CN115490332B - 一种利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，该方法利用特异型游丝藻(Planotonema sp.)对酸性土壤或酸性废水进行处理，特异型游丝藻(Planotonema sp.)在中国典型培养物保藏中心的保藏编号为CCTCC No：M 2022902。本发明的方法是一种新型的酸性水土修复方法，可以应用于多种酸性水土环境中，如磺酸废水、硝酸废水、酸性红壤、酸性紫色泥等，具有提升pH值速率高、绿色环保、无二次污染、适应能力强、易于操作、成本低廉等优点。
Description
技术领域
本发明属于农田土壤以及酸性废水修复治理技术领域，具体涉及一种利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法。
背景技术
我国土壤酸化现象较为严重，比如，广东省酸性土壤面积占全省耕地面积的31.1％，其中pH低于4.5的强酸性土壤面积达到总耕地面积的3.6％。另外，湖南、福建、江西的酸性土壤面积分别占各自省份耕地面积的72.6％、72.6％和90.9％，且酸性土壤的平均pH值在5.2～5.5之间。
土壤酸化的原因主要可分为两种，第一种为大面积的酸雨，第二种为废渣废水乱排、化肥的不合理使用等人为因素造成酸性渗漏液、废水进入到土壤。土壤酸化会对农业生产带来严重的危害，包括土壤肥力降低、土壤板结、土壤质量下降等；另外，土壤酸化会增加土壤中重金属离子的有效性，使得重金属离子对土壤微生物造成影响，最终影响作物发育、产量和质量。
目前治理土壤酸化的技术主要有两种：一是从源头上对酸性废水的治理，二是对酸性土壤的治理。酸性废水的治理，一般为施加碱性物质进行治理，如石灰、氢氧化钠、氧化镁等，这种方法见效快，但是费用较高并且可能会造成二次污染。另外，酸性废水也可以进行生物治理，包括投加细菌(氧化亚铁菌等)、建设人工好氧湿地、生物产硫反应堆等，这些技术对环境比较友好，但是建造和维持费用都极高。酸性土壤的治理，一般采用熟石灰、土壤调理剂等进行治理，比如，熟石灰及碳酸盐、硅酸盐土壤调理剂等可以快速提高土壤pH值，然而若长期使用，会造成土壤板结、营养元素失衡，也会增加农业成本。
因此，急需开发一种治理效果好、无二次污染、成本低廉的新型的应用于酸性水土环境下的修复方法，对于实现土壤酸化的有效治理具有十分重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种提升pH值速率高、绿色环保、无二次污染、适应能力强、易于操作、成本低廉的利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，所述方法是利用结皮藻对酸性土壤或酸性废水进行处理；所述结皮藻为特异型游丝藻(Planotonema sp.)，所述特异型游丝藻在中国典型培养物保藏中心的保藏编号为CCTCC No：M 2022902。
上述的的方法，优选的，所述特异型游丝藻用于处理酸性土壤时，包括以下步骤：将酸性土壤和水混合，加入特异型游丝藻重悬液和培养液，进行培养，完成对酸性土壤的处理；
所述特异型游丝藻用于处理酸性废水时，包括以下步骤：将特异型游丝藻重悬液和酸性废水混合，加入培养液，进行培养，完成对酸性废水的处理。
上述的的方法，优选的，所述特异型游丝藻用于处理酸性土壤时，所述特异型游丝藻重悬液与水的体积比为1∶1～50000，所述酸性土壤与水的比例为0.05kg～0.1kg∶1L，所述培养液与水的体积比为0.00001～0.2∶1。
上述的的方法，优选的，所述特异型游丝藻重悬液与水的体积比为1∶1～1000。
上述的的方法，优选的，所述特异型游丝藻用于处理酸性废水时，所述特异型游丝藻重悬液与酸性废水的体积比为1∶1～1000，所述培养液与酸性废水的体积比为0.00001～0.2∶1。
上述的的方法，优选的，所述培养的温度为15℃～35℃，所述培养的时间为7天～30天。
上述的的方法，优选的，所述特异型游丝藻重悬液的制备方法包括以下步骤：
S1、将结皮藻的结皮分离，得到特异型游丝藻；
S2、将步骤S1得到的特异型游丝藻加入营养液中，在20℃～30℃培养7天～10天，离心，去除上清液，得到藻水；所述培养的具体过程为：先在光照条件下培养12h，再在黑暗条件下培养12h，以此往复循环；
S3、将步骤S2得到的藻水和水混合，得到特异型游丝藻重悬液。
上述的的方法，优选的，步骤S2中，所述特异型游丝藻与营养液的质量比为1∶5，所述营养液为BG-11营养液，所述离心的转速为6000r/min～10000r/min，所述离心的时间为8min～15min；
步骤S3中，所述藻水和水的体积比为1∶5～20。
上述的的方法，优选的，所述培养液为BG-11培养液。
