一种利用低压交流电场和化感物质缓释生物炭联合抑制铜绿微囊藻生长的方法

本发明属于水华控制领域，尤其涉及一种利用低压交流电场和化感物质缓释生物炭联合抑制铜绿微囊藻生长的方法。

背景技术：

1、近年来，随着工业迅速发展和城市生活水平不断提高，人们活动产生的富含营养物质的污水也在与日俱增，对全球的水环境造成了相当大的破坏。在富营养化的水体中，微藻大规模生长繁殖会造成严重水华。铜绿微囊藻是造成水华最重要的蓝藻种，其过度繁殖会覆盖在水体表面，造成水体溶解氧量下降、水质恶化及鱼类等水生生物大量死亡。同时，部分微囊藻释放藻毒素，会导致水生生物产生严重的机体损伤，甚至还会在鱼虾等生物体内进行积累或者扩散到饮用水中，进而危害到人类身体健康。因此治理藻华仍然是水污染控制的主要任务之一。

2、目前，常见的抑制藻华的方法有很多，主要包括机械打捞、添加化学药剂、生物捕食等。其中机械打捞能耗和成本较高；添加化学除藻剂操作简单、去除效率快，但通常会给水生生物和生态系统带来严重的副作用；生物捕食控藻技术管理复杂、处理周期长，存在生态系统失衡的风险。

3、植物产生的化感物质抑藻由于其经济、环保、高效的特点，越来越引起人们的关注，但化感物质直接投入水体中易造成局部浓度太高，影响非藻类生物的生长并对生态环境产生副作用，且其药效维持时间也较短。目前新兴的低压交流电场抑藻技术通过增强细胞膜的通透性，利用电穿孔灭活微藻，具有成本低且安全环保的特点，但藻细胞仍有再生长的可能。基于化感物质易被分解，低压交流电场处理后微藻再生长的问题，本发明将低压交流电场技术与化感物质缓释生物炭控藻技术进行巧妙联合，通过低压交流电场增强细胞膜的渗透性，促使藻细胞吸收更多的化感物质抑制微藻生长，从而达到更好的抑藻效果，具有广阔的应用前景。

技术实现思路

1、本发明提供了一种可有效抑制不产毒和产毒铜绿微囊藻生长的低压交流电场与化感物质缓释生物炭联合抑藻的技术方法。通过较小的电场强度及投加微量的化感物质缓释生物炭就能有效抑制铜绿微囊藻的生长。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、(1)低压交流电场装置组装

4、首先将不锈钢网电极用甲醇和丙酮进行超声清洗，去除其表面杂质，超声的时间为20～30min，然后将两片不锈钢网电极、绝缘垫片、导电片与有机玻璃电极支架组装起来，构成电极装置。随后将电极装置与蠕动泵利用硅胶管、变径接头连接起来，形成流动式低压电场装置。实验过程中利用波形发生器在两个电极之间施加电压。

5、(2)焦性没食子酸玉米芯生物炭制备

6、首先配置质量分数浓度为50％的硫酸溶液，称取玉米芯生物炭材料5g加入其中，然后采用磁力搅拌使充分反应，其中使用500r/min的搅拌转速，搅拌反应5h，目的在于除去生物炭表面及孔隙中易与酸反应的杂质。然后取上述搅拌后的溶液，采用循环水式多用真空泵进行抽滤，对抽滤后得到的生物炭使用蒸馏水洗涤多遍后放入烘箱中干燥8h，即得到纯化生物炭。再取提纯后的玉米芯生物炭材料5g放入50ml锥形瓶中，然后加入焦性没食子酸分析纯30ml，将锥形瓶移至水浴恒温震荡器中进行震荡反应，制备温度为50℃，制备转速为120r/min，制备时间2h。然后经过洗涤、抽滤，然后在干燥箱干燥，即得到焦性没食子酸玉米芯缓释型生物炭。

