一种蓝藻处理剂及其使用方法和应用
【专利摘要】本发明公开了一种蓝藻处理剂及其使用方法和应用，所述蓝藻处理剂，包括以下组分：二氧化硅纳米颗粒和含有胺基的阳离子聚电解质，两者质量比为20～50∶1。本发明蓝藻处理剂利用二氧化硅纳米颗粒在含有胺基的阳离子聚电解质作用下与蓝藻细胞迅速复合并形成蓝藻聚集体，然后依靠二氧化硅的重力使蓝藻聚集体沉降到水底，从而抑制蓝藻的生长，防止蓝藻的爆发。
【专利说明】
一种蓝藻处理剂及其使用方法和应用
技术领域
[0001]本发明涉及环境保护与水处理领域，特别是涉及一种蓝藻处理剂及其使用方法和应用。
【背景技术】
[0002]蓝藻是原核生物，又叫蓝绿藻蓝细菌;大多数蓝藻的细胞壁外面有胶质衣，又叫粘藻。在藻类生物中，蓝藻是最简单、最原始的单细胞生物，没有细胞核，细胞中央有核物质，通常呈颗粒状或网状，色素均匀的分布在细胞质中。核物质没有核膜和核仁，具有核的功能，故称为原核(或拟核)。蓝藻中有环状DNA质粒，担当运载体的作用。由于水资源环境极其恶劣导致蓝藻大量繁殖而破坏生态平衡的现象称为蓝藻水华。
[0003]蓝藻水华的爆发已经成为了一个全球性问题，并且发生率有呈逐年上升的趋势。自然界中的许多蓝藻可以在细胞内部形成气囊，这些气囊可以帮助它们在水体中上浮以捕获更多的太阳光。正是这些漂浮的蓝藻在水面大规模集聚形成了水华。一些种类的蓝藻，例如微囊藻(Microcystis)、鱼腥藻(Anabaena)和丝囊藻(Aphanizomenon)等，它们在爆发时会向水体中释放一系列的藻毒素，这些藻毒素会严重威胁人类和动物的健康，尤其是具有很强的肝毒性。更重要的是，蓝藻水华爆发后，会导致水体溶解氧迅速下降，破坏水生环境的生态圈，引发引用水危机。随着经济的快速发展和对水资源的过度利用，中国的很多湖泊都已经严重受到了蓝藻水华的危害。例如，2007年太湖(中国，江苏省)的水华爆发直接导致了无锡市的饮用水危机，大约五百万人受其影响。
[0004]为了避免和减轻蓝藻水华带来的危害，人们发明了很多种策略来清除蓝藻水华。目前最常用的处理方法，一是使用化学杀藻剂和絮凝剂，二是人工捕捞。这两种方法，前者缺乏生物选择性，并会产生二次污染，给水环境带来其他不利影响，而后者则需要消耗大量的人力和物力，成本太高。更重要的是，目前人们采用的处理蓝藻水华的方法都主要集中在水华爆发后的处理，而并不能抑制蓝藻水华的爆发。由于水体的富营养化是水华爆发的最重要因素之一，因此减少水域和沉积物中的磷负载量是目前最广泛使用的方法，但是这种方法成本太高，也不适合大范围应用。基于生物相互作用的环境技术是目前最现代的控制蓝藻水华爆发的方法，虽然很有前景，但是大范围使用时效果不明显。所以，开发更加安全有效的抑制蓝藻水华爆发的方法对人类来说是一个巨大的挑战。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于二氧化硅的蓝藻处理剂。
[0006]在自然界的水体中，底部与水面相比是黑暗的，温度通常比水面低(冬季除外)，所以底部的环境会限制蓝藻细胞的光合生长和细胞分裂，通过二氧化硅纳米颗粒与蓝藻细胞复合，使得蓝藻细胞在二氧化硅的重力作用下自发的沉降到水底，从而抑制蓝藻的光合生长和细胞分裂，抑制蓝藻爆发。但是通常形成水华的蓝藻可以在细胞内部形成气囊，这些气囊可以帮助它们在水体中上浮以捕获更多的太阳光。正是这些漂浮的蓝藻在水面大规模集聚形成了水华。蓝藻细胞表面通常是带负电的，二氧化硅纳米颗粒在中性条件下也是带负电的，在含有胺基的阳离子聚电解质作用下，蓝藻细胞与二氧化硅纳米颗粒可以迅速复合并形成蓝藻聚集体，由于二氧化硅的密度比水大，蓝藻/ 二氧化硅复合体迅速沉降到水底。
[0007]一种蓝藻处理剂，包括以下组分:二氧化硅纳米颗粒和含有胺基的阳离子聚电解质，两者质量比为20?50:1。
[0008]优选的，二氧化硅纳米颗粒和含有胺基的阳离子聚电解质之间的质量比为25?35:1。最优选的，二氧化硅纳米颗粒和含有胺基的阳离子聚电解质之间的质量比为30:1。
