CN111018135A - 一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水体净化处理技术领域，具体地，涉及一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂，其包含：壳聚糖载体除藻剂、微生物菌剂、氧化亚铁硫杆菌和纤维酶；一方面，壳聚糖载体除藻剂能够缓慢释放出铜离子有效杀灭水藻；另一方面，对煤矿废水进行氧化亚铁硫杆菌培养提取，得具有高分解碳、氮等元素性能氧化亚铁硫杆菌；另外，菌酶制剂对于降解水体中有机物和总氮含量有明显作用，且，纤维酶可以对水体中的纤维素成分进行分解纤维霉可以对水体中的纤维素成分进行分解，本发明的生物除藻剂对于干湿交替水体净化处理具有明显的作用，制备工艺简单，无环境污染，无毒副作用，用于干湿交替水体净化处理，能有效去除藻类。

Description

一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂
技术领域
本发明属于水体净化处理技术领域，具体地，涉及一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂。
背景技术
水藻大量繁殖已经成为世界范围的环境问题。水体富营养化是当今世界面临的一项重大水环境问题，随着城市化和工业化不断发展，排入水体的营养物质增多，水体富营养化日趋严重，由此造成的水华频繁发生，严重影响我国水环境健康和饮用水源地安全。因此，寻求有效、安全的水华防治措施及去除有害藻类的方法势在必行。
目前传统的除藻剂主要有硫酸铜、醋酸、高岭土等化学药品，这些产品副作用较大，有一定的生态风险，对水中鱼类和浮游动物的生长产生威胁，且不能从根本上改善水体富营养化状态。
湖滨带湿地起着过滤、净化水体中污染物(如氮磷、有机物、重金属元素等)的天然性能。因此保护湖滨带湿地和建设环湖人工湿地意义重大。但是，人们对湖滨带湿地脆弱性认识不足，对其进行大面积的围湖造田、破坏植被等，使得湖泊水质不断下降，周边湖滨带湿地生态系统也遭到了极大的破坏。而在我国内陆干旱地区，降水量少，湖泊水位年季变化比较大，生态系统相对于湿润地区更加脆弱。由于气候干旱，湿地水体的蒸腾量高，一旦植被破坏就很难复原，因此干旱地区湖滨带湿地的生态修复不能套用湿润地区湖滨带生态修复方法。
如何因地制宜地除去干湿交替水体系统藻类，进而控制系统中的干湿交替水体溶解氧浓度，保证出水水质，是净化处理的一个重要和关键的问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂。
本发明所采用的技术方案：本发明提供了一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂，其包含：壳聚糖载体除藻剂(CS)、微生物菌剂(EM)、氧化亚铁硫杆菌和纤维酶，所述壳聚糖载体除藻剂是采用离子交联法制备得到的壳聚糖纳米粒子与铜离子吸附制备得到的壳聚糖载体除藻颗粒；所述微生物菌剂包括芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌。所述氧化亚铁硫杆菌来自于煤矿废水。
进一步地，所述壳聚糖载体除藻剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、首先将壳聚糖溶于0.5～1.5％，v/v的乙酸溶液，调节pH值为5～5.5，得到浓度为1～6mg/mL的壳聚糖纳米粒子溶液；S2、然后将制备好的壳聚糖纳米粒子溶液放入50mg/L的Cu2+溶液中吸附，在室温下放在磁力搅拌器上搅拌，搅拌速度为600r/min，搅拌时间为48h；S3、将步骤S2的溶液过滤，过滤后的固体置于烘箱中干燥，烘箱温度设置为80℃；即得到壳聚糖载体除藻剂(CS)。
进一步地，所述微生物菌剂的制备方法，包括如下步骤：a、从干湿交替水体中采取土样；b、采用倾注法和涂布法分离出芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌和放线菌；c、将步骤b分离出的芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌和放线菌微生物组成的菌群及酶活因子固定在麦麸载体上制备得到微生物菌剂。
进一步地，所述一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂的制备方法包括如下步骤：
(1)配制营养液；按重量份数计，取160～180份水、30～35份蛋白胨、10～15份硫酸铵、2～5份磷酸氢二钾、2～4份硝酸钙、2～4份氯化钠，杀菌消毒，再加入18～20份硫酸亚铁，调节pH至2.0～3.0，得营养液。
(2)将培养液与含氧化亚铁硫杆菌的煤矿废水按质量比7～9:2混合均匀，调节pH至2.0～2.5，置于培养箱中，在25～30℃下培养3～6天，过滤，收集滤液；
