CN1807272A - 一种藻类生物絮凝剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种藻类生物絮凝剂的制备方法，其制备步骤是：首先培养无菌藻类；培养液加入无水乙醇沉淀，浓缩得到藻类絮凝剂。本发明的絮凝剂具有高效的絮凝效果，沉淀性好，能够使高岭土悬浊液快速澄清，生产和加工成本低廉、工艺简单，使用方便，安全，且絮凝过程pH适应范围广，适用范围广泛。

Description

一种藻类生物絮凝剂的制备方法

                           技术领域

本发明涉及生活污水、工业废水处理以及食品、饮料、酿造等产品加工工艺等，更具体涉及一种藻类生物絮凝剂的制备方法。

                           背景技术

铝盐、铁盐及其聚合物为代表的无机絮凝剂和以聚丙烯酰胺为代表的合成有机高分子絮凝剂是目前普遍使用的絮凝剂，由于不能降解、有一定毒性，使生态环境受到了严重污染，也使人类健康受到严重威胁(Duan and Gregory，2003；Zhang and Lin，1999；Zouboulis et al.，2004)。微生物絮凝剂是一类由微生物分泌的具有絮凝活性的生物大分子。产絮凝剂的微生物包括藻类、细菌、真菌和放线菌(Zhang and Lin，1999；Zhang et al.，2002)。菌类絮凝剂可以首先经过含不同碳源以及其他生长因子的培养基种子培养或牛肉膏蛋白胨固体平板生长，然后摇瓶扩大培养获得发酵液，如生物絮凝剂REA-11(何宁，李寅，陈坚等，2002；He，Li and Chen，2004)、和曲霉生物絮凝剂M-25(石璐，刘忠义，唐受印等，2003)等。提取方法一般是离心取上清液用酸、碱或有机溶剂等反复沉淀、溶解、盐析、萃取，最后通过冷冻干燥制得粗制品，例如，对Bacillus sp.DP-152絮凝剂可采用无水乙醇、CPC沉淀以及胶体渗透层析分析法得到粗品。菌类絮凝剂培养基成本高、生产过程产生高浓度有机废水、提取成本高，因此限制了其应用。

国内尚未见到有关藻类絮凝剂的报道，在国外也仅鱼腥藻(Anabaenopsiscircularis)、席藻(Phormidium sp.)、墨西哥衣藻(Chlamydomonas mexicana)、颤藻(Oscillatoria)、眉藻(Calothrix desertica)有实验性文章报道(Bar-Or，Shilo，1987；Levy，Bar-Or and Magdassi，1989；Levy，Magdassi and Bar-Or，1992；Bender etal.，1994；Shilo and Fattom 1984；Takagi，1985)。其絮凝剂的制备方法大致如下：藻种经BG-11培养基培养，再收获稳定生长期藻液，离心或过滤以除去细胞，最后经CTAB或无水乙醇或热苯酚等处理，有絮凝活性的组分通过冷冻干燥制得絮凝剂。藻种不同，工艺较为复杂。并且迄今为止，在国内外并无藻类絮凝剂的市场应用和开发。

                          发明内容

本发明的目的在于提供一种藻类生物絮凝剂的制备方法，方法易行，易于控制，无污染，该絮凝剂对污水处理效果好，可广泛用于污水处理。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：作为一种絮凝剂，具有高效、无毒、絮凝范围广、可生物降解等优点而备受关注。与菌类絮凝剂相比，莱因衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)絮凝剂其具有易培养、工艺流程简单、便于运行操作、价格低廉等优点，可广泛用于污水处理、下游技术和食品工业。其制备步骤是：

1.培养无菌衣藻(藻种来源于中国科学院典型培养物保藏委员会淡水藻种库，1984年)，采用改良的CHU-11号培养基，温度15～35℃，光照10～60μEm^-2s^-1。(采用其它藻种也均能实现本发明)所述的培养基为：

硝酸钠(NaNO₃)0.5-2g

硫酸镁(MgSO₄·7H₂O)0.35-0.5g

硅酸钠(Na₂SiO₃·9H₂O)0.02-0.28g

氯化钙(CaCl₂·2H₂O)0.02-0.05g

磷酸氢二钾(K₂HPO₄·3H₂O)0.009-0.04g

碳酸钠(Na₂CO₃)0.015-0.025g

柠檬酸3.0-6.0mg

柠檬酸铁铵3.0-6.0mg

乙二胺四乙酸(EDTA)0.05-1.0mg

A-5溶液1.0ml

蒸馏水1.0L

室温(20-25℃)下pH 7.3-7.7

上述A-5溶液配方如下：硼酸(H₃BO₃)0.6-2.86g，氯化锰(MnCl₂·4H₂O)0.13-1.81g，钼酸钠(Na₂MoO₄·H₂O)0.13-0.39g，硫酸锌(ZnSO₄·7H₂O)0.042-0.222g，硫酸铜(CuSO₄·H₂O)0.02-0.079g，硝酸钴(Co(NO₃)₂·6H₂O)0.045-0.07g，蒸馏水1.0L；

