小球藻海水淨化生物吸附劑的製備方法及其應用方法
2023-12-05 07:55:16 1
專利名稱：小球藻海水淨化生物吸附劑的製備方法及其應用方法
技術領域：
本發明涉及海水淨化技術，特別是涉及基於小球藻生物吸附劑的海水淨化技術。
背景技術：
沿海城市淡水資源緊缺是當今世界面臨的嚴峻問題，已嚴重影響到沿海城市和地區經濟發展和人民的生活。為了緩解淡水危機，許多城市積極開發新水源替代淡水，如汙水資源化、海水和苦鹹水直接利用等。中國海岸線漫長，沿海城市眾多，海水利用是解決沿海地區淡水資源緊缺的現實選擇，海水利用工程越來越受到重視，這也是緩解淡水資源緊缺局面的有效途徑。海水利用工程所用海水一般為近岸海水，由於近岸海域汙染的不斷加劇，近岸海水必須經過淨化預處理後才能使用，其預處理效果直接影響著海水利用工程後續流程的運行工況及運行成本。海水中汙染物主要有石油、重金屬、有機物、營養鹽類等，其中，重金屬是對生態環境危害極大的一類汙染物，因其進入環境後不能被生物降解，往往是參與食物鏈循環並最終在生物體內積累，破壞生物體正常生理代謝活動，危害人體健康，所以，海水中重金屬汙染物的去除尤為重要。現有的海水淨化處理技術對海水中重金屬汙染物的去除效果還不盡理想。絮凝沉降法是目前普遍採用的海水淨化預處理方法，但所投加的絮凝劑可能會產生殘留，部分無機或有機絮凝劑會對環境產生二次汙染，可能影響海水利用工程後續流程的運行效率。生物吸附技術具有原材料來源豐富、成本低、易操作、對環境無害等優點，成為環境工程和水處理領域的研究熱點。在眾多重金屬生物吸附材料中，藻類被證明吸附效果最好，目前已有將小球藻用作吸附劑去除淡水中的重金屬汙染物的研究報導。但是，由於受海水特殊的含鹽環境的限制，在淡水中生長的小球藻還不能直接作為生物吸附劑用於海水淨化預處理。
發明內容
針對現有的海水淨化預處理技術所存在的問題，本發明推出基於小球藻的海水淨化生物吸附劑，其目的在於對淡水中的小球藻進行耐鹽馴化和培養，成為對海水中重金屬吸附能力強的生物吸附劑，並以一定濃度投加於海水中，再經過相應物理、化學工藝處理， 以達到常規海水淨化預處理效果。本發明所涉及的小球藻海水淨化生物吸附劑的製備方法，其技術步驟包括耐鹽馴化、藻種培養、離心收集和乾燥研磨。耐鹽馴化將蛋白核小球藻在不同體積比的海水溶液中依次耐鹽培養。所述海水溶液由去離子水中加入一定體積的海水配製而成，分別為海水體積佔溶液總體積M%、48%、72%、96%、100%的海水溶液，分別稱為24%海水溶液、48%海水溶液、7 海水溶液、96%海水溶液、100%海水溶液。
將蛋白核小球藻依次放入不同的海水溶液中耐鹽培養時，先從海水所佔體積比例小的海水溶液開始，即先放入24%海水溶液中。在溫度為23士 1°C、照度4000 lx、全光照條件下進行培養，並每隔2天測定一次蛋白核小球藻的OD66tl值，同時清除死亡藻體。至蛋白核小球藻的OD66tl值不再顯著增大時，將蛋白核小球藻轉移至海水比例較大的海水溶液中， 培養及操作條件同上。之後逐漸增大培養液中海水的比例，即從24%海水溶液到48%海水溶液，再到海水溶液，再到96%海水溶液，再到100%海水溶液。在100%海水溶液中，蛋白核小球藻的OD66tl值不再顯著增大時，即完成耐鹽馴化。藻種培養在無菌條件下，將經耐鹽馴化後的蛋白核小球藻藻種轉接到f/2培養基中培養。培養條件為生長溫度23士 1°C，照度4000 lx，光暗比14h:10h。離心收集在蛋白核小球藻生長穩定期內，以8000 r/min對培養後的小球藻藻液離心收集鮮藻，將收集的鮮藻用去離子水清洗浸泡30min再在搖床中震蕩12h，並用鹽酸或氫氧化鈉調節PH值至4. 5 5. 5，得到含鮮藻的混合液。所用鹽酸或氫氧化鈉的質量摩爾濃度為0. lmol/L0乾燥研磨將收集的含鮮藻混合液的上清液棄去，沉澱部分再用去離子水衝洗，然後冷凍乾燥，研磨並過篩，並按小球藻膨潤土質量比為2:1的比例加入膨潤土，得到小球藻生物吸附劑。本發明所涉及的小球藻海水淨化生物吸附劑的應用方法，其技術步驟包括將所製得的生物吸附劑加入到海水中，調節海水的PH值至4. 5 5. 5，所加入的吸附劑濃度為 1. 5 2. 5g/L，常溫下攪拌反應，吸附反應時間為4 6h，再進行過濾，濾液進入海水利用後續流程，濾出的吸附劑可通過活化的方式解吸後再次使用。本發明所具有的積極效果 1、原料易得，成本低廉
