CN109516597A - 一种单细胞微囊藻絮凝方法 - Google Patents

一种单细胞微囊藻絮凝方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种单细胞微囊藻的絮凝方法,涉及水处理技术领域。本发明所述方法包括:调节单细胞微囊藻悬液的pH值为2.0~4.0后,静置25~40min,去除单细胞微囊藻的细胞沉淀。在本发明所述方法中,调节pH为2~4时,可以有效形成团聚体,易于沉淀或过滤分离,并且在该pH范围内,微囊藻荧光显著降低、细胞失活,同时细胞完整,胞内蛋白无外泄。将pH调节至2~2.7范围内,可以避免微囊藻藻细胞破裂污染水质,同时实现有效絮凝与灭活。

Description

一种单细胞微囊藻絮凝方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域,具体涉及一种单细胞微囊藻絮凝方法。
背景技术
全球变暖和水体中氮、磷营养盐的持续升高,加剧了微囊藻水华(常见的蓝藻水华)的暴发。一些种类的微囊藻能释放微囊藻毒素,对水生动植物及人类有巨大的危害。微囊藻水华的暴发可导致微囊藻毒素的大量释放,水体黑臭,引发供水危机。
微囊藻在野外主要以群体形态为主。而近期研究表明,一些湖泊(如:太湖)还存在大量的单细胞微囊藻(Zhu et al.2018),尤其是在秋冬季,微囊藻主要以单细胞形态为主(藻细胞浓度高达105cells/mL)。与群体形态相比,单细胞微囊藻量大且分散、难分离、难收集、易堵塞过滤器,增大处理成本。同时,如处理不当极易造成藻细胞内含物释放,危害水体安全。目前水处理过程中对单细胞微囊藻去除,主要采取絮凝沉降过滤法,如添加化学絮凝剂:AlCl3,FeCl3,PCA等。然而这些添加的化学絮凝剂,不仅需要复杂的后续工艺加以去除(增加处理成本,增大污泥量),同时其残留物还存在环境风险。
目前并没有一种安全简单有效去除微囊藻的方法。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种单细胞微囊藻絮凝方法,可以絮凝沉降藻悬液中的单细胞微囊藻,具有高效、适用范围广、操作简单、成本低和环境安全等优点。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种单细胞微囊藻絮凝方法,调节单细胞微囊藻悬液的pH值为2.0~4.0后,静置25~40min,去除单细胞微囊藻的细胞沉淀。
优选的,所述单细胞微囊藻悬液中微囊藻细胞的浓度为103~1010cells/mL。
优选的,利用盐酸调节所述单细胞微囊藻悬液的pH值。
优选的,所述盐酸的浓度为0.8~1.2mol/L。
本发明提供了一种单细胞微囊藻絮凝方法,调节单细胞微囊藻悬液的pH值为2.0~2.7后,静置35~40min,去除单细胞微囊藻的细胞沉淀。本发明调节pH促进单细胞微囊藻絮凝的方法可以有效形成团聚体,易于沉淀或过滤分离,并且在该pH范围内,微囊藻荧光显著降低、细胞失活,同时细胞完整,胞内蛋白无外泄,可以避免微囊藻细胞破裂污染水质,同时实现有效絮凝与灭活。
附图说明
图1为本发明技术流程图;
图2为单细胞微囊藻在不同pH下的絮凝情况;
图3为单细胞微囊藻经不同pH处理后藻细胞荧光活性;
图4为单细胞微囊藻经不同pH处理后,细胞内含物的释放情况。
具体实施方式
本发明提供了一种单细胞微囊藻絮凝方法,调节单细胞微囊藻悬液的pH值为2.0~4.0后,静置25~40min,去除单细胞微囊藻的细胞沉淀。
本发明所述方法的流程如附图1所示:调节单细胞微囊藻悬液的pH值为2.0~4.0后,静置25~40min,去除单细胞微囊藻的细胞沉淀。本发明所述单细胞微囊藻悬液中微囊藻细胞的浓度优选为103~1010cells/mL。本发明对所述单细胞微囊藻悬液的来源并没有特殊限定,优选包括采集或制备。在本发明实施例中,自制所述单细胞微囊藻悬液,优选的包括以下步骤:将单细胞微囊藻采用BG11培养基在光照培养箱中培养,培养温度为25℃,光照条件为30μmol m-2s-1,光暗比为12h:12h,将所述微囊藻的藻细胞培养到对数期后,再取对数期的藻细胞接种至新鲜的BG-11培养基,制备细胞浓度为107cells/mL的藻悬液。
在本发明中,优选利用盐酸调节所述单细胞微囊藻悬液的pH值,所述盐酸的浓度优选为0.8~1.2mol/L,更优选为0.9~1.1mol/L,最优选为1mol/L。本发明对所述盐酸的来源并没有特殊限定,优选通过浓盐酸稀释,所述浓盐酸的体积分数优选为37%。
本发明利用所述盐酸溶液将所述单细胞微囊藻悬液的pH值调节到2.0~4.0后,静置25~40min。本发明所述pH值优选调节到2.0~2.7。
本发明所述静置的时间优选为26~38min,更优选为28~34min,最优选为30min。
本发明对所述去除单细胞微囊藻的细胞沉淀的方法并没有特殊限定,利用本领域的常规技术手段即可。
下面结合实施例对本发明提供的单细胞微囊藻絮凝方法进行详细的说明,但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