(3)将滤液与微生物菌剂按质量比16:1～3放入容器中进行混合，再置于培养箱中培养，培养条件为30～32℃，150r/min，培养32～36h；在培养结束后，向容器中加入固体颗粒(所述固体颗粒为干湿交替水体中采取的土样和赤铁矿的混合颗粒，颗粒粒径小于1μm)，加入量为培养液质量的15～20％，继续培养；
(4)待培养结束后，过滤，收集滤渣，冷冻干燥，收集干燥物，粉碎过筛，收集过筛颗粒；
(5)按质量份数计，取40～45份过筛颗粒、10～20份纤维酶、40～45份壳聚糖载体除藻剂，搅拌混合，即得用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂。
本发明的有益效果是：
本发明用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂，包含壳聚糖载体除藻剂、微生物菌剂、氧化亚铁硫杆菌和纤维酶，一方面，壳聚糖载体除藻剂能够缓慢释放出Cu2+有效杀灭水藻；另一方面，对煤矿废水进行氧化亚铁硫杆菌培养提取，得具有高分解碳、氮等元素性能氧化亚铁硫杆菌；另外，菌酶制剂对于降解水体中有机物和总氮含量有明显作用，且，纤维酶可以对水体中的纤维素成分进行分解纤维霉可以对水体中的纤维素成分进行分解；本发明得到的生物除藻剂因地制宜，对于干湿交替水体净化处理具有明显的作用，制备工艺简单，无环境污染，无毒副作用，用于干湿交替水体净化处理，能有效去除藻类。
具体实施方式
下面将通过几个具体实施例，进一步阐明本发明，这些实施例只是为了说明问题，并不是一种限制。
实施例1：
一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂，其包含：壳聚糖载体除藻剂、微生物菌剂、氧化亚铁硫杆菌和纤维酶，所述壳聚糖载体除藻剂是采用离子交联法制备得到的壳聚糖纳米粒子与铜离子吸附制备得到的壳聚糖载体除藻颗粒；所述微生物菌剂包括芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌。所述氧化亚铁硫杆菌来自于煤矿废水。
壳聚糖载体除藻剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、首先将壳聚糖溶于0.5～1.5％，v/v的乙酸溶液，调节pH值为5～5.5，得到浓度为5mg/mL的壳聚糖纳米粒子溶液；S2、然后将制备好的壳聚糖纳米粒子溶液(5mg/mL用量)放入50mg/L的Cu2+溶液中吸附，在室温下放在磁力搅拌器上搅拌，搅拌速度为600r/min，搅拌时间为48h；S3、将步骤S2的溶液过滤，过滤后的固体置于烘箱中干燥，烘箱温度设置为80℃；即得到壳聚糖载体除藻剂(CS)。
进一步地，所述微生物菌剂的制备方法，包括如下步骤：a、从干湿交替水体中采取土样；b、采用倾注法和涂布法分离出芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌和放线菌；c、将步骤b分离出的芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌和放线菌微生物组成的菌群及酶活因子固定在麦麸载体上制备得到微生物菌剂。
进一步地，所述一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂的制备方法包括如下步骤：
(1)配制营养液；按重量份数计，取160份水、30份蛋白胨、10份硫酸铵、5份磷酸氢二钾、2份硝酸钙、3份氯化钠，杀菌消毒，再加入18份硫酸亚铁，调节pH至2.0～3.0，得营养液。
(2)将培养液与含氧化亚铁硫杆菌的煤矿废水按质量比7:2混合均匀，调节pH至2.0～2.5，置于培养箱中，在25～30℃下培养6天，过滤，收集滤液；
(3)将滤液与微生物菌剂按质量比16:1放入容器中进行混合，再置于培养箱中培养，培养条件为30～32℃，150r/min，培养32h；在培养结束后，向容器中加入固体颗粒(所述固体颗粒为干湿交替水体中采取的土样和赤铁矿的混合颗粒，颗粒粒径小于1μm)，加入量为培养液质量的15％，继续培养；
(4)待培养结束后，过滤，收集滤渣，冷冻干燥，收集干燥物，粉碎过筛，收集过筛颗粒；
(5)按质量份数计，取40份过筛颗粒、20份纤维酶、40份壳聚糖载体除藻剂，搅拌混合，即得用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂。
实施例2：
一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂，其包含：壳聚糖载体除藻剂、微生物菌剂、氧化亚铁硫杆菌和纤维酶，所述壳聚糖载体除藻剂是采用离子交联法制备得到的壳聚糖纳米粒子与铜离子吸附制备得到的壳聚糖载体除藻颗粒；所述微生物菌剂包括芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌。所述氧化亚铁硫杆菌来自于煤矿废水。
