CN114920363A - 一种用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：1)将酶加入合适量的水中配制成酶液，再取配置好的酶液加入海藻酸钠溶液中，得到混合液A；2)将灭菌后的改性沸石，加入至微生物菌混合悬液D中，振荡吸附，静置一段时间，得到菌液混合物B；3)将步骤2)中得到的菌液混合物B加入步骤1)中的混合液A，混匀后得到混合液C；4)向混合液C中加入氯化钙溶液，进行交联反应，待所述的交联反应结束后，用无菌水洗涤，得到新型生物酶除藻剂。本发明得到的固体颗粒具有较好的材料稳定性和重复使用率，且本发明能够大程度的保护了目标水域的完整性、无二次污染，且微生物与生物酶共同作用，具有一定的水质提升效果，展现出优异的综合处理能力。

Description

一种用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及污水处理的技术领域，尤其涉及一种用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂及其制备方法。
背景技术
由于各种工农业生产废水和生活污水的漏排、雨污混流、污水管网破损外渗、河道流动性差等原因，水体富营养化、水体黑臭及藻类水华问题日益严重。水体富营养化是指水体中的氮磷等元素含量过多，而其直接导致的不良影响便是水体中的藻类呈爆发式增长，这将不利于当地的生态保护、经济发展和公众健康。藻类的大量繁殖将挤占其它水生生物的生存空间，使得水体中的含氧量不断降低，引发水中的生物大量死亡，进而使得水体污染，水质恶化。部分藻类还会释放藻毒素进一步恶化水体污染程度，直接危害人体健康。因此，水体藻类治理刻不容缓。
近年来，国内外的许多学者发展出大量的技术手段减少或去除水体中的藻类，进而控制藻华爆发。水体藻污染治理可分为物理法、化学法、生物法三大类。
物理法是利用物理原理直接去除藻类，常用的物理法有紫外辐射除藻、微滤法除藻、气浮法除藻、超声波除藻等。物理除藻法除藻效果明显，不会产生二次污染，但治标不治本，只能作为治理藻类爆发的权宜之计。
化学除藻主要是通过投加化学药剂，阻碍藻类生长繁殖，达到除藻的目的；化学除藻成本相对较低、适用范围广、操作简便且效果显著；化学除藻剂可快速、高效、彻底地杀死藻细胞，但其副作用明显，易产生二次污染，同时化学药品通过食物链进行富集和放大，影响生态***的健康发展，此外，长期使用低浓度的化学药物会使藻类产生抗药性。
生物法除藻是利用生物的生命活动，对水中污染物进行降解，从而改善水体环境；生物除藻已经成为一个较为优良的趋势，其操作简单，无二次污染，处理范围广且效果持久，并且具有一定的选择性，对生态环境的破坏程度极小；但也有其局限性，所需要的时间较长，且需要时刻进行监测并进行相应调整，监管不当可能会因引入外来生物对本地物种造成生物灾难。
综上，传统除藻剂虽有较好的处理效果，但同时也具有显著的副作用，且只对水体中的藻类进行处理，没有进一步的水质净化效果，不符合河道治理中绿色发展理念，亟需开发绿色高效的除藻剂。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于克服河道除藻己有技术中的不足，提供一种能最大程度的保护目标水域的完整性、高效专一、无毒无害、可重复使用、操作简单、成本低廉、适用范围广的河道水体治理的新型生物酶除藻剂。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂的制备方法，包含如下步骤：
(1)将酶加入合适量的水中配制成酶液，再取配置好的酶液加入海藻酸钠溶液中，得到混合液A；
(2)将灭菌后的改性沸石，加入至微生物菌混合悬液D中，振荡吸附，静置一段时间，得到菌液混合物B；
(3)将步骤(2)中得到的菌液混合物B加入步骤(1)中的混合液A，混匀后得到混合液C；
(4)向上述的混合液C中加入氯化钙溶液，进行交联反应，待所述的交联反应结束后，用无菌水洗涤，得到所述的新型生物酶除藻剂。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂的制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，所述新型生物酶除藻剂的原料组成成分及质量份数如下：
