CN112897669B

CN112897669B - 用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物及其制备方法和装置

Info

Publication number: CN112897669B
Application number: CN202110071156.9A
Authority: CN
Inventors: 白晓燕; 梁婉仪; 孙健
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2021-01-19
Filing date: 2021-01-19
Publication date: 2022-04-26
Anticipated expiration: 2041-01-19
Also published as: CN112897669A

Abstract

本申请属于废水生物处理技术的领域，尤其涉及用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物及其制备方法和装置。本申请提供的藻源胞外光敏聚合物制备方法，包括：将微藻接种在三电极体系的培养液中，通过所述三电极体系对所述培养液施加电势，对所述微藻照射光源，以及在所述培养液中添加抗生素驯化所述微藻；所述电势为0.4～0.8V；所述抗生素的添加浓度为1～2mg/L；提取所述微藻的藻源胞外光敏聚合物。本申请公开的一种用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物的制备方法，能制备用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物，其可用于促进废水中有机污染物的光敏降解。

Description

用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物及其制备方法和装置

技术领域

本申请属于废水生物处理技术的领域，尤其涉及用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物及其制备方法和装置。

背景技术

随着医疗和畜牧业现代化发展进程的加速，抗生素在其中扮演了难以取代的重要角色。抗生素用量的迅速增多，导致了抗生素残留和代谢物经常在各种环境介质中被检出。抗生素残留带来了一系列潜在问题，例如超级耐药菌和抗性基因等。不断累积在环境介质和生物体的抗生素正持续威胁人类和动物的健康。如果不加以控制和制定相关政策，预计到2030年，全球抗生素消费量将增长200%。

生化处理是最传统的抗生素废水处理方法，通过生物（主要是细菌和真菌）消除和转化抗生素，这个过程中还可能伴随着吸附、水解、光解。抗生素的去除主要取决于其在污泥中的吸附和处理过程中的降解或转化。但是，生化处理不能完全去除废水处理中的抗生素。并且，一些疏水性的抗生素残留物易富集到有机物丰富的污水污泥中。因此，提供一种更绿色高效处理废水的方法至关重要。

发明内容

有鉴于此，本申请公开了用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物及其制备方法和装置，可实现高效、绿色环保的处理废水的目的。

本申请第一方面提供了用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物的制备方法，其特征在于，包括：

将微藻接种在三电极体系的培养液中，通过所述三电极体系对所述培养液施加电势，以及在所述培养液中添加抗生素驯化所述微藻；所述电势为0.4~0.8V；所述抗生素在所述培养液的浓度为1~2 mg/L；

提取所述微藻的藻源胞外光敏聚合物。

具体的，所述抗生素用于在微藻中诱导产生藻源胞外光敏聚合物。

另一些实施例中，所述三电极体系包括：工作电极、对电极和参比电极；

所述工作电极包括外源醌类氧化还原介体和导电惰性固体基质，所述光合电子导出物负载在所述导电惰性固体基质上。

其中，外源醌类氧化还原介体为光合电子导出物。

所述光合电子导出物选自外源醌（氯，甲基和苯基等醌类衍生物）如1,4-苯醌，2,6-二氯苯醌，2,5-二甲基苯醌，对苯醌等中的一种或多种。

另一些实施例中，所述培养液包括营养物质和水，每升培养液的营养物质包括NaHCO₃、K₂HPO₄·3H₂O、KH₂PO₄、NH₄Cl、KCl、EDTA-Na₂、柠檬酸和柠檬酸铁。

另一些实施例中，所述培养液为营养物质和水，每升培养液的营养物质包括2g的NaHCO₃、7.76g的K₂HPO₄·3H₂O、2.53g的KH₂PO₄、0.31g的NH₄Cl、0.13g的KCl、0.01g的EDTA-Na₂、0.06g的柠檬酸和0.06g的柠檬酸铁。

另一些实施例中，所述水包括无菌水、市政废水和农业废水中的一种或多种。

具体的，所述无菌水选自纯净水、去离子水、蒸馏水和超纯水中的一种或多种。

另一些实施例中，所述外源醌类氧化还原介体为氯，甲基和苯基等醌类衍生物；所述外源醌类氧化还原介体选自1,4-苯醌、2,6-二氯苯醌、2,5-二甲基苯醌和对苯醌中的一种或多种。

