CN111533241B - 一种基于微酸性电解水的绿藻处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于微酸性电解水对绿藻的处理方法。本发明的方法选择使用微酸性电解水作为处理剂，其具有很强的氧化还原效力，同时其与受试生物作用后会还原为水，很快消散，不会产生消毒剂残留问题。与传统的治理剂相比，微酸性电解水更为高效、安全，对人体及环境友好，不会造成二次污染；也有利于工厂生产器械、环境的维护。相关研究表明，微酸性电解水在杀菌过后，不会携带微生物，化学性质改变不大，仍具有较好的杀菌效果，在一定时间内，可循环使用。

Description

一种基于微酸性电解水的绿藻处理方法
技术领域
本发明涉及环境水华处理技术领域，具体的说是一种基于微酸性电解水的绿藻处理方法。
背景技术
随着人类对环境资源的开发利用日益加剧，特别是人类进入20世纪工业化的生产和城市的发展主要集中在一些水源丰富的特定地区，大量含有N、P等营养物质的工业废水和生活污水排放到附近的湖泊、河流和水库，增加了这些水体营养物质的负荷量；同时，农业生产中化肥和农药的大量使用，导致大量未被农作物吸收的营养物质经过雨水冲刷和渗透，最终被输送到水体中；此外，畜牧业中的牲畜粪便以及水产养殖业中的投放的饵料也成为水体接纳N、P等营养物质的主要来源。这些因素逐渐造成了水体环境的富营养化。
藻类是水生系统中最初级的生产者，藻类的健康生长发育关乎着水生态系统的稳定。富营养化为藻类生长提供所需的N、P等元素，使得水体中藻类生长繁殖速度加快，由于疯长的藻类覆盖于水体表面，使得阳光难以穿透水层，从而影响深层水体中高等水生植物的光合作用，进而对水生动物的生长有影响。此外，大量藻类的同时死亡会消耗水中溶氧，使鱼类因缺氧而导致大面积死亡，对水生态系统的完整性和经济造成影响有些蓝藻藻种还会产生和释放藻毒素，对人畜造成危害。
蓝绿藻的治理通常采用物理、化学和生物治理方法。但是传统的治理方式大多遵循水华发生后的应急处理和水厂处理思路。某些藻类细胞的死亡破裂，会造成藻毒素释放进入水体，人工大规模杀藻的过程会加剧藻毒素释放的速度，提高水中藻毒素浓度，形成二次污染。应急处理并不能彻底清除藻种源，经过一段时间的生长，蓝绿藻水华可能再次发生。因此，应急处理的有效期短。应急处理需要在短时间内应对巨量的蓝绿藻细胞，其处理负荷高、成本高。水厂处理工艺复杂，能耗高，处理成本高。同时，大量聚集的藻细胞会堵塞滤池、增加反冲洗负荷、提高消毒成本，影响水厂工艺运行。
随着农业的发展，水培这个词逐渐深入到我们的生活中。水培是一种新型的植物无土栽培方式，又名营养液培，其核心是将植物的根系直接浸润于营养液中，这种营养液能替代土壤，向植物提供水分、养分、氧气等生长因子，使植物能够正常生长。而对于水培营养液，绿藻成了水培一大头疼的问题。因为营养液里面含有的大量微量元素，给了绿藻一个很好的生存环境--水中有很多肉眼看不到的浮游藻类孢子，营养液含有大量的营养元素，在光线充足的情况下，绿藻很容易大量繁殖，附着在栽培箱、循环营养液输送管道内壁、基质海绵和植物根系上，给植物的生长也会造成一定的影响。国内外很多学者都在进行无土栽培的配方研究。营养液的配方以土壤浸提液的化学成分为基础，应用较广的包括：霍格兰德配方、山崎配方和日本园试配方等。霍格兰德配方比较适宜于黄瓜育苗。山崎配方针对不同的作物进行了不同的配比改良。日本园试配方比较通用，但依然无法避免营养液中的绿藻生长。虽然通过过滤装置可从水中捞出绿藻，离心分离，但是这种方法成本高，需要不断的更换滤芯；而通过紫外杀菌灯，也可进行灭菌处理，不过会增加能耗，不经济；利用杀藻剂进行灭藻虽是一种探索，且常见的聚合氯化铝对池塘水体净化的是有效的，但铝会造成大脑神经系统损伤，不能直接用于水培植物的营养液。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于微酸性电解水的绿藻处理方法，该方法选择合适的有效氯浓度，以期在安全高效无残留的前提下为藻类水华的爆发提供一种新的解决方法，以保持管道循环水培营养液不受绿藻的影响，保证植物的正常生长营养所需。