铜绿微囊藻培养:铜绿微囊藻藻种(FACHB-469)购买于中科院淡水藻种库,采用BG11培养基在光照培养箱中培养,培养温度为25℃,光照条件为30μmol m-2s-1,光暗比为12h:12h。藻细胞培养到对数期后进行试验。
pH调节、藻细胞絮凝颗粒粒径测定:取藻细胞接种至新鲜的BG-11培养基,制备细胞浓度为107cells/mL的藻悬液,将1mol/L的稀盐酸,缓慢加入配制好的藻悬液,充分搅拌,调节藻悬液pH分别为4、3、2。同时采用0.25mol/LNaOH调节藻悬液pH为12。空白对照组pH为11。将调节好pH的藻悬液静置30min后。将处理的微囊藻藻液(约80~90mL)通过激光粒度仪(Malvern Master Size 2000)进行粒径测定。由于藻液中存在各种大小的絮凝体,选用了接近于平均粒径的D50(粒径小于D50的颗粒体积占所有颗粒体积的50%)和接近于最大粒径的D90(粒径小于D90的颗粒体积占所有颗粒体积的90%)对絮凝体大小特征进行评价。
粒径测定结果如图2所示,未调节pH的微囊藻悬液为单细胞形态,平均粒径为5μm。而调节藻悬液pH为2~4时藻细胞出现了显著的絮凝,其平均絮凝颗粒逐渐增大至30μm。虽然调节pH至12时也出现了絮凝,但絮凝效果远低于酸性环境。
实施例2
铜绿微囊藻培养:铜绿微囊藻藻种(FACHB-469)购买于中科院淡水藻种库,采用BG11培养基在光照培养箱中培养,培养温度为25℃,光照条件为30μmol m-2s-1,光暗比为12h:12h。藻细胞培养到对数期后进行试验。
pH调节与藻细胞活性测定:取藻细胞接种至新鲜的BG-11培养基,制备细胞浓度为107cells/mL的藻悬液,分为9组:将1mol/L的稀盐酸缓慢加入配制好的藻悬液,充分搅拌,至藻悬液pH分别为4、3、2.9、2.8、2.7、2.6、2.0;同时采用0.25mol/LNaOH调节藻悬液pH为12;空白对照组pH=10。将调节好pH的藻悬液静置30min后,采用流式细胞仪测定藻细胞活性。
藻细胞活性测定结果如图3所示,当微囊藻悬液pH处于3~12之间时,微囊藻具有较好活性,藻蓝素荧光变化不明显。而当pH小于3时,藻细胞活性显著降低。高活性藻细胞(R1)比例由pH=3时的82.3%降低到pH=2时的6.3%。同时当pH小于3时,流式细胞仪前向角信号(FSC)显著增加,表明藻细胞发生明显絮凝聚集。
实施例3
铜绿微囊藻培养:铜绿微囊藻藻种(FACHB-469)购买于中科院淡水藻种库,采用BG11培养基在光照培养箱中培养,培养温度为25℃,光照条件为30μmol m-2s-1,光暗比为12h:12h。藻细胞培养到对数期后进行试验。
pH调节、藻细胞内含物释放测定:取藻细胞接入新鲜BG-11培养基,制备细胞浓度为107cells/mL的藻悬液,分为5组:采用蒸馏水将浓盐酸配成1mol/L稀盐酸,之后将1mol/L稀盐酸缓慢加入配制好的藻悬液,并充分搅拌,调节藻悬液pH分别为4、3、2;空白对照组pH=11。将调节好pH的藻悬液静置30min后混匀,取藻液5mL,11000rpm离心30min,获得上清液。另取一份未调节pH藻悬液5mL,使用0.050W/mL的超声波强度(35kHz)将藻细胞破碎10min后制备破碎细胞(Broken cells),之后在11000rpm离心30min,获得上清液。藻细胞内含物释放以蛋白质释放量为表征,采用考马斯亮蓝测定上述两种上清液(各pH调节组与破碎细胞组)中的蛋白质含量。
藻细胞内含物释放测定结果如图4所示,调节藻悬液pH至2~4,藻细胞内含物释放不明显,胞外蛋白质含量与对照组(pH=11)没有显著差异,均为2.5~3mg/L。然而,经超声破碎的藻细胞,胞外的蛋白质含量(20mg/L)远高于pH调节组。因此,调节藻悬液pH至2~4范围内未造成藻细胞破裂及细胞内含物释放。
综上所述,本发明提供了一种单细胞微囊藻的絮凝方法,调节pH为2~4时,促进单细胞微囊藻絮凝的方法可以有效形成团聚体,易于沉淀或过滤分离,并且在该pH范围内,微囊藻荧光显著降低、细胞失活,同时细胞完整,胞内蛋白无外泄。将pH调节至2~2.7范围内,可以避免微囊藻藻细胞破裂污染水质,同时实现有效絮凝与灭活。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种单细胞微囊藻絮凝方法,其特征在于,调节单细胞微囊藻悬液的pH值为2.0~4.0后,静置25~40min,去除单细胞微囊藻的细胞沉淀。
2.根据权利要求1所述絮凝方法,其特征在于,所述单细胞微囊藻悬液中微囊藻细胞的浓度为103~1010cells/mL。
3.根据权利要求1所述絮凝方法,其特征在于,利用盐酸调节所述单细胞微囊藻悬液的pH值。
4.根据权利要求3所述絮凝方法,其特征在于,所述盐酸的浓度为0.8~1.2mol/L。
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