另一些实施例中，所述抗生素选自土霉素、金霉素和四环素中的一种或多种。

另一些实施例中，所述微藻选自小球藻、栅藻和衣藻中的一种或多种。

本申请第二方面提供了用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物，包括所述制备方法制得的藻源胞外光敏聚合物。

本申请第三方面提供了用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物的制备装置，包括微藻培养箱、培养液、工作电极、对电极、参比电极、控制器和检测器；

所述微藻培养箱设有进水口和出水口，所述进水口上设有进水阀，所述出水口上设有出水阀；

所述培养液内置在所述微藻培养箱中；所述培养液包括抗生素；

所述工作电极、所述对电极和所述参比电极设置在所述培养液中；所述工作电极包括外源醌类氧化还原介体和导电惰性固体基质，所述外源醌类氧化还原介体负载在所述导电惰性固体基质上，所述工作电极、所述对电极和所述参比电极对所述培养液施加电势；

所述控制器分别与所述工作电极、所述对电极和所述参比电极连接；

所述检测器与所述微藻培养箱连接；

所述控制器与所述检测器相互连接；

所述控制器分别与所述进水阀和所述出水阀连接；

其中，所述电势为0.4~0.8V；所述抗生素在所述培养液的浓度为1~2 mg/L。

另一些实施例中，所述工作电极为中空柱状结构。

另一些实施例中，所述检测器包括气体检测器、水质指标检测器、光合代谢指标检测器和胞外光敏聚合物检测器。

具体的，微藻可根据周围环境中碳源和营养物质的可利用性，在自养和异养之间进行代谢转换，并且产生藻源胞外光敏聚合物，藻源胞外光敏聚合物为具有光敏效应的多聚生物质，藻源胞外光敏聚合物包括蛋白质、多糖和腐殖酸等物质。藻源胞外光敏聚合物可用做去除各种废水中有机物的光敏药剂，从而强化废水中抗生素的生物和光降解。微藻会向胞外分泌用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物，藻源胞外光敏聚合物会附着在微藻的细胞壁上。

具体的，微藻会附着在工作电极的碳毡上。提取所述微藻的藻源胞外光敏聚合物的方法包括收集附着在工作电极的碳毡上的微藻，采用氯化钠溶液加热超声溶解等方法将微藻的藻源胞外光敏聚合物提取出来。

另一些实施例中，提取所述三电极体系的工作电极（碳毡）的藻源胞外光敏聚合物包括：从三电极体系中取下碳毡，加入0.9%的NaCl溶液，达到最终温度35℃，水浴超声，使藻源胞外光敏聚合物脱离。然后将其在涡旋混合器离心，取出碳毡，用0.9%的NaCl溶液洗涤碳毡。取其上清液通过0.22μm膜过滤，收集上清液中的有机物为松散结合的藻源胞外光敏聚合物。离心后残留的微藻沉淀重新悬浮在0.9% NaCl溶液；将得到的悬浮液在50℃ 的水浴中加热，再加入0.9% NaCl溶液离心，上清液通过0.22μm膜过滤，收集上清液为悬浮物中紧密结合的藻源胞外光敏聚合物。松散结合的藻源胞外光敏聚合物和紧密结合的藻源胞外光敏聚合物加起来为总藻源胞外光敏聚合物。

本申请的藻源胞外光敏聚合物的制备方法利用电势和抗生素，在能量自持条件下强化微藻深度利用培养液中的物质，促进微藻的胞外光敏聚合物产生和调控其结构。微藻的胞外光敏聚合物为具有光敏效应的多聚生物质，可用做废水中有机物去除的光敏药剂。实验结果表明，采用本申请的方法得到的电活性藻相比于对照微藻，可以收集更多的藻源胞外光敏聚合物。本申请的方法利用培养液中工作电极的固相电子受体提取微藻的光合电子，可促进微藻的胞外合成代谢，同时辅以诱导产生藻源胞外光敏聚合物的抗生素，诱导微藻胞外积累具有光敏效应的藻源胞外光敏聚合物；电势可以促进藻源胞外光敏聚合物的产生。随着电势的增加，藻源胞外光敏聚合物中的蛋白质比例逐渐减少，腐植酸的比例逐渐增加，更有利于胞外电子传递。可见，电势可以通过调节藻源胞外光敏聚合物的结构提高传递胞外电子的能力，提高藻源胞外光敏聚合物的产量，其可用于促进抗生素的光降解。采用本申请方法制得的藻源胞外光敏聚合物处理含有抗生素的水中，其抗生素去除率可达到98%。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请实施例的用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物的制备的结构示意图；