7、(3)联合处理

8、首先将不锈钢网电极进行超声清洗，去除其表面杂质，超声时间为20～30min，藻液通过蠕动泵泵送通过不锈钢网低压电场反应装置，设置流速为5ml/min，电压控制在0.5～2v，随后加入10～50mg/l的焦性没食子酸玉米芯生物炭，每天测定藻密度，计算抑藻率。

9、所述的铜绿微囊藻包括不产毒铜绿微囊藻(fachb-526)和产毒铜绿微囊藻(fachb-905)。

10、所述的不锈钢网电极为市售的普通不锈钢网(60目)，使用丙酮和甲醇超声清洗以去除杂质，优选的不锈钢网电压为2v循环处理四次。

11、所述的焦性没食子酸玉米芯生物炭要放置在干燥、通风的玻璃培养皿中保存。

12、所述的藻细胞浓度为1×106个/ml，优选的焦性没食子酸玉米芯生物炭投加浓度为50mg/l。

13、所述的培养时间为7d。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果：

15、本发明选择廉价易得的不锈钢网作为电极材料，廉价易得的玉米芯生物炭作为基底材料、环境友好的焦性没食子酸作为化感物质，制备焦性没食子酸玉米芯生物炭，利用不锈钢网低压交流电场及焦性没食子酸玉米芯生物炭有效抑制铜绿微囊藻生长，其抑制效果优于低压交流电场、焦性没食子酸玉米芯生物炭单独处理得效果。将该技术应用于小型景观水体水华中，不仅不影响水体观赏性，还能有效抑制水体中铜绿微囊藻生长，是一条经济、环保、有效地控制小型景观水体水华的新途径，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种利用低压交流电场和化感物质缓释生物炭联合抑制铜绿微囊藻生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种联合抑制铜绿微囊藻生长的方法，其特征在于，所述的步骤(1)提纯方法：配置质量分数浓度为50％的硫酸溶液，加入玉米芯生物炭材料5g，以500r/min的搅拌转速搅拌反应5h，搅拌后的溶液抽滤后蒸馏水洗涤多遍，烘8h，即得到纯化生物炭。

3.根据权利要求1所述的一种联合抑制铜绿微囊藻生长的方法，其特征在于，所述步骤(2)的方法：取玉米芯生物炭纯化材料5g与30ml焦性没食子酸分析纯混合，在水浴恒温震荡器中进行震荡反应，制备温度为50℃，制备转速为120r/min，制备时间2h，经洗涤、抽滤后干燥，即得到焦性没食子酸玉米芯缓释型生物炭。

4.根据权利要求1所述的一种联合抑制铜绿微囊藻生长的方法，其特征在于，所述的低压交流电场反应装置由孔径为60目的不锈钢网电极、导电片及电极支架组装而成，电压控制在0.5～2v，蠕动泵的流速控制在5ml/min。

5.根据权利要求1所述的一种联合抑制铜绿微囊藻生长的方法，其特征在于，所述的焦性没食子酸玉米芯生物炭投加浓度控制在10～50mg/l。

6.根据权利要求1所述的联合除藻方法，其特征在于所述的铜绿微囊藻包括产毒及不产毒铜绿微囊藻，初始藻密度为1×106～5×106个/ml。

技术总结
本发明提供一种利用低压交流电场和化感物质缓释生物炭联合抑制铜绿微囊藻生长的方法，属于水华控制领域。具体步骤：不产毒和产毒铜绿微囊藻藻液利用蠕动泵泵送通过不锈钢网低压交流电场装置，控制电压为2V循环处理四次，然后向藻液中投加50mg/L的焦性没食子酸玉米芯生物炭。二者联合处理后，第7d抑制率可提高到70％及以上。与传统抑藻方法相比，低压交流电场增加了细胞膜的通透性，与焦性没食子酸玉米芯生物炭联合后，具有更高的抑藻效率。本发明操作简便，价格低廉，既不影响水体观赏性，还能有效抑制水体中铜绿微囊藻生长，在控制小型景观水体水华方面具有良好的应用前景。

技术研发人员：洪喻,赵梦娜,王晨
受保护的技术使用者：北京林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8