小球藻是一類普生性單細胞綠藻，屬於綠藻門綠藻綱綠球藻目卵囊藻科小球藻屬，形狀呈球形或廣橢圓形，直徑3 12 μ m，生態類型多樣，在淡水、海水中均有分布，在人工培養基中也能良好生長。我國常見的小球藻種類有蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa), 橢圓小球藻(Chlorella ellipsoidea)和普通小球藻(Chlorella vulgaris)。本發明採用蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)，將鮮藻乾燥、研磨過篩後加入膨潤土獲得海水淨化生物吸附劑。本發明所述生物吸附劑基於死體植物，吸附劑使用後可通過活化的方式解吸後再次使用。2、吸附效率高
本發明適於含有重金屬此2+、012+、&12+等海水的淨化處理，可作為海水利用工程中海水預處理工序的海水中重金屬的淨化吸附劑，吸附能力強。譬如，對初始濃度為50mg/L的含 Pb2+海水，一次吸附後吸附率達到98. 5%，吸附量可達45. 9mg/g。評價吸附效果的吸附率和吸附量，由如下公式具體計算 吸附率 P= (C0-C1) /C0X 100%,吸附量 q= (C0-C1) V/M。式中，Ctl為海水中金屬離子初始濃度(mg/L)，C1為吸附平衡後海水中金屬離子濃度(mg/L)，K為溶液體積(L)，l為吸附劑乾重(g)。3、操作簡單
本發明製取小球藻海水淨化生物吸附劑以及用於進行海水淨化處理，具有成本低廉、操作簡單等特點，對設備及操作無特殊需求，只需普通的帶攪拌裝置的反應槽和進行簡單的PH值調節，處理後的海水可滿足海水利用對重金屬含量的要求，具有很好的工程應用前
旦
ο
具體實施例方式結合實施例對本發明的具體技術方案做進一步說明。實施例一小球藻海水淨化生物吸附劑的製備方法第一步小球藻的耐鹽馴化
將經分離純化後的蛋白核小球藻放入經滅菌處理的對％的海水溶液中，在溫度為 23士 1°C、照度4000 lx、全光照條件下進行培養；每隔2天測定一次蛋白核小球藻的OD66tl 值，並清除死亡藻體；至OD66tl值不再顯著增大時，將蛋白核小球藻轉移至48%海水溶液中， 培養及操作條件同上。然後，再以相同的培養及操作條件依次將蛋白核小球藻轉移至7 海水溶液、96%海水溶液、100%海水溶液。在100%海水溶液中，蛋白核小球藻的OD66tl值不再顯著增大時，即完成耐鹽馴化。第二步小球藻的培養及離心收集
在無菌條件下，將經耐鹽馴化後的蛋白核小球藻小球藻轉接到f/2培養基中。在溫度為23°C，照度4000 lx，光暗比14h:10 h的條件下培養，在生長穩定期以8000 r/min離心收集獲得鮮藻。第三步小球藻生物吸附劑的製備
將第二步獲得的鮮藻用去離子水清洗浸泡30min並在搖床中震蕩1 左右，並用鹽酸或氫氧化鈉調節PH值保持在4. 5 5. 5，得到混合液。將混合液上清液棄去，沉澱部分用去離子水衝洗後，冷凍乾燥，研磨並過篩，並按小球藻膨潤土質量比為2:1的比例加入膨潤土，得到小球藻生物吸附劑。實施例二 小球藻海水淨化生物吸附劑的應用方法I
取1升天津塘沽近岸海水放入攪拌裝置中，調節海水的PH值為5. 5，加入實施例一製得的小球藻海水淨化生物吸附劑，吸附劑用量為1.8mg/L，攪拌速度為160 r/min，吸附時間4h。經測定，吸附前海水中的此2+、012+、&12+離子初始濃度分別為5. 08mg/L、5. 62 mg/L、 12. 55 mg/L，吸附平衡後海水中 I^b2+、CU2+、ai2+離子濃度分別為 0. 15 mg/L、0· 45 mg/L、0· 87 mg/L,小球藻海水淨化生物吸附劑對海水中的此2+、Cu2+、Zn2+離子分別為97. 05%,91. 99%、 93. 07%。實施例三小球藻海水淨化生物吸附劑的應用方法II