图2为本申请提供的不同电势下微藻培养液的光合电流—时间图；其中，图2中灰色部分的柱子为12小时黑暗阶段；

图3为本申请提供的不同电势、不同光照条件的微藻对培养液中抗生素（1 mg/L盐酸四环素）的降解曲线；

图4为本申请提供的不同电势、不同光照条件由微藻获得的藻源胞外光敏聚合物的蛋白质、多糖和腐植酸的含量分析；

图5为本申请提供的不同电势、不同光照条件由微藻获得的藻源胞外光敏聚合物的蛋白质、多糖和腐植酸的结构变化；

图6为本申请提供的不同条件获得的藻源胞外光敏聚合物的抗生素降解曲线；其中，图6中灰色部分的柱子为12小时黑暗阶段。

具体实施方式

本申请提供了用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物及其制备方法和装置，用于解决现有技术中无法高效，环保处理废水的技术缺陷。

下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

其中，以下实施例所用试剂或原料均为市售或自制。

请参阅图1，图1为本申请实施例的用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物的制备的结构示意图。其中，1为水质指标检测器和光合代谢指标检测器；2为胞外光敏聚合物检测器；3为进水阀；4为进水管；5为信息采集器；6为PLC自动控制部件；7为气体检测器；8为电化学工作站（CHI 1000C）；9为出水阀；10为出水管；11为微藻培养箱；12为对电极；13为参比电极；14为工作电极。

本申请实施例提供了一种用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物的制备，包括微藻培养箱11、培养液、工作电极14、对电极12、参比电极13、控制器和检测器；微藻培养箱设有进水口和出水口，进水口上设有进水阀3，出水口上设有出水阀9；培养液内置在微藻培养箱11中；培养液包括抗生素；工作电极14、对电极12和参比电极13设置在培养液中；工作电极14包括外源醌类氧化还原介体和导电惰性固体基质，外源醌类氧化还原介体负载在导电惰性固体基质上，使得工作电极14、对电极12和参比电极13对培养液施加电势；控制器分别与工作电极14、对电极12和参比电极13连接；检测器与微藻培养箱11连接，使得检测器检测培养液和微藻培养箱11的内部气体；控制器与检测器相互连接；控制器分别与进水阀3和出水阀9连接；其中，电势为0.4~0.8V；抗生素的添加浓度为1~2 mg/L。

进一步的，工作电极14为中空柱状结构，中空柱状结构一方面增加微藻附着面积，另一方面增加微藻光合代谢过程中光反应系统II产生的光合电子导出速率。

进一步的，检测器包括气体检测器7、水质指标检测器和光合代谢指标检测器1和胞外光敏聚合物检测器2。

进一步的，进水口上连接有进水管4；出水口上连接有出水管10。

本申请实施例的控制器包括信息采集器5、PLC自动控制部件6和电化学工作站8，电化学工作站8分别与工作电极14、对电极12和参比电极13连接，PLC自动控制部件6与电化学工作站8连接，信息采集器5与PLC自动控制部件6连接。电化学工作站8用于对工作电极14施加不同的电势。

进一步的，信息采集器5分别与气体检测器7、水质指标检测器和光合代谢指标检测器1和胞外光敏聚合物检测器2连接，信息采集器5可采集气体检测器7、水质指标检测器和光合代谢指标检测器1和胞外光敏聚合物检测器2的指标信息（包括：pH、TOC、光合氧、光合电子流、藻源胞外光敏聚合物产量等）；信息采集器5将采集的信息发送至PLC自动控制部件6中。

进一步的，PLC自动控制部件6可根据信息采集器5采集的信息（废水组成、环境条件和藻光合代谢等参数），实时调整工作电极14的电势，以获得最佳的微藻刺激偏电势。

进一步的，气体检测器7设置在微藻培养箱11的顶壁上，以收集和检测微藻培养箱11内部的气体；水质指标检测器和光合代谢指标检测器1设置在微藻培养箱11上；胞外光敏聚合物检测器2设置在培养液中。

