CN104496654A - 一种低重金属含量小球藻养殖原料母液的制取及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种低重金属含量小球藻养殖原料母液的制取及使用方法，其特征在于以腐植酸为主要物料，经过预处理得到液体富里酸和固体胡敏酸；液体富里酸与微量元素原料混溶配置母液，促进微量元素溶解；固体胡敏酸与重金属含量高的原料母液混合，利用胡敏酸吸附重金属，降低原料母液的重金属含量，得到的固体部分即为吸附了重金属的胡敏酸；吸附了重金属的胡敏酸可通过酸洗的方法，脱去重金属，实现再生；含富里酸的微量元素养殖原料母液和脱去重金属的常量养殖原料母液，按一定用量，配比后即可用于各种小球藻养殖，本方法成本低、操作简单，可有效降低小球藻养殖原料中的重金属含量，同时可以有效促进小球藻的生长，有效提高小球藻产品质量和产量。

Description

一种低重金属含量小球藻养殖原料母液的制取及使用方法

技术领域

本发明涉及小球藻生物养殖技术领域，尤其涉及一种降低小球藻养殖原料母液中重金属含量，及养殖原料母液的使用方法。

背景技术

微藻具有吸收和富集重金属的生物学特性，在微藻养殖过程中，用于藻类生长的原料母液中因所用的水、各种肥料，尤其是矿源肥如磷钾肥和食盐，以及建造养殖池所用的水泥和环境空气中带有不同种类和浓度的重金属离子，使原料母液中富含重金属离子。微藻细胞能够吸附培养基原料母液中的重金属离子，并将之吸收进入细胞。因此在商业化微藻如小球藻、螺旋藻、盐藻和雨生红球藻等藻类的养殖生产过程中，经常遇到产品中重金属超标的问题，给藻类养殖企业带来了经济损失，并有可能对产品用户带来健康危害。重金属超标的问题，是当前影响微藻养殖生产的最大的不利因素。

为降低在微藻养殖生产中常见的重金属铅、砷、镉、汞等种类的含量，一般在原料母液中使用絮凝剂、螯合剂等，但降低重金属的效果有限，或成本高，甚至有可能因使用不当给小球藻养殖带来不利影响而不适用于微藻养殖。

腐植（殖）酸，是一种天然有机高分子化合物，是腐殖质的主要组成部分。腐殖质为土壤、泥炭、煤、高地溪流、腐植营养湖、海水中的主要有机成分，由有机生物死亡后经生物降解产生。腐植酸不是一个单一的酸，而是一个复杂的含有羧基、酚羟基等官能团的混合物，所以该混合物表现出二元酸或偶尔三元酸的性质。腐植酸在自然界中通常与离子形成络合物。

腐植酸已经广泛应用于肥料、农药、饲料添加剂、药品、保健品、石油助剂、工业水处理剂等产业领域。

 腐植酸已经被证明能够促进植物，包括微藻类的生长，能够起到提高作物产量、增强抗病力等作用；同时，腐植酸携带负电荷，是微量金属元素的络合剂，腐植酸的存在，会使水体中重金属离子含量下降，并可影响金属离子的毒性和生物有效性。

 可溶于水的富里酸组分（Fulvic acid）可在络合养殖水体中的重金属离子，使之形成缓释效应，减缓藻细胞快速吸附重金属离子的过程，减少了藻细胞对重金属的吸附和吸收；不溶于水的胡敏酸组分可吸附养殖水体中的重金属离子，直接降低水体中的重金属含量。

    本发明将采用上述生物学特征的物质来降低小球藻原料母液中重金属的含量。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简单、成本低、可重复利用的低重金属含量小球藻养殖原料母液的制取及使用方法，利用该方法制取的小球藻母液，经过系列处理步骤，可有效降低小球藻养殖原料中的重金属含量，同时可以有效促进小球藻的生长，有效提高小球藻产品质量和产量。

为达到上述目的，本发明通过以下操作步骤来实现：

a.腐植酸预处理：选取腐殖酸钠为原料，加入足量水或稀酸并充分搅拌，固液分离，将固体沉淀物再用水或稀酸洗两次；分离获得的液体组分与淋洗残液合并，其中溶有腐植酸中的可溶性组分富里酸；固体组分即为不溶于水和酸的胡敏酸（Humic acid）；

b.养殖原料溶液配置：养殖所需的产量和微量元素原料，如氮、磷、钾、镁、铁、卤水、锌、钴、钼、锰、铜等原料，按其溶解性加水配置成母液；

c.重金属吸附：将步骤a获得的固体组分胡敏酸加水浸没，利用酸调节至pH为5~6，选取步骤b获得的原料浓溶液中重金属含量较高的种类混合，并搅拌混匀，使之充分吸附原料母液中的重金属；

