一種藍(lán)藻處理劑及其使用方法和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種藍(lán)藻處理劑及其使用方法和應(yīng)用，所述藍(lán)藻處理劑，包括以下組分：二氧化硅納米顆粒和含有胺基的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)，兩者質(zhì)量比為20～50∶1。本發(fā)明藍(lán)藻處理劑利用二氧化硅納米顆粒在含有胺基的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)作用下與藍(lán)藻細(xì)胞迅速?gòu)?fù)合并形成藍(lán)藻聚集體，然后依靠二氧化硅的重力使藍(lán)藻聚集體沉降到水底，從而抑制藍(lán)藻的生長(zhǎng)，防止藍(lán)藻的爆發(fā)。
【專利說明】
一種藍(lán)藻處理劑及其使用方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)與水處理領(lǐng)域，特別是涉及一種藍(lán)藻處理劑及其使用方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]藍(lán)藻是原核生物，又叫藍(lán)綠藻藍(lán)細(xì)菌;大多數(shù)藍(lán)藻的細(xì)胞壁外面有膠質(zhì)衣，又叫粘藻。在藻類生物中，藍(lán)藻是最簡(jiǎn)單、最原始的單細(xì)胞生物，沒有細(xì)胞核，細(xì)胞中央有核物質(zhì)，通常呈顆粒狀或網(wǎng)狀，色素均勻的分布在細(xì)胞質(zhì)中。核物質(zhì)沒有核膜和核仁，具有核的功能，故稱為原核(或擬核)。藍(lán)藻中有環(huán)狀DNA質(zhì)粒，擔(dān)當(dāng)運(yùn)載體的作用。由于水資源環(huán)境極其惡劣導(dǎo)致藍(lán)藻大量繁殖而破壞生態(tài)平衡的現(xiàn)象稱為藍(lán)藻水華。
[0003]藍(lán)藻水華的爆發(fā)已經(jīng)成為了一個(gè)全球性問題，并且發(fā)生率有呈逐年上升的趨勢(shì)。自然界中的許多藍(lán)藻可以在細(xì)胞內(nèi)部形成氣囊，這些氣囊可以幫助它們?cè)谒w中上浮以捕獲更多的太陽(yáng)光。正是這些漂浮的藍(lán)藻在水面大規(guī)模集聚形成了水華。一些種類的藍(lán)藻，例如微囊藻(Microcystis)、魚腥藻(Anabaena)和絲囊藻(Aphanizomenon)等，它們?cè)诒l(fā)時(shí)會(huì)向水體中釋放一系列的藻毒素，這些藻毒素會(huì)嚴(yán)重威脅人類和動(dòng)物的健康，尤其是具有很強(qiáng)的肝毒性。更重要的是，藍(lán)藻水華爆發(fā)后，會(huì)導(dǎo)致水體溶解氧迅速下降，破壞水生環(huán)境的生態(tài)圈，引發(fā)引用水危機(jī)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和對(duì)水資源的過度利用，中國(guó)的很多湖泊都已經(jīng)嚴(yán)重受到了藍(lán)藻水華的危害。例如，2007年太湖(中國(guó)，江蘇省)的水華爆發(fā)直接導(dǎo)致了無錫市的飲用水危機(jī)，大約五百萬人受其影響。
[0004]為了避免和減輕藍(lán)藻水華帶來的危害，人們發(fā)明了很多種策略來清除藍(lán)藻水華。目前最常用的處理方法，一是使用化學(xué)殺藻劑和絮凝劑，二是人工捕撈。這兩種方法，前者缺乏生物選擇性，并會(huì)產(chǎn)生二次污染，給水環(huán)境帶來其他不利影響，而后者則需要消耗大量的人力和物力，成本太高。更重要的是，目前人們采用的處理藍(lán)藻水華的方法都主要集中在水華爆發(fā)后的處理，而并不能抑制藍(lán)藻水華的爆發(fā)。由于水體的富營(yíng)養(yǎng)化是水華爆發(fā)的最重要因素之一，因此減少水域和沉積物中的磷負(fù)載量是目前最廣泛使用的方法，但是這種方法成本太高，也不適合大范圍應(yīng)用?；谏锵嗷プ饔玫沫h(huán)境技術(shù)是目前最現(xiàn)代的控制藍(lán)藻水華爆發(fā)的方法，雖然很有前景，但是大范圍使用時(shí)效果不明顯。所以，開發(fā)更加安全有效的抑制藍(lán)藻水華爆發(fā)的方法對(duì)人類來說是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于二氧化硅的藍(lán)藻處理劑。