进一步的，水质指标检测器可设置在进水管4上，以检测输入的培养液的理化性质。

进一步的，气体检测器7、水质指标检测器和光合代谢指标检测器1，和胞外光敏聚合物检测器2分别与信息采集器5和PLC自动控制部件6连接。

进一步的，信息采集器5和PLC自动控制部件6分别与进水阀3和出水阀9连接，使得PLC自动控制部件6可控制进水阀3和出水阀9打开和关闭。

进一步的，微藻培养箱11的形状可以为圆柱形水箱，也可以为其他形状的容器。图1的装置的微藻培养箱11的形状为圆柱形水箱，工作电极14为中空圆柱，便于微藻接受更多光照，中空圆柱的工作电极14也便于附着更多的微藻。

进一步的，微藻培养箱11可以为透明玻璃材质制成或其他透明材质制成，微藻培养箱11设置为透明容器，有利于接受外界的光源；微藻培养箱11也可以为不透明的容器，则微藻培养箱11的内部需要设置光源，例如冷白色荧光灯（3000 lux）。

进一步的，对微藻培养箱11照射光源，或者在微藻培养箱11内部设置光源，以模拟太阳光使得微藻在微藻培养箱11中进行光合作用，光源与工作电极距离为5 cm。

进一步的，在本申请装置的培养液中接种微藻后，在微藻适宜生长的温度下按照微藻的适用光照周期恒温培养，例如 28 ± 1℃恒定温度下运行。

进一步的，本申请装置还包括搅拌器，搅拌器设置在微藻培养箱11的内部，使得搅拌器对培养液搅拌，促进微藻进行光合代谢。

进一步的，本申请装置的培养液为营养物质和水，每升培养液的营养物质包括2g的NaHCO₃、7.76g的K₂HPO₄·3H₂O、2.53g的KH₂PO₄、0.31g的NH₄Cl、0.13g的KCl、0.01g的EDTA-Na₂、0.06g的柠檬酸和0.06g的柠檬酸铁。

进一步，水可以为市政废水、农业废水和工业废水中的一种或多种。

进一步的，本申请装置的工作电极14包括外源醌类氧化还原介体和导电惰性固体基质，外源醌类氧化还原介体负载在导电惰性固体基质上。

进一步的，外源醌类氧化还原介体选自外源醌（氯，甲基和苯基等醌类衍生物）如1,4-苯醌，2,6-二氯苯醌，2,5-二甲基苯醌，对苯醌等。

具体的，负载二氯苯醌的导电惰性固体基质的方法为现有常规的方法。负载方法参照文献《Electrochemical Harvesting of Photosynthetic Electrons fromUnicellular Algae Population at the Preparative Scale by Using 2,6-dichlorobenzoquinone》，本申请不作具体赘述。

进一步的，导电惰性固体基质可以为水铁矿、针铁矿或磁铁矿，导电惰性固体基质可作为电子受体提取藻的光合电子。

进一步的，本申请的装置通过信息采集器5收集气体检测器7、水质指标检测器和光合代谢指标检测器1和胞外光敏聚合物检测器2的信息，获得的各项水质与生化指标（包括：pH、TOC、光合氧、光合电子流、胞外光敏聚合物产量等），并通过PLC自动控制部件6，根据培养液组成、环境条件和藻光合代谢的参数，实时调整工作电极14的电势，以获得最佳的微藻刺激偏电势以达到去除培养液中有机物的最佳效果。

因此，本申请的装置利用工作电极14在偏电势条件下，将微藻光合代谢过程中光反应系统II产生的光合电子导出，改变其光合代谢路径，促进其胞外合成代谢，同时辅以诱导藻源胞外光敏聚合物产生的抗生素，诱导微藻产生藻源胞外光敏聚合物，促进藻胞外积累具有光敏效应的藻源胞外光敏聚合物，原位使用或浓缩提取后，这些藻源胞外光敏聚合物可用做除去废水中有机物的光明药剂。