改性沸石10-15；
混合菌属15-25份；
纤维素酶30-40份；
果胶酶10-20份；
所述的混合菌属包括黏细菌群、枯草杆菌群、酵母菌群、聚磷菌群、氨氮菌群中的至少4种以上。
作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中的酶液由果胶酶、纤维素酶至少两种以上生物酶混合组成，所述的海藻酸钠溶液质量浓度为3％-4％。
作为上述技术方案的改进，所述步骤(2)中的改性沸石为酸改性后的200目的沸石；所述的灭菌温度为121℃，灭菌时间为15min；所述的振荡吸附的震荡速度为150r/min，振荡时间为30min；所述的菌液混合物B主要为黏细菌群、枯草杆菌群、酵母菌群、聚磷菌群、氨氮菌群；所述的静置时间为24h，静置温度为25℃。
作为上述技术方案的改进，所述步骤(4)中的氯化钙溶液的质量浓度为2％-4％，所述的交联反应是将混合液C放于冰箱在4℃，反应时间为24h。
一种用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂，所述用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂是由如上任一方法制备而成。
一种如上任一所述的用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂的使用方法如下：将新型生物酶除藻剂装入药包后，投入受污染的河道内的固定位置，所述新型生物酶除藻剂的投放量为500—1000g/m2。
一种如上所述的用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂的回收方法，其回收方法如下：将处理过污水的用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂用无菌水清洗3次或以上，即可重复使用。
作为上述技术方案的改进，重复使用的新型生物酶除藻剂，藻类去除率均在70％以上，氨氮、总磷去除率均在60％以上，重复使用的稳定性良好
技术原理：果胶酶是一种复合酶，能够分解藻类细胞壁中的果胶质成分，进而破坏藻类细胞壁的结构；纤维素酶也是一种混合酶，所述的纤维素酶中的各种组分协同降解纤维素，具有水解藻类细胞壁的作用。
果胶酶与纤维素酶联合使用对藻类细胞壁同样可以起到破坏作用。经果胶酶处理过后，藻类细胞壁受损，引起藻类细胞内的渗透压、电势电位等理化因素发生改变，进而影响细胞的正常生理，导致其生长受到抑制。纤维素酶也可以对藻类细胞的生长产生抑制作用。果胶酶和纤维素酶联用也可以对藻类细胞的胶质鞘和细胞壁造成损伤，导致其在收到外界环境干扰时难以维持正常的生活，最终导致细胞死亡。
本发明采用的混合菌剂选自包括黏细菌群、枯草杆菌群、酵母菌群、聚磷菌群、氨氮菌群中的至少3种以上。其中，添加混合菌属中的黏细菌群可分泌果胶酶，可提供果胶酶，不仅可以减少新型生物酶除藻剂中果胶酶的使用，也可弥补使用后期果胶酶活性不足；添加混合菌属中的枯草杆菌群可分泌纤维素酶，可提供纤维素酶，不仅可以减少新型生物酶除藻剂中纤维素酶的使用，也可弥补使用后期纤维素酶活性不足；添加混合菌属中的酵母菌群、聚磷菌群，可以有效降低水体中的有机物和总磷含量，不仅在一定程度上改善水质，还能够有效减少藻类生物的营养物，能够有效防止藻类生物疯狂生长；添加混合菌属中的氨氮菌群，可以有效降低水体中的总氮含量，不仅在一定程度上改善水质，还能够有效减少藻类生物的营养物，能够有效防止藻类生物疯狂生长。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
实施例1
一种用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将果胶酶、纤维素酶等混合酶加入合适量的水中配制成混合酶液，再取配置好的混合酶液加入海藻酸钠溶液中，得到混合液A；
(2)将灭菌后的改性沸石，加入至微生物菌混合悬液D中，振荡吸附，静置一段时间，得到菌液混合物B；
(3)将步骤(2)中得到的菌液混合物B加入步骤(1)中的混合液A，混匀后得到混合液C；