d.固液分离：将步骤c获得的悬浊物进行固液分离，所获的固体组分为吸附了重金属离子的胡敏酸，所获液体即为脱去重金属的原料母液，可直接用于小球藻培养；

e.胡敏酸再生：将步骤d获得的固体组分，即吸附了重金属离子的胡敏酸加强酸浸泡，弃去酸液后，再加稀酸浸泡洗涤两次以上，可洗去吸附的重金属，可再次用于步骤c的反应；

f.小球藻培养：将步骤d获得的脱去重金属的原料母液和步骤b获得的其他的原料母液，根据其浓度，按一定比例稀释，加入小球藻养殖容器的养殖用水中，加入藻种，并进行培养，小球藻养殖完毕后，过滤或离心、清洗、浓缩后即获得鲜活藻泥或藻浆产品，可用于下一步干燥或提取使用。

  其中，步骤a所述的稀酸，只利用包括但不限于以下酸类物质，如硝酸、盐酸、硫酸乙酸等，加水配置而成；进一步的，所述的足量水或稀酸指的是质量为所处理腐植酸钠质量的10倍以上；所述的固液分离指的是利用静置分层或者利用离心机离心的方法将可溶与不溶部分分离。

  其中，步骤b所述的大（常）量元素原料，指的是小球藻养殖中需求量相对大的氮、磷、钾、铁、钙、镁、食盐等肥料或配料种类，包括但不限于以下种类，如尿素、碳酸氢铵、硝酸铵、硝酸钠、硫酸铵、磷酸二氢钾、（重）过磷酸钙、氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、硫酸亚铁、氯化铁、氯化钙、硫酸钙、硫酸镁、硅酸钠、氯化钠等化学物质及其水合物。进一步的，所述的重金属含量较高的原料种类，指的是根据生产经验或经检测所知的含有重金属浓度高，或总量大的原料种类，例如常见的砷含量较高的磷酸二氢钾，因使用量大而造成总铅、总汞含量较大的食盐或卤水（高浓度食盐水）等原料；所述的高浓度的母液，指的是按藻类养殖中采用配方中所列各原料浓度的20倍以上浓度的原料浓溶液。

  其中步骤b所述的微量元素原料指的是，小球藻养殖中常用的微量元素物质，如锌、钴、钼、锰等元素肥料，包括但不限于以下种类，如硫酸锌、氯化钴、钼酸钠、氯化锰等化学物质及其水合物。

   其中步骤c所述的酸调节，指的是的利用酸类物质，包括但不限于以下种类，如盐酸、硝酸、硫酸和乙酸等，加水配置而成的低浓度溶液进行pH调节。

   其中步骤d所述的固液分离，指的是用静置分层或离心的方法进行分离。

   其中步骤e所述的强酸和稀酸，分别指的是硝酸、硫酸、盐酸等酸类物质的高浓度和低浓度的水溶液。

   其中步骤f所述的小球藻养殖容器，指的是小球藻养殖常用的养殖设施，包括但不限于以下种类，如跑道池、圆池、管道式生物反应器等；进一步的，所述的小球藻养殖，所指的小球藻种类指的是小球藻属（Chlorella）内的各个种株，包括但不限于以下种类，如普通小球藻(Chlorella vulgaris)、蛋白核小球藻(Chlorella  pyrenoidosa)、原始小球藻等(Chlorella protothecoides)。

本发明的有益效果为：以腐植酸为主要物料，经过预处理分离得到液体组分（富里酸和固体组分（胡敏酸）；液体部分（富里酸）与养殖用微量元素原料混溶配置母液，可促进微量元素溶解；固体部分（胡敏酸）与重金属含量高的养殖常量原料母液混合，利用胡敏酸吸附重金属，固液分离得到的液体组分即为降低了重金属含量的养殖原料母液，得到的固体部分即为吸附了重金属的胡敏酸；吸附了重金属的胡敏酸可通过酸洗的方法，脱去重金属，实现再生；含富里酸的微量元素原料母液和脱去重金属的常量原料母液，按一定用量，配比后即可用于各种小球藻养殖。具体的作用有：（1）富里酸和胡敏酸均具有促进小球藻生长的作用；（2）溶解的富里酸起到络合剂的作用，可以促进微量元素的溶解，又能控制重金属与藻细胞接触几率，达到降低藻细胞中重金属的作用；（3）小球藻养殖所需的原料，经过经胡敏酸脱重金属后，可从源头降低小球藻产品中的重金属含量。本方法原材料简单、廉价、易购得、可重复利用，操作过程简便易行，能耗极低，不需贵重设备，同时可以达到增产保质的双重效果。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式来对本发明进行说明，其中，本发明所用的小球藻材料为分类学中定义为普通小球藻（Chlorella vulgaris）的藻种（株）。

