一种固定化藻类细胞处理水产品养殖废水的方法与流程

本发明属于水处理，具体涉及一种固定化藻类细胞处理水产品养殖废水的方法。

背景技术：

1、随着人们对水产品的需求不断增加，养殖技术的提高及推广，我国水产养殖已经越来越多的采用高密度集约化养殖模式。水产养殖废水对水环境造成的影响已引起广泛重视，养殖废水处理技术也随之发展起来。养殖废水中的污染物主要有剩余饵料、富含氮、磷的有机排泄物、化学品残留物及毒性物质。高浓度的氮磷会导致水体富营养化。水产养殖废水的处理主要有物理处理法、化学处理法、物理化学处理法、生物处理法。

2、随着全球水资源短缺和水环境污染的日趋严重，养殖废水的综合利用与无害化必然是今后各国研究的方向。虽然传统的物理化学处理方法简单，但是需要花费大量的人力，且处理费用较大，不符合可持续发展的要求。传统的微生物处理技术大多是对自然生长的微生物群体加以选择、繁殖利用，对污染物的降解水平较低，必须进行遗传学改造，定向选育出降解能力极高的工程菌种，才能大幅度提高微生物的降解能力，以适应废水处理要求。为了提高生物酶活性，固定化技术是当今十分活跃的研究方向。

3、固定化微生物技术（immobilized biotechnology）是指利用物理、化学方法将游离的细胞或酶固定在载体上，并使微生物细胞限定在某一特定区域并保持细胞活性，且可以反复使用。这项技术成形于20世纪70年代，伴随社会的快速发展，生活污水、畜禽废水和工业废水的大量排放，对水体生态环境造成极大破坏。因此，固定化技术处理废水应运而生。固定化技术提高了微生物细胞的合成代谢，为微生物生长提供温和的生长环境。固定化后的微生物细胞具有耐高温、抗毒性强、耐酸碱度等特点。运用这一技术处理消化液不仅反应快、效率高，还可以实现资源化利用。该技术对污染物的去除可以达到很好的效果，近年来在污水处理中有逐渐推广的趋势。

4、固定化需要理想的载体，以满足基质内物质进入细胞的难易，同时还需考虑固定化细胞的泄漏问题。现有的对固定化载体的选择大概分为高分子凝胶载体与有机合成载体两类。活性炭的吸附机理主要通过物理吸附及微生物的降解作用，利用活性炭的炭表面对水体中一种或者多种有机物质的吸附，以达到净化水体的目的。因此，本发明以海藻酸钠或吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物为载体，以活性炭为吸附剂，制备了一种固定化藻类细胞。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种固定化藻类细胞处理水产品养殖废水的方法，该固定化藻类细胞在废水处理中具有良好的重金属离子去除效果、氨氮去除效果及总有机碳去除效果。

2、本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

3、一种固定化藻类细胞，上述固定化藻类细胞采用载体和吸附剂包埋固定藻类细胞制备获得；

4、上述载体选自海藻酸钠或吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物中的至少一种；

5、上述吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物由n-(5-硝基-2-吡啶基)-1,2-乙二胺修饰海藻酸钠获得。

6、本发明还公开了一种吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物的制备方法，包括：将海藻酸钠氧化开环处理，然后再与n-(5-硝基-2-吡啶基)-1,2-乙二胺发生席夫碱反应，获得吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物。

7、本发明提供了一种吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物的制备方法，将海藻酸钠氧化开环处理生成醛基，然后将醛基与n-(5-硝基-2-吡啶基)-1,2-乙二胺中的氨基反应，制备吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物，再将吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物用于固定化藻类细胞的制备，使得固定化藻类细胞在废水处理中具有良好的重金属离子去除效果、氨氮去除效果及总有机碳去除效果。

8、具体地，上述吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物的制备方法，包括以下步骤：

9、在乙醇中加入海藻酸钠（海藻酸钠与乙醇的质量体积比为：1g:8-15ml），搅拌分散均匀，然后加入浓度为0.25-0.35mol/l的高碘酸钠溶液，室温条件下避光反应5-8h，然后加入乙二醇终止反应，过滤，采用浓度为60-75wt%的乙醇水溶液洗涤3-5次，得到氧化海藻酸钠；在氧化海藻酸钠中加入去离子水（两者的质量体积比为：1g:20-30ml），获得氧化海藻酸钠溶液；然后在45-55℃条件下，将n-(5-硝基-2-吡啶基)-1,2-乙二胺边搅拌边缓慢加入到氧化海藻酸钠溶液中，恒温反应10-15h，冷却至室温，加入乙醇（乙醇加入量为反应液体积的3-5倍），然后置于3-7℃条件下6-10h，过滤，冷冻干燥，获得吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物。

10、根据本发明的实施方式，上述海藻酸钠与高碘酸钠溶液的质量体积比为：1g:8-15ml；海藻酸钠与乙二醇的质量体积比为：1g:1-1.3ml。

11、根据本发明的实施方式，上述海藻酸钠与n-(5-硝基-2-吡啶基)-1,2-乙二胺的质量比为：1:0.8-1.5。

12、本发明还公开了上述制备方法制得的吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物在制备固定化藻类细胞中的用途。