本发明的基于微酸性电解水的绿藻处理方法，其是以有效氯浓度ACC为30-80mg/L、pH值为5.0-6.5、氧化还原电位ORP为700-900mv的微酸性电解水为抑制剂，对绿藻进行处理。
优选的，本发明所处理的绿藻可以为羊角月牙藻、蛋白核小球藻、斜生栅藻等等；优选的，所述绿藻初始密度可以在(0.05-1.15)*107个/mL。
作为优选方案，本发明以微酸性电解水为抑制剂，取初始密度0.0742*107个/mL的羊角月牙藻细胞为受试生物，通过摇床处理方式对藻细胞进行处理10-30s，所述的微酸性电解水有效氯浓度ACC为30-80mg/L，pH值为5.5-6.0，氧化还原电位ORP为750-850mv。处理后以质量浓度0.05％的Na2S2O3溶液终止反应；所述Na2S2O3溶液用量为终体积量的10％。
本发明的处理方法可以有效杀死绿藻且不影响植物种子萌发，对于管道循环水培营养液中绿藻的处理具有处理量大、循环可控、处理效果好的优势；而对于实际大量水体绿藻的处理，也可以直接采取收集绿藻后直接放到微酸性电解水的循环池中进行处理。
本发明中采用BG11培养基(可根据本领域要求而配置，也可购自专业的生物公司如上海光语生物科技等)培养藻细胞，实验发现微酸性电解水浓度为10和20mg/L处理时，藻细胞密度增加，而微酸性电解水浓度为30和40mg/L时则极显著抑制藻细胞生长，在有效氯浓度ACC为60-80mg/L的微酸性电解水则可短时间内杀死大量绿藻细胞，有效氯浓度ACC为80mg/L的微酸性电解水可以处理至少1.15*107个/mL(最大绿藻培养浓度)的藻细胞。故电解水有效氯浓度为40mg/L已经足以杀死高浓度的绿藻、结合考虑到经济实用性，本发明实验设置处理组有效氯终浓度为0-40mg/L，每个浓度处理组培养瓶中溶液总量为100mL，每个处理组中加入终体积10％的浓度0.05wt％的Na2S2O3终止反应。
本发明中，所述的微酸性电解水可以采用微酸性电解水生成机而制备得到，如可采用市售水神牌HD-240L微酸性电解水生成机，控制电流为1.4A，流速为4.0L/min，制备有效氯浓度ACC为0-80mg/L的微酸性电解水。微酸性电解水现配现用。
所述不同浓度微酸性电解水处理完成后，先将培养瓶在人工光板下放置24h后再转移至摇床中培养，培养时间为11d，每天随机变动培养瓶位置。
本发明的有益效果：
本发明的方法选择使用微酸性电解水作为处理剂，其具有很强的氧化还原效力，同时其与受试生物作用后会还原为水，很快消散，不会产生消毒剂残留问题。与传统的治理剂相比，其更为高效、安全，对人体及环境友好，不会造成二次污染；也有利于工厂生产器械、环境的维护。相关研究表明，微酸性电解水在灭杀绿藻菌过后，不会携带微生物，化学性质改变不大，仍具有较好的灭杀藻菌的效果，在一定时间内，可循环使用，更适于管道循环水培营养液中绿藻的处理。
附图说明
图1微酸性电解水处理对藻细胞特定生长率(图1a)和抑制率(图1b)的影响。
图2微酸性电解水处理绿藻对藻细胞膜完整性的影响。图中，横坐标数值从左至右依次为101.9、103、104、105、106、107.2，纵坐标数值从下至上依次为103.2、104、105、106、107.2。
图3微酸性电解水处理对番茄种子发芽的影响。可见，采用有效氯浓度ACC为0-85ppm的微酸性电解水处理并不能对番茄种子的萌发造成影响。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