进一步地，所述壳聚糖载体除藻剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、首先将壳聚糖溶于0.5～1.5％，v/v的乙酸溶液，调节pH值为5～5.5，得到浓度为4mg/mL的壳聚糖纳米粒子溶液；S2、然后将制备好的壳聚糖纳米粒子溶液(4mg/mL用量)放入50mg/L的Cu2+溶液中吸附，在室温下放在磁力搅拌器上搅拌，搅拌速度为600r/min，搅拌时间为48h；S3、将步骤S2的溶液过滤，过滤后的固体置于烘箱中干燥，烘箱温度设置为80℃；即得到壳聚糖载体除藻剂(CS)。
进一步地，所述微生物菌剂的制备方法，包括如下步骤：a、从干湿交替水体中采取土样；b、采用倾注法和涂布法分离出芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌和放线菌；c、将步骤b分离出的芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌和放线菌微生物组成的菌群及酶活因子固定在麦麸载体上制备得到微生物菌剂。
进一步地，所述一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂的制备方法包括如下步骤：
(1)配制营养液；按重量份数计，取180份水、35份蛋白胨、15份硫酸铵、5份磷酸氢二钾、3份硝酸钙、2份氯化钠，杀菌消毒，再加入20份硫酸亚铁，调节pH至2.0～3.0，得营养液。
(2)将培养液与含氧化亚铁硫杆菌的煤矿废水按质量比9:2混合均匀，调节pH至2.0～2.5，置于培养箱中，在25～30℃下培养4天，过滤，收集滤液；
(3)将滤液与微生物菌剂按质量比16:3放入容器中进行混合，再置于培养箱中培养，培养条件为30～32℃，150r/min，培养36h；在培养结束后，向容器中加入固体颗粒(所述固体颗粒为干湿交替水体中采取的土样和赤铁矿的混合颗粒，颗粒粒径小于1μm)，加入量为培养液质量的20％，继续培养；
(4)待培养结束后，过滤，收集滤渣，冷冻干燥，收集干燥物，粉碎过筛，收集过筛颗粒；
(5)按质量份数计，取45份过筛颗粒、10份纤维酶、45份壳聚糖载体除藻剂，搅拌混合，即得用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂。
实施例3：
一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂，其包含：壳聚糖载体除藻剂、微生物菌剂、氧化亚铁硫杆菌和纤维酶，所述壳聚糖载体除藻剂是采用离子交联法制备得到的壳聚糖纳米粒子与铜离子吸附制备得到的壳聚糖载体除藻颗粒；所述微生物菌剂包括芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌。所述氧化亚铁硫杆菌来自于煤矿废水。
进一步地，所述壳聚糖载体除藻剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、首先将壳聚糖溶于0.5～1.5％，v/v的乙酸溶液，调节pH值为5～5.5，得到浓度为1mg/mL的壳聚糖纳米粒子溶液；S2、然后将制备好的壳聚糖纳米粒子溶液(5mg/mL用量)放入50mg/L的Cu2+溶液中吸附，在室温下放在磁力搅拌器上搅拌，搅拌速度为600r/min，搅拌时间为48h；S3、将步骤S2的溶液过滤，过滤后的固体置于烘箱中干燥，烘箱温度设置为80℃；即得到壳聚糖载体除藻剂(CS)。
进一步地，所述微生物菌剂的制备方法，包括如下步骤：a、从干湿交替水体中采取土样；b、采用倾注法和涂布法分离出芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌和放线菌；c、将步骤b分离出的芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌和放线菌微生物组成的菌群及酶活因子固定在麦麸载体上制备得到微生物菌剂。
进一步地，所述一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂的制备方法包括如下步骤：
(1)配制营养液；按重量份数计，取170份水、32份蛋白胨、14份硫酸铵、4份磷酸氢二钾、4份硝酸钙、2份氯化钠，杀菌消毒，再加入19份硫酸亚铁，调节pH至2.0～3.0，得营养液。
(2)将培养液与含氧化亚铁硫杆菌的煤矿废水按质量比8:2混合均匀，调节pH至2.0～2.5，置于培养箱中，在25～30℃下培养3天，过滤，收集滤液；
(3)将滤液与微生物菌剂按质量比16:2放入容器中进行混合，再置于培养箱中培养，培养条件为30～32℃，150r/min，培养34h；在培养结束后，向容器中加入固体颗粒(所述固体颗粒为干湿交替水体中采取的土样和赤铁矿的混合颗粒，颗粒粒径小于1μm)，加入量为培养液质量的18％，继续培养；
(4)待培养结束后，过滤，收集滤渣，冷冻干燥，收集干燥物，粉碎过筛，收集过筛颗粒；