上述的的方法，优选的，所述酸性土壤的pH值为2～5.5，所述酸性废水的pH值为2～5.5。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)针对土壤酸化严重、酸性废水广泛存在的现状，本发明提供了一种利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，该方法采用的特异型游丝藻(Planotonema sp.)在酸性条件下具有良好的抗性和生长能力，可以通过光合作用以及自身分泌碱性物质来迅速提高周边的pH值，其原理如式(1)所示。本发明的方法中采用的特异型游丝藻(Planotonema sp.)，具有很强的抗酸能力，在pH>3的水体环境中均能正常生长。本发明的方法是一种新型的酸性水土修复方法，可以应用于多种酸性水土环境中，如磺酸废水、硝酸废水、酸性红壤、酸性紫色泥等，具有提升pH值速率高、绿色环保、无二次污染、适应能力强、易于操作、成本低廉等优点。
(2)本发明的方法采用的特异型游丝藻(Planotonema sp.)分离自结皮藻，该结皮藻具有强抗酸性，并且在强酸性环境中具有良好的生长速率，生物量较大。在实际应用过程中，虽然普通藻类也可以提升水体的pH，但是普通藻类在pH<4环境中生存比较困难，不适宜在强酸性环境下使用，而本申请发明人在研究中发现，结皮藻类能够在pH>2的环境中生长良好，且可以短时间内大幅度提升环境的pH值；同时，结皮藻类取自稻田结皮，而稻田结皮具有对生长环境要求低、抗逆性强、生长速度快、性能稳定性等特点，具有十分优异的适应性。因而，本发明的方法中采用的特异型游丝藻(Planotonema sp.)，不仅能够通过光合作用来提高水体和土壤的pH值，还能够降低稻田中重金属的有效性。
附图说明
图1为本发明实施例1中结皮藻的显微图，其中(a)为标尺50μm的显微图，(b)为标尺10μm的显微图。
图2为本发明实施例1中特异型游丝藻处理矿山磺酸废水过程中矿山磺酸废水的pH变化图。
图3为本发明实施例2中特异型游丝藻处理酸性土壤过程中土壤表层水的pH变化图。
图4为本发明实施例3中特异型游丝藻处理酸性土壤过程中土壤的pH变化图。
图5为本发明实施例4中特异型游丝藻处理矿山酸性废水过程中特异型游丝藻生长情况图。
一种特异型游丝藻，所述特异型游丝藻(Planotonema sp.)的名称为Planotonemasp.Taojiang，其在中国典型培养物保藏中心的保藏编号为CCTCC No：M 2022902，保藏单位地址位于中国武汉大学，保藏日期为2022年6月16日。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1：
一种本发明的利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，具体为利用特异型游丝藻(Planotonema sp.)对酸性废水进行处理，包括以下步骤：
取矿山磺酸废水150mL，测量其初始pH值，该初始pH值为3.0，加入特异型游丝藻重悬液和BG-11培养液，在25℃恒温培养箱中培育10天，培育的具体过程为：先进行12小时光照再进行12小时黑暗，以此往复循环，完成对矿山磺酸废水的处理。本实施例中，按照矿山磺酸废水的体积计算，特异型游丝藻重悬液的用量为矿山磺酸废水体积的1％，BG-11培养液的用量为矿山磺酸废水体积的0.2％。
本实施例中，特异型游丝藻重悬液的制备方法包括以下步骤：
(1)从磺酸废水区稻田中采集结皮藻，见图1，将部分结皮藻放入无菌水中，超声分散5-10min，然后将巴斯德吸管做成毛细管，在40或100倍倒置显微镜下挑取单根藻丝，得到特异型游丝藻。
(2)将上述的特异型游丝藻放入装有BG-11营养液的玻璃锥形瓶中，该特异型游丝藻与BG-11营养液的质量比为1∶5，于25℃恒温培养箱中先在光照下培养12h再在黑暗下培养12h，以此往复循环，总共培养7天，得到含藻营养液。
(3)用移液器吸取10mL上述的含藻营养液，在8000r/min的转速下离心10min，去除上清液，得到藻水。
(4)按照藻水和去离子水的体积比为1∶10，将去离子水和上述的藻水混合，得到特异型游丝藻重悬液。
本实施例中，特异型游丝藻(Planotonema sp.)在中国典型培养物保藏中心的保藏编号为CCTCC No：M 2022902，保藏单位地址位于武汉大学保藏中心，保藏日期为2022年6月16日。
培育过程中，分别在第0、1、3、5、7、10天测量矿山磺酸废水的pH值，每个实验重复三次，矿山磺酸废水的pH变化情况见图2。
对比试验：与本实施例的操作基本相同，区别仅在于：没有添加特异型游丝藻(Planotonema sp.)。
