專(zhuān)利名稱(chēng)：一種改性黏土、土壤或沙子高效絮凝治理藻華的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改性黏土、土壤或沙子去除藻華的方法。具體地說(shuō)，是采用不會(huì)對(duì) 環(huán)境造成二次污染的，綠色，天然的，無(wú)毒無(wú)害無(wú)污染的天然植物蛋白質(zhì)改性黏土、土壤或 沙子，并用其處理藻華污染的方法。
背景技術(shù)：
天然湖泊及河流中有害藻華的爆發(fā)已經(jīng)成為全球性特別是中國(guó)水環(huán)境污染的重 要問(wèn)題。藻類(lèi)的過(guò)量繁殖使水體原有生態(tài)系統(tǒng)失去平衡。藻華不僅使水質(zhì)嚴(yán)重惡化、貧氧， 造成大量魚(yú)類(lèi)死亡，而且可向水體釋放出藻毒素，對(duì)飲用水的安全構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。已公開(kāi)的水華治理技術(shù)可歸納為四大類(lèi)物理法，生物法，化學(xué)法和粘土礦物絮凝 沉降法。物理法包括傳統(tǒng)的分離過(guò)量藻類(lèi)的機(jī)械方法(機(jī)械撈藻法，挖泥清淤法，換水法) 以及近年來(lái)的新技術(shù)(紫外殺藻法，超聲波殺藻法)。傳統(tǒng)物理方法耗費(fèi)大量的人力，物力 和財(cái)力，且無(wú)法應(yīng)對(duì)大面積，突發(fā)性的藻華；而近年來(lái)的新技術(shù)對(duì)于大規(guī)模藻華的控制，也 是效果不佳。生物法是用微生物或病毒殺滅藻細(xì)胞，該法因選擇性限制、制備周期長(zhǎng)、成本 高等原因，難以廣泛、大規(guī)模施用。化學(xué)法包括化學(xué)殺藻法和絮凝沉淀法。相比于物理法， 化學(xué)殺藻法有很高的殺藻除藻效率，但往往容易造成環(huán)境殘留和藻毒素釋放等問(wèn)題，不宜 在天然水體中使用。絮凝除藻是利用物質(zhì)的膠體化學(xué)性質(zhì)，應(yīng)用絮凝原理將其沉降。絮凝 沉降法包括使用化學(xué)絮凝劑及用粘土沉降藻?；瘜W(xué)絮凝劑(比如復(fù)合聚合鋁、鐵等)大多 數(shù)具有毒性，它們干擾了自然狀態(tài)下的生物群落，破壞了生態(tài)平衡，并可能導(dǎo)致水生生物死 亡，已被公認(rèn)為不宜用于天然水體系。到目前為止，國(guó)際科學(xué)界公認(rèn)為最有希望的方法為粘土礦物絮凝沉降法。粘土礦 物是自然界的基本組成單元，并且參與其中的物質(zhì)循環(huán)和自然凈化過(guò)程。粘土礦物顆粒具 有較大的比表面積和一定的離子交換容量，并帶電荷。各種粘土礦物已在很多領(lǐng)域被作為 吸附劑。粘土礦物作為一種天然的藻絮凝劑不僅具有較高的效能，而且來(lái)源充足，成本低 廉，無(wú)毒無(wú)害無(wú)污染，對(duì)非藻華生物的影響也較小，被認(rèn)為是一種治理赤潮，水華的天然凝 聚劑。但是由于粘土礦物溶膠性質(zhì)差，迅速凝聚、沉淀藻細(xì)胞能力較低，且所需投加量大，粘 土絮凝技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)往往會(huì)帶來(lái)了原料使用量過(guò)大和淤渣過(guò)剩的問(wèn)題。針對(duì)這一不 足，研究者們不斷的提出各種改進(jìn)措施。在現(xiàn)已公開(kāi)的有關(guān)粘土的方法中，有用無(wú)機(jī)酸(硫酸)處理粘土(如蒙脫土) 的方法(JP57131119)，有用過(guò)氧化氫處理粘土的方法(JP03255008)，有將表面活性劑與 粘土混合的方法(JP09154466)，有將不飽和脂肪酸與粘土混合的方法(US6071859)。這 些方法都從一定程度上降低了粘土礦物的投加量，增強(qiáng)了絮凝效果，但是這些投加量在實(shí) 際應(yīng)用中仍然太高。本發(fā)明人曾提出一種以含水鎂硅酸鹽(如海泡石)絮凝除藻的技術(shù) (01134528.4)。海泡石除藻的效率高，但沒(méi)有從根本上改善投加量大這一問(wèn)題。本發(fā)明人 進(jìn)一步提出一種用一種天然高分子聚合物改性粘土絮凝除藻的方法(02155^4.幻，大幅度 減少了粘土礦物的投加量，并可用于治理大面積海水赤潮和淡水水華。該種天然高分子聚合物主要來(lái)自水產(chǎn)動(dòng)物的骨骼，對(duì)于環(huán)境無(wú)毒無(wú)害無(wú)污染。目前已有相關(guān)植物提取物制備 污水促凝劑的報(bào)道(01810348.0)，但有關(guān)植物提取物作為改性劑，改性土壤，粘土或沙子制 備藻絮凝劑還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備環(huán)境友好的綠色高效藻絮凝劑以及利用上述絮凝 劑治理藻華的方法。