 实施例一

腐植酸预处理：具体操作方式为，将50公斤腐植酸，放入1t级塑料大桶，加入500公斤0.1%（m/v）浓度的硝酸，充分搅拌混匀后，用碟片式离心机离心分离，转速为4500rpm；浓浆物质再加清水250公斤，搅拌混匀后再次离心，此步骤重复2次；收集各步骤离心所得清液（含富里酸），用于配置微量元素；最后离心所获浓浆即为胡敏酸，取样烘干，并测取各重金属的本底含量，检测方法按相应国标方法。经检测，腐植酸原料中，不溶组分（主要成分为胡敏酸）约87%，可溶组分（主要成分为富里酸）约为13%；不溶组分中，砷（As）含量为0.4 mg/kg（占干重比）。

实施例二

   养殖原料元素的配置：小球藻养殖所用的尿素、碳酸氢铵、硫酸镁、氯化钠、硫酸亚铁等原料，分别加水溶解，配置成养殖所需浓度及工作液浓度的100倍浓度。

实施例三

磷酸二氢钾脱重金属母液配置：农用肥磷酸二氢钾中通常含有较高含量的重金属砷，称取农用肥磷酸二氢钾50公斤（砷含量为8.3mg/kg），加水500公斤，加入实施例一获得的不溶组分20公斤（折干重），利用0.1mol/L浓度的硝酸调节pH至5，利用水泵循环搅拌10min以上，用碟片式离心机离心，转速4500rpm，浓浆即为吸附了重金属的胡敏酸悬浊物，取样干燥后测试其中的重金属砷含量为18.3mg/kg ；清液即为脱重金属的磷酸二氢钾母液，可配兑后用于小球藻养殖。

 实施例四

     小球藻养殖：对照与实验养殖池均采用1000平方米圆池，加浓度约为0.5g/L，生长状态良好的小球藻种液20吨；补加水和培养基母液共计180吨，此时池中养殖液深度为20cm，搅拌车转速为72秒一圈，养殖期间天气晴好。对照池中加各个原料母液至终浓度为每吨水中碳酸氢铵250g，尿素150g，硫酸镁150g，氯化钠500g，硫酸亚铁3.5g，未脱重金属的磷酸二氢钾25g，pH调节至7.5。实验池中，先取实施例一获得的可溶性组分（富丽酸溶液），与实施例二所获的原料母液分别混匀，再加入到小球藻养殖池中，最终浓度为每吨水中碳酸氢铵250g，尿素150g，硫酸镁150g，氯化钠500g，硫酸亚铁3.5g，富丽酸溶液75ml（浓度约为0.65%，添加量为0.5g/吨），脱重金属后的磷酸二氢钾母液250L（浓度为10%，添加量为25g/吨）。养殖三天后，再次按上述比例添加相应的各养殖原料（氯化钠不加），养殖过程中根据蒸发情况，补足相应的蒸发量损失量，养殖至第七天，抽取藻液400目滤布过滤去杂质后，利用离心机离心，转速为4500rpm，离心获得的浓浆按1：1的比例加清水清洗后再离心，清洗两次后，所获浓浆利用喷雾干燥塔干燥，干燥温度为180℃±2℃，收取藻粉称重并留样检测重金属。经称重，对照池收获藻粉102公斤，而实验池收获113公斤藻粉，增产10.8%。对照池中藻粉样品中，铅含量为0.8mg/kg，砷含量为1.5 mg/kg，汞0.1 mg/kg，镉0.1mg/kg；实验池的样品中，铅含量为0.2mg/kg，砷含量为0.3 mg/kg，汞与镉未测得。

 实施例五

胡敏酸再生：取实施例三获得的吸附了重金属的胡敏酸悬浊物（干重中砷含量为18.3 mg/kg），加水配置成15%干重的悬浊液，按每吨悬浊液加95%的纯浓硝酸10公斤。充分搅拌混匀后，静置去上层酸液，沉淀物再按体积比1：2加0.1%硝酸液浸润洗涤，静置去上清，此操作重复2次以上，取样干燥后检测，砷含量降低至1.5mg/L以下，可再次用于脱重金属使用。