2.取无菌衣藻对数生长期后期至稳定生长期藻液，离心，转速为3000～5000g，时间为18～22分钟，然后取上清；

3.制备5g/L高岭土悬浊液，然后取1ml上清和1ml 15～30g/L的CaCl₂溶液加入49ml高岭土悬浊液中，调pH值为2.0～12.0，把混合液用磁力搅拌器搅拌2～5分钟；

4.把搅拌后的混合液静置3～7分钟，以蒸馏水代替样液作为对照，在550nm处测定样液和对照的吸光值，根据公式计算絮凝率：絮凝率＝(A-B)/A×100％(A-对照上清液光密度值；B-样品上清液光密度值)；

5.衣藻絮凝剂的提取，取离心后衣藻液，藻处于稳定生长期，加入两倍体积的无水乙醇沉淀，2～6℃放置过夜，然后再离心，转速为9000～12000g，离心10～30分钟后弃上清，再重复无水乙醇沉淀一次，2～6℃放置过夜，9000～12000g，离心取沉淀，低压冻干(真空或接近真空，温度为-45～-55℃)后即可得到衣藻絮凝剂。对产品成分研究结果表明该絮凝剂为多阴离子的大分子物质，含有蛋白和多糖。将所得的衣藻絮凝剂溶于蒸馏水配成不同浓度即可使用。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：衣藻培养基仅为低浓度无机盐溶液，培养条件廉价便利，本衣藻絮凝剂安全无污染，并且提取絮凝剂工艺简便，易于控制，对水中悬浮物、胶体等物质颗粒进行电中和，形成粘附架桥并具有稳定性，使水中微粒相互粘结成大颗粒，藉自重沉降而去除，在5分钟内其絮凝率可达97.06％；衣藻絮凝剂絮凝所需pH值范围广，且用量仅4mg/L就能达到很好絮凝效果。因此，衣藻絮凝剂可用于湖泊污染水体处理和工业污水处理等方面。

                        具体实施方式

本发明是衣藻培养中产生的絮凝剂，其具体实施方法如下：

实施例1：培养无菌衣藻，其培养基配方如下：

NaNO₃ 0.85g

MgSO₄·7H₂O 0.37g

Na₂SiO₃·9H₂O 0.274g

CaCl₂·2H₂O 0.04g

K₂HPO₄·3H₂O 0.04g

Na₂CO₃ 0.02g

柠檬酸 6.0mg

柠檬酸铁铵 6.0mg

EDTA 1.0mg

A-5溶液 1.0ml

蒸馏水 1.0L

室温下pH 7.4

上述A-5溶液配方如下：H₃BO₃ 0.7g，MnCl₂·4H₂O 1.81g，Na₂MoO₄·H₂O0.39g，ZnSO₄·7H₂O 0.222g，CuSO₄·H₂O 0.196g，Co(NO₃)₂·6H₂O 0.049g，蒸馏水1.0L。

培养条件为温度25℃，光照45μEm^-2s^-1。衣藻絮凝剂提取制备步骤如下：在藻处于稳定生长期时，取藻液离心，转速4500g，时间为20分钟。取离心后衣藻上清液，加入两倍体积的无水乙醇沉淀，2～6℃放置过夜，转速为10000g，离心20分钟后弃上清，再重复无水乙醇沉淀一次，2～6℃放置过夜，然后再离心，转速10000g，时间20分钟，离心后取沉淀，低压冻干(真空，温度为-50℃)后即可得到衣藻絮凝剂。

实施例2：培养无菌衣藻，其培养基配方同实施例1，培养条件为温度35℃，光照45μEm^-2s^-1。衣藻絮凝剂提取制备方法同实施例1。

实施例3：培养无菌衣藻，其培养基配方同实施例1，培养条件为温度15℃，光照45μEm^-2s^-1。衣藻絮凝剂提取制备方法同实施例1。

实施例4：培养无菌衣藻，其培养基配方如下：

NaNO₃ 1.5g

MgSO₄·7H₂O 0.08g

Na₂SiO₃·9H₂O 0.05g

CaCl₂·2H₂O 0.04g

K₂HPO₄·3H₂O 0.08g

Na₂CO₃ 0.017g

柠檬酸 3.0mg

柠檬酸铁铵 3.0mg

EDTA 1.0mg

A-5溶液1.0ml

蒸馏水1.0L

室温下pH 7.5

上述A-5溶液配方如下：H₃BO₃ 2.86g，MnCl₂·4H₂O 0.013g，Na₂MoO₄·H₂O0.148g，ZnSO₄·7H₂O 0.222g，CuSO₄·H₂O 0.079g，Co(NO₃)₂·6H₂O 0.068g，蒸馏水1.0L。