图2为本发明实施例1中特异型游丝藻处理矿山磺酸废水过程中矿山磺酸废水的pH变化图。从图2可知，没有添加特异型游丝藻(Planotonema sp.)的矿山磺酸废水pH值几乎没有变化，而添加了特异型游丝藻(Planotonema sp.)的矿山磺酸废水pH值则是显著升高，在第10天已经高达8.52，pH值提高了184％。
实施例2：
一种本发明的利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，具体为利用特异型游丝藻(Planotonema sp.)对酸性土壤进行处理，包括以下步骤：
取50g酸性土壤，加入500mL的去离子水，测量土壤表层水的初始pH值，该初始pH值为4.52，加入特异型游丝藻重悬液和BG-11培养液，在25℃恒温培养箱中培育10天，培育的具体过程为：先进行12小时光照再进行12小时黑暗，以此往复循环，完成对酸性土壤的处理。本实施例中，按照去离子水的体积计算，特异型游丝藻重悬液的用量为去离子水体积的1％，BG-11培养液的用量为去离子水体积的0.1％。
培育过程中，分别在第0、1、3、5、7、10天测量土壤表层水的pH值，每个实验重复三次，土壤表层水的pH变化情况见图3。
图3为本发明实施例2中特异型游丝藻处理酸性土壤过程中土壤表层水的pH变化图。从图3可知，土壤表层水初始的pH值为4.52，添加了特异型游丝藻的pH值在第10天可以达到8.95，然而未添加特异型游丝藻的土壤表层水的pH只增加到了4.82。
实施例3：
一种本发明的利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，具体为利用特异型游丝藻(Planotonema sp.)对酸性土壤进行处理，包括以下步骤：
取50g酸性土壤，加入500mL的去离子水，测量土壤的初始pH值，该初始pH值为4.50，加入特异型游丝藻重悬液和BG-11培养液，在25℃恒温培养箱中培育10天，培育的具体过程为：先进行12小时光照再进行12小时黑暗，以此往复循环，完成对酸性土壤的处理。本实施例中，按照去离子水的体积计算，特异型游丝藻重悬液的用量为去离子水体积的1％，BG-11培养液的用量为去离子水体积的0.5％。
培育过程中，分别在第0、1、3、5、7、10天测量土壤的pH值，每个实验重复三次，土壤pH变化情况见图4。
图4为本发明实施例3中特异型游丝藻处理酸性土壤过程中土壤的pH变化图。从图4可知，添加了特异型游丝藻的酸性土壤的pH值从4.50升高到了4.77，而未添加特异型游丝藻的酸性土壤的pH值在第10天仍然为4.52。
实施例4：
一种本发明的利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，具体为利用特异型游丝藻(Planotonema sp.)对矿山酸性废水进行处理，包括以下步骤：
取矿山酸性废水150mL，测量其初始pH值，该初始pH值为3.0，加入特异型游丝藻重悬液和BG-11培养液，在25℃恒温培养箱中培育10天，培育的具体过程为：先进行12小时光照再进行12小时黑暗，以此往复循环，完成对矿山酸性废水的处理。本实施例中，按照矿山酸性废水的体积计算，特异型游丝藻重悬液的用量为矿山酸性废水体积的1％，BG-11培养液的用量为矿山酸性废水体积的0.02％。
培育过程中，分别在第0、1、3、5、7、10取10mL矿山酸性废水于离心管震荡混匀后，在4℃的条件下于10000r/min转速离心10min，去掉上清液后，加入4mL 80％的丙酮溶液，在4℃下静置24h，期间不定期晃动摇匀，静置完成后置于离心机中，在4℃的条件下于10000r/min转速离心10min，取上清液，在可见分光光度计下分别测定其在波长663nm和645nm下的吸光度值，计算叶绿素总含量。叶绿素总含量的计算公式如下。
叶绿素总含量：Total Chorophyll(mg/L)＝(20.2×A645nm+8.03×A663nm)
图5为本发明实施例4中特异型游丝藻处理矿山酸性废水过程中特异型游丝藻生长情况图。从图5可知，随着时间的增长，矿山酸性废水中特异型游丝藻的叶绿素含量从0.13增长到了9.28，表明特异型游丝藻在矿山酸性废水中生长状况良好。
实施例5：
一种本发明的利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，具体为利用特异型游丝藻(Planotonema sp.)对酸性土壤进行处理，包括以下步骤：
取5kg酸性土壤，加入100L的去离子水，测量土壤表层水的初始pH值，该初始pH值为3.4，加入特异型游丝藻重悬液和BG-11培养液，在18℃～25℃的野外环境中培育30天，培育过程中每隔10天添加一次BG-11培养液，完成对酸性土壤的处理。本实施例中，按照去离子水的体积计算，特异型游丝藻重悬液的用量为去离子水体积的0.01％，每次BG-11培养液的用量为去离子水体积的0.016％。
