了很大的提高，是一个一举多得的新工艺和新方法。
2、本发明制备的化感物质的抑藻率50％-95％，大规模应用时，在杨木APMP制浆废水化感物质中加入适量水，经高速剪切乳化后直接加入到生长有蛋白核小球藻的水体中，添加量在1.0-10μg/ml，对蛋白核小球藻抑藻率为30％-85％。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
本发明使用的蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)FACHB-29,有中国科学院水生生物研究所提供。本发明所用的APMP制浆废水是指采用杨木(含速生杨)原料，经预浸渍、挤压、磨浆等产生综合废水，也可用预浸渍废水，也指从APMP制浆车间外排至处理厂的制浆废水。
本发明的种利用从杨木APMP制浆废水提取的化感物质对蛋白核小球藻的抑制方法，步骤如下：
⑴制浆废水采用不同极性的有机溶剂进行抽提，提取得到废水中的化感物质，抽提采用四氯化碳(CCl4)、石油醚、甲基叔丁基醚(MTBE)、二氯化碳(CH2Cl2)、乙酸乙酯、丙酮6种有机溶剂中的一种或两种以上混合进行抽提。
⑵为了保证抽提的充分性，有机溶剂和废水按照1:1—10比例在pH2-9条件下抽提2-3次，抽提后有机相混合，在一定真空度、25-60℃条件下浓缩至总有机相的1-3％，并回收有机溶剂(可循环使用)，得到的浓缩物即为化感物质有机溶剂溶解液。
⑶将化感物质有机溶剂溶解液在通氮保护情况下，在25-60℃温度下进一步使有机溶剂挥发1-6小时，得到杨木APMP制浆废水化感物质。
⑷采用合适的溶剂将得到杨木APMP制浆废水化感物质进行溶解稀释，取合适的量经半透膜去除有机溶剂后加入到接种后的蛋白核小球藻培养液中，添加浓度控制在2.5-100μg/ml，进行抑制蛋白核小球藻应用。
抑藻实验：抑藻率50％-95％。大规模应用时在化感物质中加入适量水，经高速剪切乳化后直接加入到生长有蛋白核小球藻的水体中，添加量在1.0-10ug/ml，对蛋白核小球藻抑藻率为30％-85％。
实施例1：
本实施例所应用的废水为杨木(含速生杨)APMP制浆综合废水，含预浸渍、挤压、磨浆所产生的综合废水，方步的步骤为：
⑴制浆废水采用不同极性的有机溶剂进行抽提，提取得到废水中的化感物质，抽提采用以下CCl4、石油醚、MTBE、CH2Cl2、乙酸乙酯、丙酮6种有机溶剂中的一种或两种以上混合进行抽提，优先采用石油醚或MTBE进行抽提。
⑵抽提中有机溶剂和废水按照1:2的比例在pH3和pH9条件下分别抽提各一次，抽提后有机相混合，采用MTBE抽提时有机相在-0.3大气压真空度、45℃下浓缩至总有机相的2％；采用石油醚抽提时，在-0.3大气压真空度、60℃下浓缩至总有机相的2％；并回收有机溶剂(可循环使用)。得到的浓缩物即为化感物质有机溶剂溶解液。
⑶将化感物质有机溶剂溶解液在通氮保护情况下，在55℃温度下对甲基叔丁基醚抽出的化感物质有机溶剂溶解液进行有机溶剂挥发2小时，得到杨木APMP制浆废水化感物质；在70℃温度下对石油醚抽出的化感物质有机溶剂溶解液进行有机溶剂挥发6小时，得到杨木APMP制浆废水化感物质。
⑷采用丙酮溶剂将得到的杨木APMP制浆废水化感物质进行溶解稀释，取合适的量经半透膜去除有机溶剂后加入到接种后的蛋白核小球藻培养液中，添加浓度控制在2.5-100μg/ml，进行抑制蛋白核小球藻应用。