实施例1

本申请提供了采用不同电势下的光合电流试验，包括：

采用本申请提供的制备装置，如图1所述，将培养液通入微藻培养箱11，使得工作电极14、对电极12和参比电极13浸泡在培养液中。本申请实施例的培养液为营养物质和水，每升培养液的营养物质包括2g的NaHCO₃、7.76g的K₂HPO₄·3H₂O、2.53g的KH₂PO₄、0.31g的NH₄Cl、0.13g的KCl、0.01g的EDTA-Na₂、0.06g的柠檬酸和0.06g的柠檬酸铁。

检测培养液中光合电流曲线的方法采用电化学工作站8自动记录，每分钟采集一次；检测培养液中抗生素的方法为，在波长280nm处，以乙腈-0.1%甲酸（20:80）为流动相，使用C18色谱柱（5μm; 4.6×150mm, Phenomenex, CA, USA），柱温为35 ℃，混合流速为1.0mL/min，用高效液相色谱仪（HPLC,LC-16,Jiangsu, China）对的盐酸四环素浓度进行检测。所取样品均经0.22μm水系滤头过滤并保存至4℃冰箱待测。

本实施例所用的微藻为从华南流域分离的普通小球藻；本实施例的光周期为12小时光照/12小时黑暗。

1、将20ml处于对数生长期的微藻接种（藻种浓度为2.0 × 10 ⁷ cell/L）在含有工作电极14、对电极12和参比电极13的培养液中，通过三电极体系对培养液施加电势，利用冷白色荧光灯（3000 lux）作为光源，光源与工作电极距离为5 cm，按照微藻的光周期规律对微藻照射光源，以及在培养液中添加盐酸四环素驯化微藻；对培养液中施加电势为0.4V；盐酸四环素在培养液的浓度为1mg/L，整个实验过程在28±1℃恒定温度下运行120h。每个1min检测培养液中的电流情况。同时抽取培养液检测培养液中的盐酸四环素的降解情况，抽取的培养液均经0.22μm水系滤头过滤并保存至4℃冰箱检测抗生素降解情况。检测运行120h施加0.4V电势的光合电流曲线和运行120h培养液的抗生素降解情况的结果如图2和图3所示。图2中标记为0.4V曲线为施加0.4V电势的光合电流曲线，图3中标记为藻/光照/0.4V曲线为微藻在有光照和电势下微藻降解抗生素的降解曲线。

2、采用步骤1的方法，区别在于对培养液中施加电势为0.6V，其余操作与步骤1一致，检测施加0.6V电势的光合电流曲线和抗生素降解情况的结果如图2和图3所示。图2中标记为0.6V曲线为施加0.6V电势的光合电流曲线，图3中标记为藻/光照/0.6V曲线为微藻在有光照和电势下微藻降解抗生素的降解曲线。

3、采用步骤1的方法，区别在于对培养液中施加电势为0.8V，其余操作与步骤1一致，施加0.8V电势的光合电流曲线和抗生素降解情况的结果如图2和图3所示，图2中标记为0.8V曲线为施加0.8V电势的光合电流曲线，图3中标记为藻/光照/0.8V曲线为微藻在有光照和电势下微藻降解抗生素的降解曲线。

4、采用步骤1的方法，区别在于对培养液中不接种微藻，其余操作与步骤1一致，不接种微藻且施加0.4V电势的光合电流曲线和抗生素降解情况的结果如图2所示，图2中标记为0.4V无藻曲线为不接种微藻且施加0.4V电势的光合电流曲线。

5.采用上述步骤1的方法，对不同光照、电势条件下的微藻进行降解抗生素实验，即分别按藻/光照/0.4V、藻/光照/0.6V、藻/光照/0.8V、藻/黑暗/0.6V、藻/光照、藻/黑暗、无藻/光照和无藻/黑暗的条放入含有1mg/L盐酸四环素的培养液中处理60h，检测培养液在0~60h中的抗生素含量，结果如图3所示。

采用步骤1的方法，区别在于对培养液中施加电势为0.6V，且不对微藻照射光源（即在黑暗中施加0.6V电势培养微藻），其余操作与步骤1一致，检测在黑暗中施加0.6V电势的培养液中抗生素降解情况的结果，如图3所示。图3中标记为藻/黑暗/0.6V曲线为微藻在黑暗和0.6V电势下微藻降解抗生素的降解曲线。