(5)按质量份数计，取42份过筛颗粒、16份纤维酶、42份壳聚糖载体除藻剂，搅拌混合，即得用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂。
对比例1
一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂，其包含：壳聚糖载体除藻剂(CS)、氧化亚铁硫杆菌和纤维酶，所述壳聚糖载体除藻剂是采用离子交联法制备得到的壳聚糖纳米粒子与铜离子吸附制备得到的壳聚糖载体除藻颗粒；所述氧化亚铁硫杆菌来自于煤矿废水。
进一步地，所述壳聚糖载体除藻剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、首先将壳聚糖溶于0.5～1.5％，v/v的乙酸溶液，调节pH值为5～5.5，得到浓度为5mg/mL的壳聚糖纳米粒子溶液；S2、然后将制备好的壳聚糖纳米粒子溶液(5mg/mL用量)放入50mg/L的Cu2+溶液中吸附，在室温下放在磁力搅拌器上搅拌，搅拌速度为600r/min，搅拌时间为48h；S3、将步骤S2的溶液过滤，过滤后的固体置于烘箱中干燥，烘箱温度设置为80℃；即得到壳聚糖载体除藻剂(CS)。
按质量份数计，取20份纤维酶、40份壳聚糖载体除藻剂，搅拌混合，即得用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂。
对比例2
一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂，其包含：微生物菌剂(EM)、氧化亚铁硫杆菌和纤维酶，所述微生物菌剂包括芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌。所述氧化亚铁硫杆菌来自于煤矿废水。
进一步地，所述微生物菌剂的制备方法，包括如下步骤：a、从干湿交替水体中采取土样；b、采用倾注法和涂布法分离出芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌和放线菌；c、将步骤b分离出的芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌和放线菌微生物组成的菌群及酶活因子固定在麦麸载体上制备得到微生物菌剂。
进一步地，所述一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂的制备方法包括如下步骤：
(1)配制营养液；按重量份数计，取160份水、30份蛋白胨、10份硫酸铵、5份磷酸氢二钾、2份硝酸钙、3份氯化钠，杀菌消毒，再加入18份硫酸亚铁，调节pH至2.0～3.0，得营养液。
(2)将培养液与含氧化亚铁硫杆菌的煤矿废水按质量比7:2混合均匀，调节pH至2.0～2.5，置于培养箱中，在25～30℃下培养6天，过滤，收集滤液；
(3)将滤液与微生物菌剂按质量比16:1放入容器中进行混合，再置于培养箱中培养，培养条件为30～32℃，150r/min，培养32h；在培养结束后，向容器中加入固体颗粒(所述固体颗粒为干湿交替水体中采取的土样和赤铁矿的混合颗粒，颗粒粒径小于1μm)，加入量为培养液质量的15％，继续培养；
(4)待培养结束后，过滤，收集滤渣，冷冻干燥，收集干燥物，粉碎过筛，收集过筛颗粒；
(5)按质量份数计，取40份过筛颗粒、20份纤维酶，搅拌混合，即得用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂。
对于实施例1～3和对比例1～2制备得到用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂进行测试，其中实施例1制备得到的生物除藻剂为样品1，实施例2制备得到的生物除藻剂为样品2，实施例3制备得到的生物除藻剂为样品3，对比例1制备得到的生物除藻剂为样品4，对比例2制备得到的生物除藻剂为样品5。
围隔测试试验条件：采用不锈钢框架和防水布制作6个容纳水量1m3的围隔，每个围隔中的藻类一致，水体总氮、总磷和COD浓度一致。1个围隔设为空白，不投放任何除藻剂，5个围隔分别投放样品1～5，样品的投放量为围隔中水的重量的千分之一。实验开始后每5d进行总氮、总磷和COD浓度的测定。实验时间为20d，水体温度维持在25-28℃。除藻率＝(未加入本发明生物除藻剂藻细胞数目-加入本发明生物除藻剂后剩余藻细胞数目)/未加入本发明生物除藻剂藻细胞数目×100％。
实验测试结果：表1为本发明生物除藻剂对水体中总氮浓度(mg/L)的影响。表2为本发明生物除藻剂对水体中总磷浓度(mg/L)的影响。表3为本发明生物除藻剂对COD浓度(mg/L)的影响。表4为本发明生物除藻剂对水体颜色的影响和除藻率的统计数据。样品1～3的除藻净化水体效果明显更好。微生物菌剂(EM)、氧化亚铁硫杆菌和纤维酶的协同作用效果较单独使用微生物菌剂(EM)、氧化亚铁硫杆菌、纤维酶与单独使用壳聚糖载体除藻剂和纤维酶的除藻净化水体效果明显更好。
表1.生物除藻剂对水体中总氮浓度(mg/L)的影响：