[0006]在自然界的水體中，底部與水面相比是黑暗的，溫度通常比水面低(冬季除外)，所以底部的環(huán)境會(huì)限制藍(lán)藻細(xì)胞的光合生長(zhǎng)和細(xì)胞分裂，通過二氧化硅納米顆粒與藍(lán)藻細(xì)胞復(fù)合，使得藍(lán)藻細(xì)胞在二氧化硅的重力作用下自發(fā)的沉降到水底，從而抑制藍(lán)藻的光合生長(zhǎng)和細(xì)胞分裂，抑制藍(lán)藻爆發(fā)。但是通常形成水華的藍(lán)藻可以在細(xì)胞內(nèi)部形成氣囊，這些氣囊可以幫助它們?cè)谒w中上浮以捕獲更多的太陽(yáng)光。正是這些漂浮的藍(lán)藻在水面大規(guī)模集聚形成了水華。藍(lán)藻細(xì)胞表面通常是帶負(fù)電的，二氧化硅納米顆粒在中性條件下也是帶負(fù)電的，在含有胺基的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)作用下，藍(lán)藻細(xì)胞與二氧化硅納米顆?？梢匝杆?gòu)?fù)合并形成藍(lán)藻聚集體，由于二氧化硅的密度比水大，藍(lán)藻/ 二氧化硅復(fù)合體迅速沉降到水底。
[0007]一種藍(lán)藻處理劑，包括以下組分:二氧化硅納米顆粒和含有胺基的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)，兩者質(zhì)量比為20?50:1。
[0008]優(yōu)選的，二氧化硅納米顆粒和含有胺基的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)之間的質(zhì)量比為25?35:1。最優(yōu)選的，二氧化硅納米顆粒和含有胺基的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)之間的質(zhì)量比為30:1。
[0009]優(yōu)選的，所述二氧化娃納米顆粒的粒徑不大于lOOnm。二氧化娃納米顆粒的粒徑一般是指平均值，會(huì)在一個(gè)小的范圍內(nèi)有波動(dòng)。當(dāng)粒徑太大時(shí)，效果會(huì)相對(duì)差些，因?yàn)闀?huì)較快地沉到水底，而可能有部分來不及與藍(lán)藻相互作用。更優(yōu)選的，所述二氧化硅納米顆粒的粒徑為20?30nm。
[0010]聚電解質(zhì)是帶有可電離基團(tuán)的長(zhǎng)鏈高分子，這類高分子在極性溶劑中會(huì)發(fā)生電離，使高分子鏈上帶上電荷。鏈上帶正或負(fù)電荷的聚電解質(zhì)分別叫做聚陽(yáng)離子或聚陰離子。聚電解質(zhì)分別具有電解質(zhì)和高分子的一些性質(zhì)。聚電解質(zhì)溶液類似電解質(zhì)溶液，可以導(dǎo)電，類似高分子溶液，有很大的粘度。胺基本身帶有正點(diǎn)，且胺基與二氧化硅結(jié)合性能較好。
[0011]優(yōu)選的，所述含有胺基的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)的分子量不大于100000。與上述二氧化硅納米顆粒一樣，分子量太大時(shí)，效果會(huì)相對(duì)差些，因?yàn)闀?huì)較快地沉到水底，而可能有部分來不及與藍(lán)藻相互作用。更優(yōu)選的，所述含有胺基的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)為聚二甲基二烯丙基氯化銨、聚乙烯亞胺或陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺中的一種或組合。其中，聚二甲基二烯丙基氯化銨的分子量為50000?100000，聚乙烯亞胺的分子量為4500?6500，陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的分子量為40000?100000。
[0012]本發(fā)明又提供了所述的藍(lán)藻處理劑在治理藍(lán)藻引起的水污染中的應(yīng)用。本發(fā)明藍(lán)藻處理劑主要用于與活的藍(lán)藻進(jìn)行結(jié)合，而對(duì)于已經(jīng)發(fā)生細(xì)胞壁破裂的藍(lán)藻死細(xì)胞結(jié)合效果較差，所以本發(fā)明藍(lán)藻處理劑既可以在藍(lán)藻還沒有爆發(fā)形成水華時(shí)使用以防范于未然，也可以在形成水華后進(jìn)行治理，但對(duì)于形成水華后漂浮的死細(xì)胞，聚集沉降作用較差。