13、一种废水处理剂，上述废水处理剂包含上述的固定化藻类细胞。

14、具体地，上述固定化藻类细胞的制备方法，包括：

15、取对数期的藻类细胞（藻类细胞密度为1.5×107-2×107cell/ml），在4000-5000r/min条件下离心10-20min，弃去上清液，采用灭菌的超纯水洗涤，离心，重复洗涤和离心操作3-5次，获得藻类细胞浓缩液；

16、在载体和吸附剂中加入超纯水（载体与超纯水的质量体积比为：1g:20-25ml），置于120-125℃，100-105kpa条件下灭菌处理15-25min，获得灭菌的混合液，然后在灭菌的混合液中加入藻类细胞浓缩液，混合均匀后，滴入浓度为2-4wt%的氯化钙溶液中，在3-5℃硬化处理15-20h，取出，超纯水洗涤3-5次，获得固定化藻类细胞。

17、根据本发明的实施方式，上述藻类细胞选自四尾栅藻细胞或小球藻细胞中的至少一种。

18、根据本发明的实施方式，上述吸附剂包含活性炭。

19、根据本发明的实施方式，上述活性炭为40-60目粉末活性炭。

20、根据本发明的实施方式，上述载体与吸附剂的质量比为：1:0.1-0.15。

21、根据本发明的实施方式，上述灭菌的混合液与藻类细胞浓缩液的体积比为1:0.8-1.3。

22、本发明还公开了上述固定化藻类细胞在处理水产品养殖废水中的用途。

23、一种水产品养殖废水的处理方法，包括：在水产品养殖废水中加入上述的固定化藻类细胞进行处理。

24、根据本发明的实施方式，上述固定化藻类细胞的用量为4-7g/l。

25、本发明的有益效果包括：

26、本发明获得了一种固定化藻类细胞，本发明采用海藻酸钠或吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物为载体，并以活性炭为吸附剂，包埋固定藻类细胞，制得的固定化藻类细胞在废水处理中具有良好的重金属离子去除效果、氨氮去除效果及总有机碳去除效果；另外，本发明还采用n-(5-硝基-2-吡啶基)-1,2-乙二胺修饰海藻酸钠，再将制得的吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物用于固定化藻类细胞的制备，使得固定化藻类细胞在废水处理中具有更优的重金属离子去除效果、氨氮去除效果及总有机碳去除效果。

27、因此，本发明提供了一种固定化藻类细胞处理水产品养殖废水的方法，该固定化藻类细胞在废水处理中具有良好的重金属离子去除效果、氨氮去除效果及总有机碳去除效果。

技术特征：

1.一种固定化藻类细胞，其特征在于：所述固定化藻类细胞采用载体和吸附剂包埋固定藻类细胞制备获得；所述载体选自海藻酸钠或吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种固定化藻类细胞，其特征在于：所述藻类细胞选自四尾栅藻细胞或小球藻细胞中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种固定化藻类细胞，其特征在于：所述吸附剂包含活性炭。

4.根据权利要求3所述的一种固定化藻类细胞，其特征在于：所述活性炭为40-60目粉末活性炭。

5.根据权利要求1所述的一种固定化藻类细胞，其特征在于：所述载体与吸附剂的质量比为：1:0.1-0.15。

6.权利要求1中所述的吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物的制备方法，包括：将海藻酸钠氧化开环处理，然后再与n-(5-硝基-2-吡啶基)-1,2-乙二胺发生席夫碱反应，获得吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物。

7.根据权利要求6所述的吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物的制备方法，其特征在于：所述海藻酸钠与n-(5-硝基-2-吡啶基)-1,2-乙二胺的质量比为：1:0.8-1.5。

8.一种水产品养殖废水的处理方法，包括：在水产品养殖废水中加入权利要求1-5任一项所述的固定化藻类细胞进行处理。

9.根据权利要求8所述的一种水产品养殖废水的处理方法，其特征在于：所述固定化藻类细胞的用量为4-7g/l。

10.权利要求6-7任一项所述制备方法制得的吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物在制备固定化藻类细胞中的用途。

技术总结
本发明公开了一种固定化藻类细胞处理水产品养殖废水的方法，涉及水处理技术领域。该固定化藻类细胞采用海藻酸钠或吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物为载体，并以活性炭为吸附剂，包埋固定藻类细胞，制得的固定化藻类细胞在废水处理中具有良好的重金属离子去除效果、氨氮去除效果及总有机碳去除效果；另外，本发明还采用N‑(5‑硝基‑2‑吡啶基)‑1,2‑乙二胺修饰海藻酸钠，再将制得的吡啶类化合物修饰的海藻酸钠衍生物用于固定化藻类细胞的制备，使得固定化藻类细胞在废水处理中具有更优的重金属离子去除效果、氨氮去除效果及总有机碳去除效果。

技术研发人员：丁建平,杜瑶怡,翟瑞雪,顾信娜
受保护的技术使用者：舟山市定海生态环境监测站（舟山市定海生态环境保护技术服务中心）
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23