Figure BDA0002347181540000071
Figure BDA0002347181540000081
表2.生物除藻剂对水体中总磷浓度(mg/L)的影响：
时间 空白 样品1 样品2 样品3 样品4 样品5
5d 53 10 12 11 25 23
10d 55 11 13 14 26 25
15d 58 11 14 14 27 28
20d 60 12 15 15 30 32
生物除藻剂对COD浓度(mg/L)的影响：
时间 空白 样品1 样品2 样品3 样品4 样品5
5d 106 26 30 28 64 65
10d 104 22 26 25 62 63
15d 100 20 24 24 60 58
20d 90 20 21 22 54 52
对水体颜色的影响/除藻率：
Figure BDA0002347181540000082
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂，其特征在于：其包含：壳聚糖载体除藻剂、微生物菌剂、氧化亚铁硫杆菌和纤维酶，所述壳聚糖载体除藻剂是采用离子交联法制备得到的壳聚糖纳米粒子与铜离子吸附制备得到的壳聚糖载体除藻颗粒；所述微生物菌剂包括芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌。
2. 根据权利要求1所述的一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂 ，其特征在于：所述壳聚糖载体除藻剂的制备方法，包括如下步骤：S1、首先将壳聚糖溶于0.5~1.5%，v/v的乙酸溶液，调节pH值为5~5.5，得到浓度为1~6mg/mL的壳聚糖纳米粒子溶液；S2、然后将制备好的壳聚糖纳米粒子溶液放入50mg/L的Cu2+溶液中吸附，在室温下放在磁力搅拌器上搅拌48h；S3、将步骤S2的溶液过滤，过滤后的固体置于烘箱中干燥，即得到壳聚糖载体除藻剂（CS）。
3. 根据权利要求2所述的一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂 ，其特征在于：步骤S2所述搅拌速度为600r/min，搅拌时间为48h。
4. 根据权利要求2所述的一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂 ，其特征在于：步骤S3烘箱温度设置为80℃。
5. 根据权利要求1所述的一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂 ，其特征在于：所述微生物菌剂的制备方法，包括如下步骤：a、从干湿交替水体中采取土样；b、采用倾注法和涂布法分离出芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌和放线菌；c、将步骤b分离出的芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌和放线菌微生物组成的菌群及酶活因子固定在麦麸载体上制备得到微生物菌剂。
6. 根据权利要求1所述的一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂 ，其特征在于：所述生物除藻剂的制备方法包括如下步骤：
（1）配制营养液；
（2）将培养液与煤矿废水按质量比7~9:2混合均匀，调节pH至2 .0~2 .5，置于培养箱中，在25~30℃下培养3~6天，过滤，收集滤液；
（3）将滤液与微生物菌剂按质量比16:1~3放入容器中进行混合，再置于培养箱中培养，在培养结束后，向容器中加入固体颗粒，加入量为培养液质量的15~20%，继续培养；
（4）待培养结束后，过滤，收集滤渣，冷冻干燥，收集干燥物，粉碎过筛，收集过筛颗粒；
（5）按质量份数计，取40~45份过筛颗粒、10~20份纤维酶、40~45份壳聚糖载体除藻剂，搅拌混合，即生物除藻剂。
7. 根据权利要求6所述的一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂 ，其特征在于：步骤（1）所述营养液的配制方法为：按重量份数计，取160~180份水、30~35份蛋白胨、10~15份硫酸铵、2~5份磷酸氢二钾、2~4份硝酸钙、2~4份氯化钠，杀菌消毒，再加入18~20份硫酸亚铁，调节pH至2.0~3.0，得营养液。
8. 根据权利要求6所述的一种用于干湿交替水体净化处理的生物除藻剂 ，其特征在于：步骤（2）所述固体颗粒为干湿交替水体中采取的土样和赤铁矿的混合颗粒，颗粒粒径小于1μm。
9.一种如权利要6所述的防水透气的高韧性背胶膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤（3）所述培养条件为30~32℃，150r/min，培养32~36h。
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