抑藻率50％-95％。大规模应用时在化感物质中加入适量水，经高速剪切乳化后直接加入到生长有蛋白核小球藻的水体中，添加量在1.0-10μg/ml，对蛋白核小球藻抑藻率为30％-85％。
实施例2：
本实施例所应用的废水为杨木(含速生杨)APMP制浆废水为预浸渍废水，方步的步骤为：
⑴制浆废水采用不同极性的有机溶剂进行抽提，提取得到废水中的化感物质，抽提采用以下CCl4、石油醚、MTBE、CH2Cl2、乙酸乙酯、丙酮6种有机溶剂中的一种或两种以上混合进行抽提，优先采用乙酸乙酯进行抽提。
⑵抽提中有机溶剂和废水按照1:5的比例在pH2和pH8条件下分别抽提各一次，抽提后有机相混合，采用有机相在-0.3大气压真空度、55℃条件下浓缩至总有机相的1.5％；并回收有机溶剂(可循环使用)。得到的浓缩物即为化感物质有机溶剂溶解液。
⑶将化感物质有机溶剂溶解液在通氮保护情况下，在78℃温度下对化感物质有机溶剂溶解液进行有机溶剂挥发4小时，得到杨木APMP制浆废水化感物质。
⑷采用丙酮溶剂将得到杨木APMP制浆废水化感物质进行溶解稀释，取合适的量经半透膜去除有机溶剂后加入到接种后的蛋白核小球藻培养液中，添加浓度控制在2.5-100μg/ml，进行抑制蛋白核小球藻应用。
抑藻率50％-95％。大规模应用时在化感物质中加入适量水，经高速剪切乳化后直接加入到生长有蛋白核小球藻的水体中，添加量在1.0-10μg/ml，对蛋白核小球藻抑藻率为30％-85％。

Claims (6)

1.一种利用从杨木APMP制浆废水中提取的化感物质抑制蛋白核小球藻方法，其特征在于：步骤如下
⑴制浆废水采用不同极性的有机溶剂在pH＝2-3和pH＝8-10条件下抽提进行抽提，抽提后有机相混合，减压浓缩，得到的浓缩物即为化感物质有机溶剂溶解液；
⑵将化感物质有机溶剂溶解液在通氮保护情况下，挥发1-6小时，得到杨木APMP制浆废水化感物质；
⑶采用溶剂将得到杨木APMP制浆废水化感物质进行溶解稀释，去除有机溶剂后加入到接种后的蛋白核小球藻培养液中，进行抑制蛋白核小球藻。
2.根据权利要求1所述的利用从杨木APMP制浆废水中提取的化感物质抑制蛋白核小球藻方法，其特征在于：所述步骤⑴抽提采用四氯化碳、石油醚、甲基叔丁基醚、二氯化碳、乙酸乙酯、丙酮6种有机溶剂中的一种或两种以上混合进行抽提。
3.根据权利要求1所述的利用从杨木APMP制浆废水中提取的化感物质抑制蛋白核小球藻方法，其特征在于：所述步骤⑴的具体过程为：采用有机溶剂和废水按照1:1—10比例在pH＝2和pH＝9条件下抽提2-3次，抽提后有机相混合，减压浓缩至总有机相的1-3％，得到的浓缩物即为化感物质有机溶剂溶解液。
4.根据权利要求1所述的利用从杨木APMP制浆废水中提取的化感物质抑制蛋白核小球藻方法，其特征在于：所述抑制蛋白核小球藻的化感物质添加浓度控制在2.5-100μg/ml。
5.根据权利要求1所述的利用从杨木APMP制浆废水中提取的化感物质抑制蛋白核小球藻方法，其特征在于：所述APMP制浆废水是指采用杨木原料经预浸渍、挤压、磨浆等产生综合废水，或预浸渍废水，或从APMP制浆车间外排至处理厂的制浆废水。
6.根据权利要求1所述的利用从杨木APMP制浆废水中提取的化感物质抑制蛋白核小球藻方法，其特征在于：所述步骤⑶的有机溶剂经半透膜的方式去除。
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