具體的說(shuō)，是采用一種天然植物蛋白質(zhì)對(duì)黏土、土壤或沙子進(jìn)行改性， 從而制備出一種高效、無(wú)毒無(wú)害無(wú)污染的藻絮凝劑，并用上述絮凝劑高效去除天然水體中 的有害藻華的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述的高效絮凝劑的制備方法，其特征在于，天然植物蛋 白質(zhì)為辣木科樹(shù)種子提取物。該類(lèi)天然植物蛋白質(zhì)是一種水溶性的陽(yáng)離子蛋白質(zhì)，由陽(yáng)離 子二聚體構(gòu)成，具有凝結(jié)活性，零電點(diǎn)在PH值10-11處。由于該種植物蛋白質(zhì)是一種高密 度的正電荷物質(zhì)，表面電荷中和是這種物質(zhì)作為改性劑制備藻絮凝劑可能的機(jī)理。此外，這 種植物蛋白質(zhì)的高零電點(diǎn)使其比大多數(shù)凝結(jié)劑PH應(yīng)用范圍更為廣泛。辣木廣泛種植在亞 洲和非洲熱帶和亞熱帶地區(qū)，對(duì)土壤條件和降雨量有很強(qiáng)的適應(yīng)性。辣木種子長(zhǎng)于辣木樹(shù) 果莢內(nèi)，每樹(shù)年產(chǎn)約一萬(wàn)五千至二萬(wàn)五千粒種子，可榨油食用。本發(fā)明中的天然植物蛋白質(zhì) 來(lái)自于其種子提取物，作為改性劑屬于天然無(wú)毒、易于生物降解的綠色產(chǎn)品，對(duì)人體無(wú)害、 不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。根據(jù)所述的天然植物蛋白質(zhì)，其特征在于，天然植物蛋白質(zhì)粗提物由蒸餾水， 0. 01-2mol/L NaCl，KCl或MgCl2溶液由辣木科樹(shù)種子榨油后殘?jiān)勰┲薪?。天然植物?白質(zhì)由高濃度氯化銨鹽沉淀天然植物蛋白質(zhì)粗提物得到，蛋白質(zhì)沉淀置于蒸餾水溶液中保 存?zhèn)溆?。根?jù)所述的高效絮凝劑的制備方法，其特征在于，黏土可為滑石、高嶺土、輕質(zhì)頁(yè) 巖、陶土、凹凸棒、硅泥、伊利土、鐵礬土、云母、斜發(fā)沸石、蒙脫土、輕骨料浮石、白石、沸石、 海泡石、浮石、火山渣、硅藻土、瓷土的一種或幾種；土壤可來(lái)源于水域本地或異地的各種天 然泥土成分的一種或幾種；沙子來(lái)源于天然河道、沙灘、沙漠，為河沙、海沙、石英砂的一種 或幾種。黏土、土壤和沙子對(duì)人體及水環(huán)境完全無(wú)毒無(wú)害。根據(jù)所述的高效絮凝劑的制備方法，其特征在于，高效絮凝劑由天然植物蛋白 質(zhì)與黏土、土壤或沙子按一定比例混合攪拌得到，其比例可視具體情況而定，比例范圍 1:1-1: 50(v/m)。改性后黏土、土壤或沙子對(duì)藻細(xì)胞的絮凝沉降能力顯著提高。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種采用上述絮凝劑治理藻華的方法，其特征在 于，當(dāng)藻絮凝劑的用量在5 50mg/L時(shí)，其藻細(xì)胞去除率可達(dá)66 98%。與相同用量的化 學(xué)絮凝劑(聚合鋁)或粘土絮凝劑(高嶺土，伊利石，蒙脫土等)相比，本發(fā)明所述絮凝劑 具有使用量小，絮凝效果好，見(jiàn)效快速等特點(diǎn)，相對(duì)于已公開(kāi)的技術(shù)，在投加量和環(huán)境安全 性上都有本質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，適于大面積藻華的處理。


圖1為改性黏土、土壤或沙子除藻動(dòng)力學(xué)曲線圖2為4種黏土、土壤或沙子在不同投加量下的除藻效果
圖3為不同藻濃度下改性黏土、土壤或沙子的除藻效果圖4為不同pH值下的除藻效果
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)給予進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例1天然蛋白質(zhì)的提取本實(shí)施例所使用的辣木種子來(lái)自于印度辣木種子榨油后殘?jiān)勰?。稱(chēng)取5g辣木 種子殘?jiān)?，加入IOOmL蒸餾水或lmol/L NaCl溶液。將混合懸濁液置于磁力攪拌器上攪拌 30分鐘后過(guò)濾，得到濾液。在濾液中加入30g氯化銨，慢慢攪拌后靜置，過(guò)濾后的固體溶于 30mL蒸餾水中。實(shí)施例2天然植物蛋白質(zhì)改性當(dāng)?shù)仞ね?、土壤或沙子去除藻華取實(shí)施例1所制備的天然植物蛋白質(zhì)與黏土、土壤或沙子按1 10(v/m)的比例 攪拌混勻后，20mg/L該絮凝劑加入到3. 