(4)向上述的混合液C中加入氯化钙溶液，进行交联反应，待所述的交联反应结束后，用无菌水洗涤，得到所述的新型生物酶除藻剂。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：未添加纤维素酶，其他步骤均与实施例1相同。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于：未添加果胶酶，其他步骤均与实施例1相同。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于：未添加菌液混合物，其他步骤均与实施例1相同。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于：未添加混合酶液，其他步骤均与实施例1相同。
对比例5
本对比例与实施例1的区别在于：未添加混合酶液、菌液混合物，其他步骤均与实施例1相同。
在实验室条件下，用2.5g用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂固定化颗粒对叶绿素浓度为118μg/L，氨氮浓度为14.10mg/L，总磷浓度为2.74mg/L，的水体进行处理，依次取等量且适量的固定后的新型生物酶除藻剂加入每组水体中，于150r/min、30℃恒温振荡器中振荡反应48h后测定水中叶绿素浓度、氨氮浓度、总磷浓度，以对本发明的实施例1与对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5的除藻剂产品的去除效果进行测试，结果如表1所示。
表1新型生物酶除藻剂各成分的去除效果
实施例 叶绿素去除率(％) 氨氮去除率(％) 总磷去除率(％)
实施例1 96.61 85.10 83.94
对比例1 71.18 84.39 80.65
对比例2 73.73 84.75 82.11
对比例3 82.20 38.29 31.02
对比例4 43.22 84.18 78.46
对比例5 0.85 40.07 30.66
根据表1可知，本发明实施例1与对比例1，对比例2中除藻剂相比，实施例中混合酶组合对水体中的藻类去除具有较好的效果，而对比例中单一酶液对藻类去除效果较差；本发明实施例1与对比例3中的除藻剂相比，没有混合菌液的除藻剂水质提升效果较差；本发明实施例1与对比例4中的除藻剂相比，对比例4中虽然没有果胶酶、纤维素酶等混合酶液，但对藻类还具有一定的去除率，说明混合菌液中的微生物能够分泌果胶酶、纤维素酶等混合酶，可为处理后期提供活性较高的生物酶。
混合菌液中各种菌群的不同配比，对藻类去除效果液各不相同，以下为不同配比的实施例与对比例
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：混合菌群中黏细菌群、枯草杆菌群、酵母菌群、聚磷菌群、氨氮菌群的质量比为1：3：2：2：3，其他步骤均与实施例1相同。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：混合菌群中黏细菌群、枯草杆菌群、酵母菌群、聚磷菌群、氨氮菌群的质量比为1：1：1：1：1，其他步骤均与实施例1相同。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：混合菌群中黏细菌群、枯草杆菌群、酵母菌群、聚磷菌群、氨氮菌群的质量比为2：1：2：2：3，其他步骤均与实施例1相同。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于：混合菌群中黏细菌群、枯草杆菌群、酵母菌群、聚磷菌群、氨氮菌群的质量比为1：2：2：2：3，其他步骤均与实施例1相同。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于：混合菌群中黏细菌群、枯草杆菌群、酵母菌群、聚磷菌群、氨氮菌群的质量比为1：4：2：2：3，其他步骤均与实施例1相同。
实施例7
本实施例与实施例1的区别在于：混合菌群中黏细菌群、枯草杆菌群、酵母菌群、聚磷菌群、氨氮菌群的质量比为1：5：2：2：3，其他步骤均与实施例1相同。
对比例6
本实施例与实施例1的区别在于：没有黏细菌群，枯草杆菌群、酵母菌群、聚磷菌群、氨氮菌群的质量比为3：2：2：3，其他步骤均与实施例1相同。
