CN111087078B - 利用绿潮浒苔修复海水核素污染物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及修复海水核素污染的技术，具体的说是一种利用自然存在的灾害性活体海藻修复海水核素污染的方法。利用黄海“绿潮”的优势种绿潮浒苔(Ulva prolifera)去除海水中的核素污染物。该方法具有吸附效果好、成本低、操作简便及环境友好的优点，可应用于近岸放射性核素污染海域的原位生物修复。

Description

利用绿潮浒苔修复海水核素污染物的方法
技术领域
本发明涉及修复核素污染物的技术，具体的说是一种利用自然存在的灾害性活体海藻绿潮浒苔(Ulva prolifera)修复海水核素污染物(钴或铯)的方法。
背景技术
近年来，随着核技术的不断发展，沿海核电站的数量大幅增加，放射性核素污染已成为日益严峻，亟待解决的问题。用于治理放射性核素污染的常规方法有物理方法和化学方法，如沸石吸附、离子交换、溶剂萃取等。但这些方法成本较高，易造成二次污染，且难以用于治理环境中的大面积污染。随着现代生物科技的发展，利用生物法修复受重金属的土壤或水环境得到越来越多的重视。但目前尚无成熟的生物技术应用于修复放射性核素污染环境，尤其是将活体海藻应用于修复放射性核素污染的研究还非常少见。与物理方法和化学方法相比，生物修复技术具有吸附效率高、成本低、材料易回收及环境友好等优点，但在实际应用中存在一个问题，就是需要非常巨大的生物量。
自2007年以来，黄海海域每年都会发生大规模的“绿潮”，严重影响沿海的养殖业及旅游业，对潮间带生态系统也会带来损害。“绿潮”是指某些漂浮大型绿藻的大规模暴发，主要物种为石莼属(Ulva)绿藻。结合形态学及分子手段，发现黄海“绿潮”的优势物种为丝状绿潮浒苔Ulva prolifera(Müller)J.Agardh。2008年青岛海域暴发了世界上最大规模的“绿潮”，覆盖面积达3，849平方公里，共计打捞生物量约1,000,000吨，由此可见“绿潮”暴发时绿潮浒苔的生物量非常巨大，为生物修复技术的大规模应用提供了可能性。与此同时，该技术一但被应用，可以将绿潮浒苔的打捞生物量进行废物利用。
由于不同的海藻具有不同的化学组成、比表面积、细胞表面荷电性及代谢特性等，对于海水中特定的核素污染物的吸附或富集特性就有很大的差别。绿潮浒苔虽具有巨大的打捞生物量，但其对于海水中核素污染物的去除效果尚无相关报道。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种利用自然存在的灾害性活体海藻绿潮浒苔(Ulvaprolifera)修复海水核素污染物(钴或铯)的方法。。
为实现上述目的本发明采用的技术方案为：
一种利用绿潮浒苔修复海水核素污染物的方法，将绿潮浒苔投加至待修复海水中，进而吸附待修复海水中的核素污染物。
具体为：在核素污染海水中加入活体绿潮浒苔(U.prolifera)，培养1-2天；而后收集回收藻体，再向待修复海水中重新投放新鲜绿潮浒苔(U.prolifera)，如此反复直至将海水中的核素污染物降至所要求的浓度范围。
所述核素污染物为钴或铯。
所述绿潮浒苔(U.prolifera)生物量由海洋生态灾害“绿潮”暴发时获得。
所述绿潮浒苔(U.prolifera)投加至污染海水中，于温度10-20℃，光照强度50-200μmol photons m-2s-1的条件下，充气(保证海水含氧量)培养1-2天。
所述绿潮浒苔(U.prolifera)活藻体的投加量为50-60g/L。
一种绿潮浒苔在修复海水核素污染物中的应用。
原理：不同种类的海藻自身有不同的化学组成、比表面积、细胞表面荷电性及代谢特性等；同时依照特性并不能预期其功能效果，而其具有不同的核素吸附能力及吸附过程和特征。海藻对于核素离子的吸附主要由于其细胞表面具有大量的带负电的糖基等可与带正电的核素离子结合。在本发明中，绿藻类的绿潮浒苔(U.prolifera)对海水中的钴和铯均具有较强的吸附能力，具有较高的应用潜力。
本发明所具有的优点：
1.本发明利用“绿潮”暴发时的优势种绿潮浒苔(U.prolifera)修复核素污染海水，解决了生物修复过程中对生物量的巨大需求，可较好的应用于核素污染海域的原位修复。
2.本发明所用的吸附材料为活体海藻，与物理、化学等吸附材料相比，吸附速度快、效率高，而且成本较低，修复及回收处理的过程简单易行，且不会对环境造成二次污染。
3.“绿潮”是一种水体富营养化引起的严重的海洋生态灾害，暴发时绿潮浒苔巨大生物量的处理一直是个难题。将其应用于修复海洋核素污染可对绿潮浒苔打捞生物量进行废物利用。
4.绿潮浒苔对核素钴及铯污染均具有较强的修复能力，因此具备修复多核素污染海水的潜力。
附图说明
图1为本发明实施例2提供的绿潮浒苔(Ulva prolifera)去除海水中核素钴的水箱模拟实验中不同时间点海水中钴的含量(mg L-1)。ct为时间t时海水中钴的含量。
图2为本发明实施例3提供的绿潮浒苔(Ulva prolifera)去除海水中核素铯的水箱模拟实验中不同时间点海水中铯的含量(mg L-1)。ct为时间t时海水中铯的含量。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明，并且本发明的保护范围不仅局限于以下实施例。