选择BG11预培养的羊角月牙藻母液(藻种由中国科学院水生生物研究所淡水藻种库提供)，初使OD值为0.8，初始藻密度大概为0.0742*107/mL(每毫升的藻细胞数)。分别使用ACC终浓度为0、10、20、30、40mg/L的微酸性电解水(pH值为5.6-6.0、氧化还原电位ORP为750-800mv)处理藻液，通过摇床(转速100-200r/min)持续处理15S，处理过后用终体积10％的浓度0.05％的Na2S2O3终止反应。保证每个处理组锥形瓶总体积为100ml。处理反应完成后，先于人工光板下培养24h，随后置于恒温摇床中培养11d。
由附图1可知，与对照组相比，不同浓度微酸性电解水处理绿藻，微酸性电解水浓度为10和20mg/L处理时，藻细胞密度增加，且20mg/L增加趋势优于10mg/L。而微酸性电解水浓度为30和40mg/L时则极显著抑制藻细胞生长。图中，ppm即1.0*10-6g/mL＝1.0mg/L。
采用流式细胞技术，由附图2可知，与对照组相比，不同浓度微酸性电解水处理绿藻，随着电解水处理浓度增大(0-40ppm)，膜损伤的细胞P4逐渐增多，从5.4％至83.4％，膜完整的细胞P3逐渐减少，从87.5％至0.5％。说明微酸性电解水会损伤藻细胞膜，且随着浓度的增大损伤效果增强。40mg/L则可以极显著杀死绿藻细胞。
本发明使用不同浓度微酸性电解水作用绿藻，通过测定藻细胞表观生理指标和内在形态变化，发现低浓度(10-20mg/L)微酸性电解水促进藻细胞生长而高浓度(30-40mg/L)可以有效抑制绿藻细胞的增殖发育。而如附图3微酸性电解水处理对番茄种子发芽的影响试验。可见，采用有效氯浓度ACC为0-85ppm的微酸性电解水处理并不能对番茄种子的发芽造成影响。也即不同浓度的微酸性电解水对于绿藻及其他植株种子的萌发具有选择抑制作用。
应当说明的是，本实例的方法中选择羊角月牙藻作为受试生物。有以下几方面优势：(1)羊角月牙藻是淡水水体中的常见藻类，个体小，易于分离培养且繁殖周期较短。(2)羊角月牙藻对污染胁迫十分敏感，常作为经典水生毒理学模式生物。但是本发明所保护的范围并非局限于仅仅能够对羊角月牙藻进行处理，对于其他绿藻种类如蛋白核小球藻、斜生栅藻等等也显然具有类似的对于绿藻种类的等同处理作用。
本发明的上述所述之技术内容仅为使本领域技术人员能够获知本发明技术实质而进行的解释与阐明，故所述之技术内容并非用以限制本发明的实质保护范围。本发明的实质保护范围应以权利要求书所述之为准。本领域技术人员应当知晓，凡基于本发明的实质精神所作出的任何修改、等同替换和改进等，均应在本发明的实质保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于微酸性电解水的绿藻处理方法，其特征在于，以有效氯浓度ACC为30-80mg/L、pH值为5.0-6.5、氧化还原电位ORP为700-900mv的微酸性电解水为抑制剂，对管道循环水培营养液中的绿藻进行处理；所述绿藻为羊角月牙藻、蛋白核小球藻或斜生栅藻；对绿藻进行处理，采用摇床处理方式或混合搅拌方式。
2.如权利要求1所述的一种基于微酸性电解水的绿藻处理方法，其特征在于，所述绿藻为羊角月牙藻。
3.如权利要求1所述的一种基于微酸性电解水的绿藻处理方法，其特征在于，所述绿藻初始密度（0.05-1.15）*107个/mL。
4.如权利要求1所述的一种基于微酸性电解水的绿藻处理方法，其特征在于，对绿藻处理时间为10-30s。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种基于微酸性电解水的绿藻处理方法，其特征在于，以质量浓度0.05%的Na2S2O3溶液终止反应。
6.如权利要求5所述的一种基于微酸性电解水的绿藻处理方法，其特征在于， Na2S2O3溶液用量为终体积量的10%。
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