[0013]優(yōu)選的，所述應(yīng)用中，所述藍(lán)藻的種類為微囊藻、魚腥藻、絲囊藻或小球藻中的一種或多種。這些藍(lán)藻種類在藍(lán)藻水華發(fā)生時(shí)占比較大，且都會(huì)產(chǎn)生藻毒素。
[0014]本發(fā)明還提供了一種治理藍(lán)藻引起的水污染的方法，包括以下步驟:
[0015](I)檢測(cè)水體中藍(lán)藻密度，當(dāng)藍(lán)藻密度大于2 X 14個(gè)/mL時(shí)判定為需要處理；
[0016](2)將如權(quán)利要求1?3任一所述的藍(lán)藻處理劑撒在待處理的水體中，藍(lán)藻處理劑使用量為每立方米水體50?I OOmg。
[0017]優(yōu)選的，所述的方法，使用時(shí)先將所述藍(lán)藻處理劑分散于水中形成分散液。因?yàn)楸景l(fā)明藍(lán)藻處理劑的單位體積水體使用量較小，所以將藍(lán)藻處理劑分散在一定體積的水中再播撒到水中較為方便，也容易播撒均勻。
[0018]本發(fā)明藍(lán)藻處理劑利用二氧化硅納米顆粒在含有胺基的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)作用下與藍(lán)藻細(xì)胞迅速?gòu)?fù)合并形成藍(lán)藻聚集體，然后依靠二氧化硅的重力使藍(lán)藻聚集體沉降到水底，從而抑制藍(lán)藻的生長(zhǎng)，防止藍(lán)藻的爆發(fā)。
【附圖說明】
[0019]圖1為實(shí)施例1中藍(lán)藻處理劑對(duì)微囊藻聚集沉降結(jié)果圖；
[0020]圖2為微囊藻的光學(xué)顯微鏡觀察結(jié)果圖，其中，圖A為未處理組，圖B為處理組；
[0021]圖3為實(shí)施例2中微囊藻經(jīng)藍(lán)藻處理劑處理后生長(zhǎng)情況結(jié)果圖，其中圖A為處理組和未處理組的直接觀察結(jié)果，圖B為處理組和未處理組的細(xì)胞密度變化結(jié)果圖；
[0022]圖4為實(shí)施例2中微囊藻藻毒素變化結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1
[0024]將粒徑為20?30nm的二氧化硅納米顆粒和聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDADMAC，分子量為50000?100000)以質(zhì)量比20:1混合獲得藍(lán)藻處理劑。將8yg藍(lán)藻處理劑加入有80mL微囊藻懸液的燒杯中(微囊藻細(xì)胞密度:2X 16個(gè)/毫升)，最終二氧化硅顆粒在微囊藻懸液中的濃度為lOOyg/L，結(jié)果如圖1所示，微囊藻快速聚集沉降，在約20min后，基本全部聚集沉降在燒杯底部。
[0025]使用光學(xué)顯微鏡觀察處理前后的藍(lán)藻，可以看到，使用藍(lán)藻處理劑處理前藍(lán)藻細(xì)胞間相互分散，而處理之后，藍(lán)藻發(fā)生聚集(圖2)。
[0026]實(shí)施例2
[0027]將粒徑為20?30nm的二氧化硅納米顆粒和聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDADMAC，分子量為50000?100000)以質(zhì)量比25:1混合獲得藍(lán)藻處理劑。將20yg藍(lán)藻處理劑加入有400mL微囊藻懸液的培養(yǎng)瓶中(微囊藻細(xì)胞密度:2 X 16個(gè)/毫升)，最終二氧化硅顆粒在微囊藻懸液中的濃度為50yg/L，然后觀察聚集沉降后的微囊藻增值情況，結(jié)果如圖3所示，在12天(d)時(shí)間內(nèi)，未加藍(lán)藻處理劑的培養(yǎng)瓶中微囊藻迅速增值，并在10天左右達(dá)到平臺(tái)期，之后到第12天為止，數(shù)量基本保持穩(wěn)定;而加了藍(lán)藻處理劑的培養(yǎng)瓶中，微囊藻的數(shù)量基本一直維持在一開始的數(shù)量，沒有明顯的增值。
[0028]微囊藻藻毒素檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在12天時(shí)間內(nèi)，未加藍(lán)藻處理劑的培養(yǎng)瓶中微囊藻藻毒素濃度迅速增高;而加了藍(lán)藻處理劑的培養(yǎng)瓶中，微囊藻藻毒素一直維持在較低的濃度，沒有明顯的增加(圖4)。
[0029]實(shí)施例3