7X 109cell/L藻溶液中，攪拌后靜置。如圖1所示， 處理30分鐘后藻去除率超過(guò)50%。經(jīng)過(guò)3小時(shí)后，四種黏土、土壤和沙子的去除率均超過(guò) 95%。實(shí)施例3不同黏土、土壤或沙子投加量除藻效率的比較改變天然植物蛋白質(zhì)與黏土、土壤或沙子按1 5 1 25(v/m)，按實(shí)施例2相 同的操作條件進(jìn)行絮凝除藻實(shí)驗(yàn)。如圖2所示，當(dāng)天然植物蛋白質(zhì)與黏土、土壤或沙子混合 比超過(guò)1 10(v/m)時(shí)，藻細(xì)胞具有最好的絮凝效果。實(shí)施例4不同藻濃度對(duì)改性黏土、土壤或沙子除藻率的影響按照實(shí)施例2的方法，對(duì)藻濃度在1. 2X IO9 5. 4X109cell/L間的藻溶液進(jìn)行絮 凝除藻實(shí)驗(yàn)。如圖3所示，去除率隨著藻濃度的提高而提高，在藻濃度大于2.6X109cell/ L時(shí)，除藻率均高于95%。實(shí)施例5不同pH條件對(duì)改性黏土、土壤或沙子除藻率的影響按照實(shí)施例2的方法，對(duì)pH4. 34 10. 04范圍內(nèi)，改性黏土、土壤或沙子絮凝除藻 率進(jìn)行研究。如圖4所示，在pH4. 34 10. 04這一廣泛pH條件下，改性黏土、土壤或沙子 除藻率均高于95%。
權(quán)利要求
1.一種制備環(huán)境友好的綠色高效藻絮凝劑以及利用上述絮凝劑治理藻華的方法，具 體的說(shuō)，是采用一種天然植物蛋白質(zhì)對(duì)黏土、土壤或沙子顆粒進(jìn)行改性，從而制備出一種高 效、無(wú)毒無(wú)害無(wú)污染的藻絮凝劑，并用上述絮凝劑高效去除天然水體中的有害藻華的方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然植物蛋白質(zhì)，其特征在于，天然植物蛋白質(zhì)為辣木科樹(shù) 種子提取物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)土壤或沙子顆粒進(jìn)行改性方法，其特征在于，黏土可為滑 石、高嶺土、輕質(zhì)頁(yè)巖、陶土、凹凸棒、硅泥、伊利土、鐵礬土、云母、斜發(fā)沸石、蒙脫土、輕骨料 浮石、白石、沸石、海泡石、浮石、火山渣、硅藻土、瓷土的一種或幾種；土壤可來(lái)源于水域本 地或異地的各種天然泥土成分的一種或幾種；沙子來(lái)源于天然河道、沙灘、沙漠，為河沙、海 沙、石英砂的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的辣木科樹(shù)種子提取物，其特征在于，天然植物蛋白質(zhì)粗提物 由水，0.01-2mol/L NaCl，KCl或MgCl2溶液由辣木科樹(shù)種子榨油后殘?jiān)勰┲薪?。天?植物蛋白質(zhì)由高濃度氯化銨鹽沉淀天然蛋白質(zhì)粗提物得到，蛋白質(zhì)沉淀置于蒸餾水溶液中 保存?zhèn)溆谩?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，高效絮凝劑由天然植物蛋白質(zhì)與黏土、土 壤或沙子按一定比例混合攪拌得到，其比例范圍1 1-1 50(v/m)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)藻絮凝劑的用量在5 50mg/L時(shí)，藻華 的藻細(xì)胞去除率可達(dá)66 98%。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種綠色、安全、廉價(jià)的利用天然植物蛋白質(zhì)改性黏土、土壤或沙子制備藻絮凝劑并去除藻華的方法。制備的絮凝劑除藻率可達(dá)95％以上。且本發(fā)明所述方法在廣泛的pH范圍內(nèi)(4-11)內(nèi)均有很高的除藻率(＞95％)，不受溶液中有機(jī)質(zhì)含量的影響。最佳配方在藻濃度為3.7x109cells/L時(shí)，可使95％的藻細(xì)胞在3小時(shí)內(nèi)迅速絮凝沉降，并同時(shí)降低水體中磷酸鹽的含量。本方法大大降低了除藻過(guò)程中普通絮凝劑的用量，同時(shí)天然植物蛋白質(zhì)改性劑的使用量也非常低。該方法可大面積應(yīng)用于海洋，湖泊，水庫(kù)，河道中的藻華處理。
文檔編號(hào)C02F1/52GK102139942SQ20101010419
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者楊波, 游春, 潘綱 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心