[0009]优选的，所述二氧化娃纳米颗粒的粒径不大于lOOnm。二氧化娃纳米颗粒的粒径一般是指平均值，会在一个小的范围内有波动。当粒径太大时，效果会相对差些，因为会较快地沉到水底，而可能有部分来不及与蓝藻相互作用。更优选的，所述二氧化硅纳米颗粒的粒径为20?30nm。
[0010]聚电解质是带有可电离基团的长链高分子，这类高分子在极性溶剂中会发生电离，使高分子链上带上电荷。链上带正或负电荷的聚电解质分别叫做聚阳离子或聚阴离子。聚电解质分别具有电解质和高分子的一些性质。聚电解质溶液类似电解质溶液，可以导电，类似高分子溶液，有很大的粘度。胺基本身带有正点，且胺基与二氧化硅结合性能较好。
[0011]优选的，所述含有胺基的阳离子聚电解质的分子量不大于100000。与上述二氧化硅纳米颗粒一样，分子量太大时，效果会相对差些，因为会较快地沉到水底，而可能有部分来不及与蓝藻相互作用。更优选的，所述含有胺基的阳离子聚电解质为聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚乙烯亚胺或阳离子型聚丙烯酰胺中的一种或组合。其中，聚二甲基二烯丙基氯化铵的分子量为50000?100000，聚乙烯亚胺的分子量为4500?6500，阳离子型聚丙烯酰胺的分子量为40000?100000。
[0012]本发明又提供了所述的蓝藻处理剂在治理蓝藻引起的水污染中的应用。本发明蓝藻处理剂主要用于与活的蓝藻进行结合，而对于已经发生细胞壁破裂的蓝藻死细胞结合效果较差，所以本发明蓝藻处理剂既可以在蓝藻还没有爆发形成水华时使用以防范于未然，也可以在形成水华后进行治理，但对于形成水华后漂浮的死细胞，聚集沉降作用较差。
[0013]优选的，所述应用中，所述蓝藻的种类为微囊藻、鱼腥藻、丝囊藻或小球藻中的一种或多种。这些蓝藻种类在蓝藻水华发生时占比较大，且都会产生藻毒素。
[0014]本发明还提供了一种治理蓝藻引起的水污染的方法，包括以下步骤:
[0015](I)检测水体中蓝藻密度，当蓝藻密度大于2 X 14个/mL时判定为需要处理；
[0016](2)将如权利要求1?3任一所述的蓝藻处理剂撒在待处理的水体中，蓝藻处理剂使用量为每立方米水体50?I OOmg。
[0017]优选的，所述的方法，使用时先将所述蓝藻处理剂分散于水中形成分散液。因为本发明蓝藻处理剂的单位体积水体使用量较小，所以将蓝藻处理剂分散在一定体积的水中再播撒到水中较为方便，也容易播撒均匀。
[0018]本发明蓝藻处理剂利用二氧化硅纳米颗粒在含有胺基的阳离子聚电解质作用下与蓝藻细胞迅速复合并形成蓝藻聚集体，然后依靠二氧化硅的重力使蓝藻聚集体沉降到水底，从而抑制蓝藻的生长，防止蓝藻的爆发。
【附图说明】
[0019]图1为实施例1中蓝藻处理剂对微囊藻聚集沉降结果图；
[0020]图2为微囊藻的光学显微镜观察结果图，其中，图A为未处理组，图B为处理组；
[0021]图3为实施例2中微囊藻经蓝藻处理剂处理后生长情况结果图，其中图A为处理组和未处理组的直接观察结果，图B为处理组和未处理组的细胞密度变化结果图；
[0022]图4为实施例2中微囊藻藻毒素变化结果图。
【具体实施方式】
[0023]实施例1
[0024]将粒径为20?30nm的二氧化硅纳米颗粒和聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC，分子量为50000?100000)以质量比20:1混合获得蓝藻处理剂。将8yg蓝藻处理剂加入有80mL微囊藻悬液的烧杯中(微囊藻细胞密度:2X 16个/毫升)，最终二氧化硅颗粒在微囊藻悬液中的浓度为lOOyg/L，结果如图1所示，微囊藻快速聚集沉降，在约20min后，基本全部聚集沉降在烧杯底部。
[0025]使用光学显微镜观察处理前后的蓝藻，可以看到，使用蓝藻处理剂处理前蓝藻细胞间相互分散，而处理之后，蓝藻发生聚集(图2)。
[0026]实施例2