采用步骤1的方法，区别在于对培养液中不施加电势，即电势为0V，且不对微藻照射光源（即在黑暗中0V电势下培养微藻），其余操作与步骤1一致，检测在黑暗中0V电势的培养液中抗生素降解情况的结果，如图3所示。图3中标记为藻/黑暗曲线为微藻在黑暗和0V电势下微藻降解抗生素的降解曲线。

采用步骤1的方法，区别在于对培养液中不施加电势，即电势为0V，其余操作与步骤1一致，检测在正常光周期下0V电势的培养液中抗生素降解情况的结果，如图3所示。图3中标记为藻/光照曲线为微藻在光照和0V电势下微藻降解抗生素的降解曲线。

采用步骤1的方法，区别在于对培养液中不施加电势，即电势为0V，且不在培养液中接种微藻，其余操作与步骤1一致，检测在正常光周期下0V电势无微藻的培养液中抗生素降解情况的结果，如图3所示。图3中标记为无藻/光照曲线为无微藻在正常光周期和0V电势下培养液中抗生素的降解曲线。

采用步骤1的方法，区别在于对培养液中不施加电势，即电势为0V，且不在培养液中接种微藻，不对培养液照射光照，其余操作与步骤1一致，检测在黑暗中0V电势无微藻的培养液中抗生素降解情况的结果，如图3所示。图3中标记为无藻/黑暗曲线为无微藻在黑暗和0V电势下培养液中抗生素的降解曲线。

从图2可知，图2中0~120h的白色部分为光照阶段，黑色部分为黑暗阶段。接种微藻且施加0.4V、0.6V和0.8V电势的光合电流曲线随着电极电势从 0.4 V 增加到 0.8V，最大光合电流可从 6.437 μA 增加到 56.03 μA。在降解四环素时，光合电流在各个电势下的最高电流相对稳定（0.4V- 2.2μA；0.6V- 9.6μA；0.8V- 35.9μA）且均低于最大光合电流。0.8V 时相对于 0.4 V 产生更大的电流归因于在该电势条件下更强的生物膜粘附力或更有效的胞外电子转移路径。而四环素降解时，光合电流的相对稳定是由于四环素的存在部分抑制了小球藻生物量的增长和光合作用。降解后光合电流的增加是由于在充足的底物下，生物量的增加导致的。

从图3可知，与不接种微藻的条件相比，接种微藻且施加0.4V、0.6V和0.8V电势的培养液中在30 h后均检测不到抗生素，可见，在0~30h中，施加0.4V、0.6V和0.8V电势的微藻在抗生素的诱导下产生藻源胞外光敏聚合物，藻源胞外光敏聚合物可快递降解抗生素。不接种微藻的条件下，培养液中不产生藻源胞外光敏聚合物，无法降解抗生素。

实施例2

本申请提供了采用不同条件获得的藻源胞外光敏聚合物的含量分析试验，包括：

本实施例所用的微藻为从华南流域分离的普通小球藻。

1、将20ml处于对数生长期的微藻接种（藻种浓度为2.0 × 10 ⁷ cell/L）在含有工作电极14、对电极12和参比电极13的培养液中，通过三电极体系对培养液施加电势，利用冷白色荧光灯（3000 lux）作为光源，光源与工作电极距离为5 cm，按照微藻的光周期规律对微藻照射光源，以及在培养液中添加盐酸四环素驯化微藻；对培养液中施加电势为0.4V；盐酸四环素在培养液的浓度为1 mg/L，整个实验过程在28±1℃恒定温度下运行45天，每隔5天添加盐酸四环素，保持盐酸四环素在培养液的浓度。微藻在电势的作用下均附着在碳毡（工作电极）上，小心地从装置中取下碳毡，加入4ml的0.9% NaCl溶液，再加入4ml 预加热至70℃的0.9%的NaCl溶液，达到最终温度35℃，水浴超声2min，使EPS脱离。在涡旋混合器剪切2min，转速为5000g离心15min。取出碳毡，用2ml 0.9% NaCl溶液洗涤碳毡。上清液通过0.22μm膜过滤，收集上清液中的有机物为松散结合的藻源胞外光敏聚合物EPS (LB-EPS)。离心后残留的微藻沉淀重新悬浮在5ml 0.9%的NaCl溶液；将得到的悬浮液在50℃的水浴中加热30min，再加入5ml 0.9%的NaCl溶液，5000g离心20min,。上清液通过0.22μm膜过滤，收集上清液为悬浮物中紧密结合的藻源胞外光敏聚合物EPS (TB-EPS)。LB-EPS和TB-EPS加起来为总藻源胞外光敏聚合物（总EPS），得到的总EPS标记为0.4V。