[0030]將粒徑為50?60nm的二氧化硅納米顆粒和聚乙烯亞胺(PEI，分子量為4500?6500)以質(zhì)量比30:1混合獲得藍(lán)藻處理劑。將6.4yg藍(lán)藻處理劑加入有80mL魚腥藻懸液的燒杯中(微囊藻細(xì)胞密度:2 X 16個(gè)/毫升)，最終二氧化硅顆粒在魚腥藻懸液中的濃度為80μg/L，結(jié)果魚腥藻快速聚集沉降在燒杯底部。
[0031 ] 實(shí)施例4
[0032]將粒徑為70?SOnm的二氧化硅納米顆粒和陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺(PAM，分子量為40000?100000)以質(zhì)量比50:1混合獲得藍(lán)藻處理劑。將4.8yg藍(lán)藻處理劑加入有80mL絲囊藻懸液的燒杯中(微囊藻細(xì)胞密度:2X 15個(gè)/毫升)，最終二氧化硅顆粒在絲囊藻懸液中的濃度為60yg/L，結(jié)果絲囊藻快速聚集沉降在燒杯底部。
[0033]實(shí)施例5
[0034]將粒徑為90?10nm的二氧化硅納米顆粒和陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺(PAM，分子量為40000?100000)以質(zhì)量比35:1混合獲得藍(lán)藻處理劑。將4yg藍(lán)藻處理劑加入有80mL小球藻懸液的燒杯中(微囊藻細(xì)胞密度:2X 14個(gè)/毫升)，最終二氧化硅顆粒在小球藻懸液中的濃度為50yg/L，結(jié)果小球藻快速聚集沉降在燒杯底部。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種藍(lán)藻處理劑，其特征在于，包括以下組分:二氧化硅納米顆粒和含有胺基的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)，兩者質(zhì)量比為20?50:1。2.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)藻處理劑，其特征在于，二氧化硅納米顆粒和含有胺基的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)之間的質(zhì)量比為25?35:1。3.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)藻處理劑，其特征在于，所述二氧化硅納米顆粒的粒徑不大于10nm04.如權(quán)利要求3所述的藍(lán)藻處理劑，其特征在于，所述二氧化硅納米顆粒的粒徑為20?30nmo5.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)藻處理劑，其特征在于，所述含有胺基的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)的分子量不大于100000。6.如權(quán)利要求5所述的藍(lán)藻處理劑，其特征在于，所述含有胺基的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)為聚二甲基二烯丙基氯化銨、聚乙烯亞胺或陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺中的一種或組合。7.如權(quán)利要求1?6任一所述的藍(lán)藻處理劑在治理藍(lán)藻引起的水污染中的應(yīng)用。8.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，所述藍(lán)藻的種類為微囊藻、魚腥藻、絲囊藻或小球藻中的一種或多種。9.一種治理藍(lán)藻引起的水污染的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)檢測(cè)水體中藍(lán)藻密度，當(dāng)藍(lán)藻密度大于2X 14個(gè)/mL時(shí)判定為需要處理； (2)將如權(quán)利要求1?6任一所述的藍(lán)藻處理劑撒在待處理的水體中，藍(lán)藻處理劑使用量為每立方米水體50?I OOmg。10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，使用時(shí)先將所述藍(lán)藻處理劑分散于水中形成分散液。
【文檔編號(hào)】A01N59/00GK106044878SQ201610530195
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月30日
【發(fā)明人】熊威, 馬為民, 徐旭榮, 唐?？?
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)