[0027]将粒径为20?30nm的二氧化硅纳米颗粒和聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC，分子量为50000?100000)以质量比25:1混合获得蓝藻处理剂。将20yg蓝藻处理剂加入有400mL微囊藻悬液的培养瓶中(微囊藻细胞密度:2 X 16个/毫升)，最终二氧化硅颗粒在微囊藻悬液中的浓度为50yg/L，然后观察聚集沉降后的微囊藻增值情况，结果如图3所示，在12天(d)时间内，未加蓝藻处理剂的培养瓶中微囊藻迅速增值，并在10天左右达到平台期，之后到第12天为止，数量基本保持稳定;而加了蓝藻处理剂的培养瓶中，微囊藻的数量基本一直维持在一开始的数量，没有明显的增值。
[0028]微囊藻藻毒素检测发现，在12天时间内，未加蓝藻处理剂的培养瓶中微囊藻藻毒素浓度迅速增高;而加了蓝藻处理剂的培养瓶中，微囊藻藻毒素一直维持在较低的浓度，没有明显的增加(图4)。
[0029]实施例3
[0030]将粒径为50?60nm的二氧化硅纳米颗粒和聚乙烯亚胺(PEI，分子量为4500?6500)以质量比30:1混合获得蓝藻处理剂。将6.4yg蓝藻处理剂加入有80mL鱼腥藻悬液的烧杯中(微囊藻细胞密度:2 X 16个/毫升)，最终二氧化硅颗粒在鱼腥藻悬液中的浓度为80μg/L，结果鱼腥藻快速聚集沉降在烧杯底部。
[0031 ] 实施例4
[0032]将粒径为70?SOnm的二氧化硅纳米颗粒和阳离子型聚丙烯酰胺(PAM，分子量为40000?100000)以质量比50:1混合获得蓝藻处理剂。将4.8yg蓝藻处理剂加入有80mL丝囊藻悬液的烧杯中(微囊藻细胞密度:2X 15个/毫升)，最终二氧化硅颗粒在丝囊藻悬液中的浓度为60yg/L，结果丝囊藻快速聚集沉降在烧杯底部。
[0033]实施例5
[0034]将粒径为90?10nm的二氧化硅纳米颗粒和阳离子型聚丙烯酰胺(PAM，分子量为40000?100000)以质量比35:1混合获得蓝藻处理剂。将4yg蓝藻处理剂加入有80mL小球藻悬液的烧杯中(微囊藻细胞密度:2X 14个/毫升)，最终二氧化硅颗粒在小球藻悬液中的浓度为50yg/L，结果小球藻快速聚集沉降在烧杯底部。
【主权项】
1.一种蓝藻处理剂，其特征在于，包括以下组分:二氧化硅纳米颗粒和含有胺基的阳离子聚电解质，两者质量比为20?50:1。2.如权利要求1所述的蓝藻处理剂，其特征在于，二氧化硅纳米颗粒和含有胺基的阳离子聚电解质之间的质量比为25?35:1。3.如权利要求1所述的蓝藻处理剂，其特征在于，所述二氧化硅纳米颗粒的粒径不大于10nm04.如权利要求3所述的蓝藻处理剂，其特征在于，所述二氧化硅纳米颗粒的粒径为20?30nmo5.如权利要求1所述的蓝藻处理剂，其特征在于，所述含有胺基的阳离子聚电解质的分子量不大于100000。6.如权利要求5所述的蓝藻处理剂，其特征在于，所述含有胺基的阳离子聚电解质为聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚乙烯亚胺或阳离子型聚丙烯酰胺中的一种或组合。7.如权利要求1?6任一所述的蓝藻处理剂在治理蓝藻引起的水污染中的应用。8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，所述蓝藻的种类为微囊藻、鱼腥藻、丝囊藻或小球藻中的一种或多种。9.一种治理蓝藻引起的水污染的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)检测水体中蓝藻密度，当蓝藻密度大于2X 14个/mL时判定为需要处理； (2)将如权利要求1?6任一所述的蓝藻处理剂撒在待处理的水体中，蓝藻处理剂使用量为每立方米水体50?I OOmg。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，使用时先将所述蓝藻处理剂分散于水中形成分散液。
【文档编号】A01N59/00GK106044878SQ201610530195
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】熊威, 马为民, 徐旭荣, 唐睿康
【申请人】浙江大学