取1升天津塘沽近岸海水放入攪拌裝置中，調節海水的PH值為5. 2，加入實施例一製得的小球藻海水淨化生物吸附劑，吸附劑用量為2. ang/L，攪拌速度為200 r/min，吸附時間4h，經測定，吸附前海水中的此2+、Cu2+、Zn2+離子初始濃度分別為2. 55mg/L、7. 44 mg/L、 22. 50 mg/L，吸附平衡後海水中 I^b2+、CU2+、ai2+離子濃度分別為 0.08 mg/L、0. 56 mg/LU. 03 mg/L,小球藻海水淨化生物吸附劑對海水中的此2+、Cu2+、Zn2+離子分別為96. 86%,92. 47%、 95. 42%ο
權利要求
1.一種小球藻海水淨化生物吸附劑的製備方法，其特徵在於，步驟包括耐鹽馴化、藻種培養、離心收集和乾燥研磨；耐鹽馴化，將蛋白核小球藻在不同體積比的海水溶液中依次耐鹽培養，先從海水所佔體積比例小的海水溶液開始，在溫度為23士 1°C、照度4000 IX、全光照條件下進行培養，並測定蛋白核小球藻的OD66tl值，至蛋白核小球藻的OD66tl值不再顯著增大時，將蛋白核小球藻依次轉移至海水比例較大的海水溶液中，直到100%海水溶液，培養及操作條件同上；在100%海水溶液中，蛋白核小球藻的OD66tl值不再顯著增大時，即完成耐鹽馴化；藻種培養，在無菌條件下，將經耐鹽馴化後的蛋白核小球藻藻種轉接到培養基中培養，培養條件為生長溫度23 士 1°C、照度4000 lx、光暗比14h:10 h;離心收集，在蛋白核小球藻生長穩定期內，以8000 r/min對培養後的小球藻藻液離心收集鮮藻，將收集的鮮藻用去離子水清洗浸泡並調節PH值至4. 5 5. 5，得到含鮮藻的混合液；乾燥研磨，將收集的含鮮藻混合液的上清液棄去，沉澱部分用去離子水衝洗，然後冷凍乾燥，研磨並過篩，加入膨潤土，得到小球藻生物吸附劑。
2.根據權利要求1所述的小球藻海水淨化生物吸附劑的製備方法，其特徵在於，所述耐鹽馴化步驟所用海水溶液，由去離子水中加入一定體積的海水配製而成，分別為海水體積佔溶液總體積M%、48%、72%、96%、100%的海水溶液，分別稱為24%海水溶液、48%海水溶液、7 海水溶液、96%海水溶液、100%海水溶液。
3.根據權利要求1所述的小球藻海水淨化生物吸附劑的製備方法，其特徵在於，所述耐鹽馴化步驟測定蛋白核小球藻的OD66tl,為每隔2天測定蛋白核小球藻的OD66tl值，同時清除死亡藻體。
4.根據權利要求1所述的小球藻海水淨化生物吸附劑的製備方法，其特徵在於，所述乾燥研磨步驟加入膨潤土得到小球藻生物吸附劑，其特徵在於，按小球藻膨潤土質量比為2:1的比例加入膨潤土。
5.一種根據權利要求1所述方法製備的小球藻海水淨化生物吸附劑的應用方法，其技術步驟包括將所製得的生物吸附劑加入到海水中，調節海水的PH值至4. 5 5. 5，所加入的吸附劑濃度為1. 5 2. 5g/L，常溫下攪拌反應，吸附反應時間為4 6h，再進行過濾，濾液進入海水利用後續流程。
6.根據權利要求5所述的小球藻海水淨化生物吸附劑的應用方法，其特徵在於，所述吸附反應後過濾濾出的吸附劑可通過活化的方式解吸後再次使用。
全文摘要
本發明公開了一種小球藻海水淨化生物吸附劑的製備方法及其應用方法，製備方法的步驟包括耐鹽馴化、藻種培養、離心收集和乾燥研磨。將蛋白核小球藻在不同體積比的海水溶液中依次耐鹽培養，在溫度為23±1℃、照度4000lx、全光照條件下進行培養；在生長溫度23±1℃、照度4000lx、光暗比14h:10h進行藻種培養；對培養後的小球藻藻液離心收集鮮藻，然後沉澱、冷凍乾燥，研磨並過篩。本發明所涉及的應用方法，是將所製得的生物吸附劑加入到海水中，調節海水的pH值至4.5～5.5，所加入的吸附劑濃度為1.5～2.5g/L，常溫下攪拌反應，再進行過濾，濾液進入海水利用後續流程，濾出的吸附劑可通過活化的方式解吸後再次使用。本發明在海水淨化處理中具有很好的工程應用前景。
文檔編號C02F1/62GK102294227SQ20111018051
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月30日 優先權日2011年6月30日
發明者寇希元, 張曉青, 張愛君, 張雨山, 王靜 申請人:國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所