培养条件为温度25℃，光照45μEm^-2s^-1。衣藻絮凝剂提取制备方法同实施例1。

实施例5：培养无菌衣藻，其培养基配方同实施例4，培养条件为温度35℃，光照45μEm^-2s^-1。衣藻絮凝剂提取制备方法同实施例1。

实施例6：培养无菌衣藻，其培养基配方同实施例4，培养条件为温度15℃，光照45μEm^-2s^-1。衣藻絮凝剂提取制备方法同实施例1。

实施例7：培养无菌衣藻，其培养基配方如下：

NaNO₃ 1.5g

MgSO₄·7H₂O 0.08g

Na₂SiO₃·9H₂O 0.06g

CaCl₂·2H₂O 0.04g

K₂HPO₄·3H₂O 0.04g

Na₂CO₃ 0.02g

柠檬酸 6.0mg

柠檬酸铁铵 6.0mg

EDTA 1.0mg

A-5溶液 1.0ml

蒸馏水 1.0L，

室温下pH 7.3

上述A-5溶液配方如下：H₃BO₃ 2.86g，MnCl₂·4H₂O 1.81g，Na₂MoO₄·H₂O0.39g，ZnSO₄·7H₂O 0.222g，CuSO₄·H₂O 0.079g，Co(NO₃)₂·6H₂O 0.049g，蒸馏水1.0L。

培养温度为25℃，并分别在光照10μEm^-2s^-1或20μEm^-2s^-1或60μEm^-2s^-1进行培养。衣藻絮凝剂提取制备方法如实施例1。

实施例8：培养无菌衣藻，其培养基配方同实施例7，并分别调节培养基初始pH值为4.0或6.0或8.0或10.0，培养条件为温度25℃，光照45μEm^-2s^-1。衣藻絮凝剂提取制备方法同实施例1。

Claims (3)

1、一种藻类生物絮凝剂的制备方法，它包括下列步骤：

A、培养无菌衣藻，改良的CHU-11号培养基，温度15～35℃，光照10～60μEm^-2s^-1；

B、取无菌衣藻对数生长期后期至稳定生长期藻液，离心，转速为3000～5000g，时间为18～22分钟，然后取上清；

C、制备5g/L高岭土悬浊液，然后取1ml上清和1ml 15～30g/L的CaCl₂溶液加入49ml高岭土悬浊液中，调pH值为2.0～12.0，把混合液用磁力搅拌器搅拌2～5分钟；

D、把搅拌后的混合液静置3～7分钟，以蒸馏水代替样液作为对照，在550nm处测定样液和对照的吸光值，根据公式计算絮凝率；

E、衣藻絮凝剂提纯，取离心后衣藻液，藻处于稳定生长期，加入两倍体积的无水乙醇沉淀，2～6℃放置过夜，然后再离心，转速为9000～12000g，离心10～30分钟后弃上清，再重复无水乙醇沉淀一次，2～6℃放置过夜，9000～12000g，离心取沉淀，低压冻干，真空或近真空，温度为-45～-55℃，后即可得到衣藻絮凝剂。

2、根据权利要求1所述的一种藻类生物絮凝剂的制备方法，其特征在于所述的改良的CHU-11号培养基为：

          硝酸钠0.5-2g

          硫酸镁0.35-0.5g

          硅酸钠0.02-0.28g

          氯化钙.02-0.05g

          磷酸氢二钾0.009-0.04g

          碳酸钠0.015-0.025g

          柠檬酸3.0-6.0mg

          柠檬酸铁铵3.0-6.0mg

          乙二胺四乙酸0.05-1.0mg

            A-5溶液1.0ml

            蒸馏水1.0L

            室温下pH7.3-7.7。

3、根据权利要求1所述的一种藻类生物絮凝剂的制备方法，其特征在于所述的改良的CHU-11号培养基为：

            硝酸钠1.5g

            硫酸镁0.08g

            硅酸钠0.06g

            氯化钙0.04g

            磷酸氢二钾0.04g

            碳酸钠0.02g

            柠檬酸6.0mg

            柠檬酸铁铵6.0mg

            乙二胺四乙酸1.0mg

            A-5溶液1.0ml

            蒸馏水1.0L。