对比例7
本实施例与实施例1的区别在于：没有枯草杆菌群，黏细菌群、酵母菌群、聚磷菌群、氨氮菌群的质量比为1：2：2：3，其他步骤均与实施例1相同。
对比例8
本实施例与实施例1的区别在于：没有酵母菌群、聚磷菌群，黏细菌群、枯草杆菌群、聚磷菌群、氨氮菌群的质量比为1：3：2：3，其他步骤均与实施例1相同。
对比例9
本实施例与实施例1的区别在于：没有聚磷菌群，黏细菌群、枯草杆菌群、酵母菌群、氨氮菌群的质量比为1：3：2：3，其他步骤均与实施例1相同。
对比例10
本实施例与实施例1的区别在于：没有氨氮菌群，黏细菌群、枯草杆菌群、酵母菌群、聚磷菌群的质量比为1：3：2：2，其他步骤均与实施例1相同。
在实验室条件下，用2.5g用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂固定化颗粒对叶绿素浓度为118μg/L，氨氮浓度为14.10mg/L，总磷浓度为2.74mg/L，的水体进行处理，依次取等量且适量的固定后的新型生物酶除藻剂加入每组水体中，于150r/min、30℃恒温振荡器中振荡反应48h后测定水中叶绿素浓度、氨氮浓度、总磷浓度，以对本发明的混合菌液中菌群不同配比的去除效果进行测试，结果如表2所示。
表2不同菌群配比的新型生物酶除藻剂去除效果对比
实施例 叶绿素去除率(％) 氨氮去除率(％) 总磷出去率(％)
实施例2 97.45 88.65 89.26
实施例3 86.44 69.50 74.07
实施例4 77.12 73.05 81.48
实施例5 90.68 83.69 87.04
实施例6 94.07 80.85 85.93
实施例7 89.83 78.72 84.07
对比例6 83.05 82.62 85.40
对比例7 83.89 83.90 84.31
对比例8 91.53 84.83 71.89
对比例9 89.83 84.61 67.88
对比例10 88.98 46.31 85.04
由表2可知，当混合菌群中黏细菌群、枯草杆菌群、酵母菌群、聚磷菌群、氨氮菌群的质量比为1：3：2：2：3，对水体中的藻类、氨氮、总磷去除效果最好。由实施例2与对比例6、对比例7的对比效果得出，混合菌液中黏细菌群、枯草杆菌群对水体中藻类去除具有较大影响；由实施例2与对比例8、对比例9的对比效果得出，混合菌液中酵母菌群、聚磷菌群对水体中总磷去除具有较大影响；由实施例2与对比例10的对比效果得出，混合菌液中酵母菌群、聚磷菌群对水体中氨氮去除具有较大影响。
将上述对水体生物酶除藻剂用无菌水清洗3次，再分别投入浓度为118μg/L，氨氮浓度为14.10mg/L，总磷浓度为2.74mg/L，的水体进行处理，依次取等量且适量的固定后的新型生物酶除藻剂加入每组水体中，于150r/min、30℃恒温振荡器中振荡反应48h后测定水中叶绿素浓度、氨氮浓度、总磷浓度，重复上述步骤3次，以对本发明的重复利用性进行测试，测试结果如表3所示。
表3新型生物酶除藻剂重复性能测试
Figure BDA0003642798360000091
由表3可知，新型生物酶除藻剂在经历几次重复利用后，仍对水体中藻类、氨氮、总磷具有一定的去除率，实施例2中藻类去除率均在70％以上，氨氮、总磷去除率均在60％以上，保证除藻剂重复使用的稳定性。
1.创新点：
(1)本发明使用纤维素酶、果胶酶等混合酶作用于蓝藻等藻类生物细胞，细胞的胶质鞘和细胞壁造成损伤，破坏细胞结构的完整性，导致其在收到外界环境干扰时难以维持正常的生活，最终导致细胞死亡。能够有效地去除水体中的藻类，且无二次污染。
(2)本发明使用的生物酶具有专一性，只对藻类生物作用，不对其他生物产生作用，不会对水体产生无可挽回的伤害，使用后不需要解毒，不需要增氧，操作简便，易于实行，也不会对水体中的鱼类、虾、蟹等生物造成杀害，可以最大程度的保护了目标水域的完整性。
(3)本发明中的混合菌剂中的黏细菌群可分泌果胶酶，枯草杆菌群可分泌纤维素酶，不仅可以减少新型生物酶除藻剂中生物酶的使用，也可弥补使用后期生物酶活性不足，使得新型生物酶使用周期变长。
(4)本发明中的混合菌剂中的酵母菌群、聚磷菌群可有效降低水体中有机物和总磷含量，氨氮菌群可有效降低水体中总氮含量，不仅在一定程度上改善水质，还能够有效减少藻类生物的营养物，能够有效防止藻类生物疯狂生长。