本发明利用黄海海域“绿潮”暴发时采集的活体绿潮浒苔(U.prolifera)进行海水核素污染物的生物修复。它们在适宜的环境条件下能够快速且高效地吸附海水中的钴或铯元素，从而起到降低海水中核素钴或铯浓度的目的。吸附1-2天后，将海藻进行回收处理。该方法具有吸附效果好、成本低、操作简便及环境友好的优点，为近岸放射性核素污染海域的原位生物修复提供了一种新的方法和思路。
实施例1
利用绿潮浒苔(U.prolifera)吸附海水中核素钴：
取活体绿潮浒苔放入3L的烧杯中，每个烧杯中绿潮浒苔的鲜重为200g加入经过沙滤的自然海水，置于温度15℃，光照强度100μmol photons m-2s-1，光照周期12h(L)：12h(D)的培养箱中充气适应培养1天，。将烧杯中的自然海水更换为加入不同浓度钴(10、20、50及100mg L-1)的自然海水作为实验组，空白自然海水作为对照组，每组实验设置3个平行。充气(保证海水含氧量)培养，每天换水。培养1、2、4、8天后取出适量绿潮浒苔样品，吸水纸吸干表面水分，60℃烘干至恒重。用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)在默认参数条件下检测藻体样品中钴的含量(见表1)；其中，所述自然海水中钴的本底浓度为0.1μg L-1左右，与添加的钴浓度相比可以忽略，故不计算在内。
结果表明，绿潮浒苔对核素钴的吸附能力随着海水中钴浓度的提高而提高；在实验时间段内，同一钴浓度条件下，延长培养时间藻体中钴的含量会大幅增加。
表1在不同浓度核素钴污染海水中分别培养1d、2d、4d及8d后，绿潮浒苔(Ulvaprolifera)藻体中钴的含量(mg kg-1dw)
Figure BDA0002354811200000031
由上述实施例可见，绿潮浒苔对海水中核素钴具有较强的吸附能力。由于“绿潮”暴发时具有巨大的绿潮浒苔生物量，可很好的解决海洋核素污染生物修复过程中生物量限制的问题。因此，绿潮浒苔可作为一种潜在的生物修复剂应用于修复海洋核素污染。
实施例2
绿潮浒苔(U.prolifera)去除海水中核素钴的水箱模拟实验
在90L的玻璃缸中加入鲜重约5.0kg的活体绿潮浒苔(55.6g/L)，室温(20±5℃)条件下充气(保证海水含氧量)培养，海水中提前加入氯化钴，使钴的初始浓度为102.8mg L-1(实测值)，分别在培养1、2、3、4、6、8、10、12、24、30、36、48h后取海水样品，经过滤后，用ICP-OES检测海水中钴的含量(参见图1)。
由图1结果表明，人工模拟条件下，绿潮对海水核素钴的修复过程在24h内基本完成，之后可考虑对藻体进行回收处理，再次投加新鲜绿潮浒苔，直至海水中钴降至所要求的浓度范围。
实施例3
绿潮浒苔(U.prolifera)去除海水中核素铯的水箱模拟实验
在90L的玻璃缸中加入鲜重约5.0kg的活体绿潮浒苔(55.6g/L)，室温(20±5℃)条件下充气(保证海水含氧量)培养，海水中提前加入氯化铯，使铯的初始浓度为101.3mg L-1(实测值)，分别在培养1、2、3、4、6、8、10、12、24、30、36、48h后取海水样品，经过滤后，用ICP-OES检测海水中铯的含量(参见图2)。
由图2结果表明，人工模拟条件下，绿潮对海水核素铯的修复过程同样在24h内基本完成，之后可考虑对藻体进行回收处理，再次投加新鲜绿潮浒苔，直至海水中铯降至所要求的浓度范围。
由上述实施例2和3可见，该水箱模型可在一定程度上模拟核素污染水域中利用活体海藻降低核素浓度的过程，可在此基础上对海水核素污染修复的详细过程、动力学及模型进行研究分析，从而为实际应用提供进一步的理论支持。该实施例中用到的大型海藻为绿潮浒苔，具有自然存在的巨大生物量，可在打捞后直接应用于核素污染海区的修复。且该技术可在修复海洋核素污染的同时，可对“绿潮”暴发时灾害藻类绿潮浒苔的打捞生物量进行废物利用，从而解决其后续处理的难题，一举两得。

Claims (2)

1.一种利用绿潮浒苔修复海水核素污染物的方法，其特征在于：将绿潮浒苔投加至待修复海水中，进而吸附待修复海水中的核素污染物；
所述核素污染物为钴或铯；
在核素污染海水中加入活体绿潮浒苔（U. prolifera），培养1-2天；而后收集回收藻体，再向待修复海水中重新投放新鲜绿潮浒苔（U. prolifera），如此反复直至将海水中的核素污染物降至所要求的浓度范围；
所述绿潮浒苔（U. prolifera）生物量由海洋生态灾害“绿潮”暴发时获得；
所述绿潮浒苔（U. prolifera）投加至污染海水中，于温度10-20℃，光照强度50-200 µmol photons m-2s-1的条件下，充气以保证海水含氧量，培养1-2天；
海水核素钴或铯的修复过程在24 h内完成。
2.按权利要求1所述的利用绿潮浒苔修复海水核素污染物的方法，其特征在于：所述绿潮浒苔（U. prolifera）活藻体的投加量为50-60g/L。
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