以上内容仅为本发明的在实用中的范例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种低重金属含量小球藻养殖原料母液的制取及使用方法，其特征在于采用以步骤：

a.腐植酸预处理：选取腐殖酸钠为原料，加入足量水或稀酸并充分搅拌，固液分离，将固体沉淀物再用水或稀酸洗两次；分离获得的液体组分与淋洗残液合并，其中溶有腐植酸中的可溶性组分富里酸（Fulvic acid）；固体组分即为不溶于水和酸的胡敏酸（Humic acid）；

b.养殖原料溶液配置：养殖所需的常量和微量元素原料，如氮、磷、钾、镁、铁、卤水、锌、钴、钼、锰、铜等原料，按其溶解性加水配置成母液；

c.重金属吸附：将步骤a获得的固体组分胡敏酸加水浸没，利用酸调节至pH为5~6，选取步骤b获得的养殖原料浓溶液中重金属含量较高的种类混合，并搅拌混匀，使之充分吸附养殖原料母液中的重金属；

d.固液分离：将步骤c获得的悬浊物进行固液分离，所获的固体组分为吸附了重金属离子的胡敏酸，所获液体即为脱去重金属的原料母液，可直接用于小球藻培养；

e.胡敏酸再生：将步骤d获得的固体组分，即吸附了重金属离子的胡敏酸加强酸浸泡，弃去酸液后，再加稀酸浸泡洗涤两次以上，可洗去吸附的重金属，可再次用于步骤c的反应。

2.根据权利要求1所述的一种低重金属含量小球藻养殖原料母液的制取及使用方法，其特征在于所述步骤d获得的脱去重金属的原料母液和步骤b获得的其他的原料母液，根据其浓度，按一定比例稀释，加入小球藻养殖容器的养殖用水中，加入藻种，并进行培养，小球藻养殖完毕后，过滤或离心、清洗、浓缩后即获得鲜活藻泥或藻浆产品，可用于下一步干燥或提取使用。

3.根据权利要求1所述的一种低重金属含量小球藻养殖原料母液的制取及使用方法，其特征在于其中，步骤a所述的稀酸，只利用包括但不限于以下酸类物质，如硝酸、盐酸、硫酸乙酸等，加水配置而成；进一步的，所述的足量水或稀酸指的是质量为所处理腐植酸钠质量的10倍以上；所述的固液分离指的是利用静置分层或者利用离心机离心的方法将可溶与不溶部分分离。

4.根据权利要求1所述的一种低重金属含量小球藻养殖原料母液的制取及使用方法，其特征在于步骤b所述的大量元素原料，指的是小球藻养殖中需求量相对大的氮、磷、钾、铁、钙、镁、食盐等肥料或配料种类，包括但不限于以下种类，如尿素、碳酸氢铵、硝酸铵、硝酸钠、硫酸铵、磷酸二氢钾、（重）过磷酸钙、氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、硫酸亚铁、氯化铁、氯化钙、硫酸钙、硫酸镁、硅酸钠、氯化钠等化学物质及其水合物；进一步的，所述的重金属含量较高的原料种类，指的是根据生产经验或经检测所知的含有重金属浓度高，或总量大的原料种类，例如常见的砷含量较高的磷酸二氢钾，因使用量大而造成总铅、总汞含量较大的食盐或卤水（高浓度食盐水）等原料；所述的高浓度的母液，指的是按藻类养殖中采用配方中所列各原料浓度的20倍以上浓度的原料浓溶液。

5.根据权利要求1所述的一种低重金属含量小球藻养殖原料母液的制取及使用方法，其特征在于步骤b所述的微量元素原料指的是，小球藻养殖中常用的微量元素物质，如锌、钴、钼、锰等元素肥料，包括但不限于以下种类，如硫酸锌、氯化钴、钼酸钠、氯化锰等化学物质及其水合物。

6.根据权利要求1所述的一种低重金属含量小球藻养殖原料母液的制取及使用方法，其特征在于步骤c所述的酸调节，指的是的利用酸类物质，包括但不限于以下种类，如盐酸、硝酸、硫酸和乙酸等，加水配置而成的低浓度溶液进行pH调节。

7.根据权利要求1所述的一种低重金属含量小球藻养殖原料母液的制取及使用方法，其特征在于步骤d所述的固液分离，指的是用静置分层或离心的方法进行分离。

8.根据权利要求1所述的一种低重金属含量小球藻养殖原料母液的制取及使用方法，其特征在于步骤e所述的强酸和稀酸，分别指的是硝酸、硫酸、盐酸等酸类物质的高浓度和低浓度的水溶液。

9.根据权利要求1所述的一种低重金属含量小球藻养殖原料母液的制取及使用方法，其特征在于步骤f所述的小球藻养殖容器，指的是小球藻养殖常用的养殖设施，包括但不限于以下种类，如跑道池、圆池、管道式生物反应器等。