2、采用步骤1的方法，区别在于对培养液中施加电势为0.6V，其余操作与步骤1一致，得到总藻源胞外光敏聚合物（总EPS），步骤2的总EPS标记为0.6V。

3、采用步骤1的方法，区别在于对培养液中施加电势为0.8V，其余操作与步骤1一致，得到总藻源胞外光敏聚合物（总EPS），步骤3的总EPS标记为0.8V。

4、采用步骤1的方法，区别在于对培养液中施加电势为0.6V，且不在培养液中添加盐酸四环素，其余操作与步骤1一致，得到总藻源胞外光敏聚合物（总EPS），步骤4的总EPS标记为0.6V无抗生素。

5、将处于对数生长期的微藻接种在含有工作电极14、对电极12和参比电极13的培养液中，通过三电极体系对培养液施加电势，利用冷白色荧光灯（3000 lux）作为光源，光源与工作电极距离为5 cm，按照微藻的光周期规律对微藻照射光源，以及在培养液中添加盐酸四环素驯化微藻；对培养液中施加电势为0.6V；盐酸四环素在培养液的浓度为1 mg/L，整个实验过程在28±1℃恒定温度下运行7天，每隔5天添加盐酸四环素，保持盐酸四环素在培养液的浓度，培养7天后完成驯养；然后不对培养液施加电势培养微藻，培养至38天使得总培养时间为45天，每隔5天添加盐酸四环素，保持盐酸四环素在培养液的浓度。微藻在电势的作用下均附着在碳毡（工作电极）上，小心地从装置中取下碳毡，加入4ml的0.9% NaCl溶液，再加入4ml 预加热至70℃的0.9%的NaCl溶液，达到最终温度35℃，水浴超声2min，使EPS脱离。在涡旋混合器剪切2min，转速为5000g离心15min。取出碳毡，用2ml 0.9% NaCl溶液洗涤碳毡。上清液通过0.22μm膜过滤，收集上清液中的有机物为松散结合的藻源胞外光敏聚合物EPS (LB-EPS)。离心后残留的微藻沉淀重新悬浮在5ml 0.9%的NaCl溶液；将得到的悬浮液在50℃的水浴中加热30min，再加入5ml 0.9%的NaCl溶液，5000g离心20min,。上清液通过0.22μm膜过滤，收集上清液为悬浮物中紧密结合的藻源胞外光敏聚合物EPS (TB-EPS)。LB-EPS和TB-EPS加起来为总藻源胞外光敏聚合物（总EPS），步骤5的总EPS标记为无电极电势。

6、采用步骤1的方法，区别在于不对培养液施加电势（即培养液电势为0V），且不在培养液中添加盐酸四环素，其余操作与步骤1一致，得到总藻源胞外光敏聚合物（总EPS），步骤6的总EPS标记为非电活性藻无抗生素。

7、采用步骤1的方法，区别在于不对培养液施加电势（即培养液电势为0V），其余操作与步骤1一致，得到总藻源胞外光敏聚合物（总EPS），步骤7的总EPS标记为非电活性藻。

8、对上述步骤制得的总藻源胞外光敏聚合物，分别为0.4V、0.6V、0.8V、0.6V无抗生素、无电极电势、非电活性藻无抗生素和非电活性藻进行定量分析，蛋白质由BCA蛋白浓度测定试剂盒（Coolaber, SK1070）测定。使用蒽酮法测定产物中的多糖。腐植酸含量使用改进的Lowry方法测定。结果如图4和图5所示，其中，图4和图5中A为蛋白质，B为多糖，C为腐殖酸。图4可知，上述步骤的0.4V、0.6V、0.8V、0.6V无抗生素、无电极电势总EPS中含有大量蛋白质、多糖和腐殖酸，说明，本申请提供的制备方法可特异性制得用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物，因此，本申请的制备方法利用培养液中工作电极的固相电子受体提取微藻的光合电子，可促进微藻的胞外合成代谢，同时辅以诱导藻源胞外光敏聚合物产生的抗生素，诱导微藻胞外积累具有光敏效应的藻源胞外光敏聚合物；电势可以促进藻源胞外光敏聚合物的产生。随着电势的增加，藻源胞外光敏聚合物中的蛋白质的比例逐渐减少，腐植酸的比例逐渐增加，更有利于胞外电子传递。可见，电势可以通过调节藻源胞外光敏聚合物的结构提高传递胞外电子的能力，提高藻源胞外光敏聚合物的产量，藻源胞外光敏聚合物可用于促进抗生素的光降解。