(5)本发明材料易得，制备方法简单，生产时间短，成本低廉，适用范围广，还具有一定的水质提升效果。所述的生物酶还具有高效专一，无毒无害，可重复使用等多重优良特性。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，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变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)将酶加入合适量的水中配制成酶液，再取配置好的酶液加入海藻酸钠溶液中，得到混合液A；
(2)将灭菌后的改性沸石，加入至微生物菌混合悬液D中，振荡吸附，静置一段时间，得到菌液混合物B；
(3)将步骤(2)中得到的菌液混合物B加入步骤(1)中的混合液A，混匀后得到混合液C；
(4)向上述的混合液C中加入氯化钙溶液，进行交联反应，待所述的交联反应结束后，用无菌水洗涤，得到所述的新型生物酶除藻剂。
2.如权利要求1所述的用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂的制备方法，其特征在于，所述新型生物酶除藻剂的原料组成成分及质量份数如下：
改性沸石10-15；
混合菌属15-25份；
纤维素酶30-40份；
果胶酶10-20份；
所述的混合菌属包括黏细菌群、枯草杆菌群、酵母菌群、聚磷菌群、氨氮菌群中的至少4种以上。
3.如权利要求1所述的用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的酶液由果胶酶、纤维素酶至少两种以上生物酶混合组成，所述的海藻酸钠溶液质量浓度为3％-4％。
4.如权利要求1所述的用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的改性沸石为酸改性后的200目的沸石；所述的灭菌温度为121℃，灭菌时间为15min；所述的振荡吸附的震荡速度为150r/min，振荡时间为30min；所述的菌液混合物B主要为黏细菌群、枯草杆菌群、酵母菌群、聚磷菌群、氨氮菌群；所述的静置时间为24h，静置温度为25℃。
5.如权利要求1所述的用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的氯化钙溶液的质量浓度为2％-4％，所述的交联反应是将混合液C放于冰箱在4℃，反应时间为24h。
6.一种用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂，其特征在于：所述用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂是由权利要求1-5任一方法制备而成。
7.一种如权利要求1-6任一所述的用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂的使用方法，其特征在于，其使用方法如下：将新型生物酶除藻剂装入药包后，投入受污染的河道内的固定位置，所述新型生物酶除藻剂的投放量为500—1000g/m2。
8.一种如权利要求7所述的用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂的回收方法，其特征在于，其回收方法如下：将处理过污水的用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂用无菌水清洗3次或以上，即可重复使用。
9.一种如权利要求8所述的用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂的回收方法，其特征在于：重复使用的新型生物酶除藻剂，藻类去除率均在70％以上，氨氮、总磷去除率均在60％以上，重复使用的稳定性良好。
CN202210523177.4A 2022-05-13 2022-05-13 一种用于河道水体治理的新型生物酶除藻剂及其制备方法 Pending CN114920363A (zh)

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