培育过程中，土壤表层水的初始pH为3.4，30天后土壤表层水的pH为9.5；土壤的初始pH值为4.2，30天后土壤的pH值增加到4.8。
实施例6：
一种本发明的利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，具体为利用特异型游丝藻(Planotonema sp.)对酸性土壤进行处理，包括以下步骤：
取5kg酸性土壤，加入100L的去离子水，测量土壤表层水的初始pH值，该初始pH值为3.2，加入特异型游丝藻重悬液和BG-11培养液，在18℃～25℃的野外环境中培育30天，培育过程中每隔10天添加一次BG-11培养液，完成对酸性土壤的处理。本实施例中，按照去离子水的体积计算，特异型游丝藻重悬液的用量为去离子水体积的0.005％，每次BG-11培养液的用量为去离子水体积的0.005％。
培育过程中，土壤表层水的初始pH为3.2，30天后土壤表层水的pH为8.3；土壤的初始pH值为4.2，30天后土壤的pH值增加到4.4。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，其特征在于，所述方法是利用结皮藻对酸性土壤或酸性废水进行处理；所述结皮藻为特异型游丝藻(Planotonema sp.)，所述特异型游丝藻在中国典型培养物保藏中心的保藏编号为CCTCC No：M 2022902。
2.根据权利要求1所述的利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，其特征在于，所述特异型游丝藻用于处理酸性土壤时，包括以下步骤：将酸性土壤和水混合，加入特异型游丝藻重悬液和培养液，进行培养，完成对酸性土壤的处理；
所述特异型游丝藻用于处理酸性废水时，包括以下步骤：将特异型游丝藻重悬液和酸性废水混合，加入培养液，进行培养，完成对酸性废水的处理。
3.根据权利要求2所述的利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，其特征在于，所述特异型游丝藻用于处理酸性土壤时，所述特异型游丝藻重悬液与水的体积比为1∶1～20000，所述酸性土壤与水的比例为0.05kg～0.1kg∶1L，所述培养液与水的体积比为0.00001～0.2∶1。
4.根据权利要求3所述的利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，其特征在于，所述特异型游丝藻重悬液与水的体积比为1∶1～1000。
5.根据权利要求2所述的利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，其特征在于，所述特异型游丝藻用于处理酸性废水时，所述特异型游丝藻重悬液与酸性废水的体积比为1∶1～1000，所述培养液与酸性废水的体积比为0.00001～0.2∶1。
6.根据权利要求2～5中任一项所述的利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，其特征在于，所述培养的温度为15℃～35℃，所述培养的时间为7天～30天。
7.根据权利要求2～5中任一项所述的利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，其特征在于，所述特异型游丝藻重悬液的制备方法包括以下步骤：
S1、将结皮藻的结皮分离，得到特异型游丝藻；
S2、将步骤S1得到的特异型游丝藻加入营养液中，在20℃～30℃培养7天～10天，离心，去除上清液，得到藻水；所述培养的具体过程为：先在光照条件下培养12h，再在黑暗条件下培养12h，以此往复循环；
S3、将步骤S2得到的藻水和水混合，得到特异型游丝藻重悬液。
8.根据权利要求7所述的利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，其特征在于，步骤S2中，所述特异型游丝藻与营养液的质量比为1∶5，所述营养液为BG-11营养液，所述离心的转速为6000r/min～10000r/min，所述离心的时间为8min～15min；
步骤S3中，所述藻水和水的体积比为1∶5～20。
9.根据权利要求2～5中任一项所述的利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，其特征在于，所述培养液为BG-11培养液。
10.根据权利要求1～5中任一项所述的利用结皮藻提升酸性水/土pH值的方法，其特征在于，所述酸性土壤的pH值为2～5.5，所述酸性废水的pH值为2～5.5。
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