实施例3

本申请提供了采用不同条件获得的藻源胞外光敏聚合物的抗生素降解试验，包括：

1、取实施例2步骤1、步骤2和步骤3中获得的总藻源胞外光敏聚合物，分别为0.4V总藻源胞外光敏聚合物、0.6V总藻源胞外光敏聚合物和0.8V总藻源胞外光敏聚合物，计算三种总藻源胞外光敏聚合物的总有机碳(TOC)含量。

超纯水经灭菌后，在超净台中加入盐酸四环素（1mg/L），制得含有盐酸四环素的超纯水。

2、按照TOC为8mg/L的量，将0.4V总藻源胞外光敏聚合物、0.6V总藻源胞外光敏聚合物和0.8V总藻源胞外光敏聚合物加入含有盐酸四环素的超纯水中处理36h，其中保持0-12h光照，12-24h黑暗，24-36h光照的条件。并且，同时设置对照，对照为不添加藻源胞外光敏聚合物的含有盐酸四环素的超纯水，除没有添加藻源胞外光敏聚合物外，其他步骤与上述条件一致。

3、检测培养液在0~36h中的抗生素含量，结果如图5所示，图5标记的无EPS曲线为无藻源胞外光敏聚合物的对照降解抗生素曲线，图5标记的0.4V藻EPS曲线为0.4V总藻源胞外光敏聚合物降解抗生素曲线，图5标记的0.6V藻EPS曲线为0.6V总藻源胞外光敏聚合物降解抗生素曲线，图5标记的0.8V藻EPS曲线为0.8V总藻源胞外光敏聚合物降解抗生素曲线。从图5可知，在接种微藻的培养液中施加0.4V~0.8V，以及在照射光源的条件下，得到的总藻源胞外光敏聚合物具有良好的降解抗生素性能。而在黑暗条件下，藻源胞外光敏聚合物降解效果明显低于光照条件。可见，光照对于激发藻源胞外光敏聚合物是必要的。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims

1.用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物的制备方法，其特征在于，包括：

提取所述微藻的藻源胞外光敏聚合物；所述三电极体系包括：工作电极、对电极和参比电极；

所述工作电极包括外源醌类氧化还原介体和导电惰性固体基质，外源醌类氧化还原介体为光合电子导出物；所述光合电子导出物负载在所述导电惰性固体基质上；所述外源醌类氧化还原介体选自1,4-苯醌、2,6-二氯苯醌、2,5-二甲基苯醌和对苯醌中的一种或多种；所述抗生素用于在微藻中诱导产生藻源胞外光敏聚合物。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述培养液包括营养物质和水，每升培养液的营养物质包括NaHCO₃、K₂HPO₄·3H₂O、KH₂PO₄、NH₄Cl、KCl、EDTA-Na₂、柠檬酸和柠檬酸铁；所述水包括无菌水、市政废水和农业废水中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述抗生素选自土霉素、金霉素和四环素中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微藻选自小球藻、栅藻和衣藻中的一种或多种。

5.一种用于废水处理的藻源胞外光敏聚合物的制备装置，其特征在于，包括微藻培养箱、培养液、工作电极、对电极、参比电极、控制器和检测器；

所述检测器与所述微藻培养箱连接；

所述控制器与所述检测器相互连接；

所述控制器分别与所述进水阀和所述出水阀连接；

6.根据权利要求5所述的制备装置，其特征在于，所述工作电极为中空柱状结构。

7.根据权利要求5所述的制备装置，其特征在于，所述检测器包括气体检测器、水质指标检测器、光合代谢指标检测器和胞外光敏聚合物检测器。