一氧化氮氣體在控制藍藻水華中的應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于水體污染控制領域，更具體涉及一種一氧化氮氣體在控制藍藻水華中的用途。
【背景技術】
[0002]隨著我國社會經濟和城鎮(zhèn)化的迅速發(fā)展，水體污染也日趨嚴重，大量富含營養(yǎng)元素的生活污水、工業(yè)廢水、和農田灌溉污水排入江河湖泊，由此引起的水體富營養(yǎng)化導致藻類大量繁殖，水華問題不僅導致水產養(yǎng)殖業(yè)遭受經濟損失，同時也破壞水域生態(tài)景觀，導致生態(tài)系統(tǒng)失衡，另外，藍藻門中的微囊藻釋放的微囊藻毒素可能與人群中肝癌發(fā)病率提高有關，嚴重危害人類健康。
[0003]已有的控藻技術包括物理、化學和生物法三大類。但從其控藻技術的原理來看，可分為直接的物理打撈或絮凝等對藻類沒有直接損傷的方法，此種方法適用于對藻華水體的應急性清除，但是成本高，工作量大，同時還面臨對收集藻體二次處理；另外一類方法是對藻類產生脅迫的方法，包括物理法中的紫外線輻射、超聲，化學法中的向水華爆發(fā)區(qū)域噴灑一定濃度的次氯酸鈉、硫酸銅和生物法中的通過微生物、水生植物釋放的化感物質來引起藻類遭受環(huán)境壓力，此種方法操作方便，見效快，但容易帶來二次污染。
[0004]—氧化氮(NO)被認為是在多種生理生化過程中扮演重要角色的氣態(tài)自由基分子。而在20世紀80年代以前，NO則被單純的認為是一種對環(huán)境和人體有害的氣態(tài)污染物。由于NO生物體內源合成機制和生理特性被發(fā)現(xiàn)，NO就引起了科學家的重視，NO作為一種氣體活性分子，結構十分簡單，同時也是一種氣體自由基。在高等植物中，NO作為信號分子參與一系列過程，包括生長、發(fā)育、防御、發(fā)芽和氣孔關閉。在作為初級生產者的浮游植物，NO能夠抑制單細胞藻類的生長，也能誘導藻類出現(xiàn)程序性死亡。
[0005]申請人實驗室發(fā)現(xiàn)藻類在受到環(huán)境脅迫(如紫外線，過氧化氫、投加化感物質)時，可以使藻細胞產生NO從而引發(fā)藻類生長抑制或死亡，后期研究進一步證明NO和浮游植物的程序性死亡有著極大的聯(lián)系。正常情況下藻類在生長過程中可以通過產生NO來傳遞信息和調節(jié)自身生長，但是當藻類處于不適應的環(huán)境壓力時，藻細胞會產生過量的NO并誘導激活能控制藻細胞死亡的特異性酶Caspase-3-1 ike酶活性，從而引發(fā)細胞死亡。另外，單個細胞產生的NO可以向外自由擴散至相鄰的細胞，NO又作為一種環(huán)境脅迫引發(fā)相鄰細胞產生過量的NO，這種自由擴散的效果，可以引發(fā)密集藻類的群體性消亡。
[0006]為了控制藻類水華爆發(fā)，本發(fā)明提出可以直接向藻類爆發(fā)水域通入一氧化氮氣體，進而引起藻類死亡，從而控制藻類水華發(fā)展、惡化，也可以起到利用工廠廢氣，達到以廢治廢的目的。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的是在于提供了一種一氧化氮氣體在控制藍藻水華中的應用，一氧化氮氣體具有對藻類抑制率高的優(yōu)點，若一氧化氮全部轉化為水體中的氮源，也不足以引起二次富營養(yǎng)化，另外，此發(fā)明利用的工廠廢氣，達到了以廢治污的效果。
[0008]為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術措施:
一種一氧化氮氣體在控制藍藻水華中的應用，其步驟是:
A、利用金屬銅(含銅量50%-100%)和稀硝酸(10%-40%)制備一氧化氮;或直接購買一氧化氮氣體(30%-100%);
B、將步驟A中的一氧化氮的氣體的實際濃度以10—7-10—6m3/s通入自來水中(0.5-5L)28-32分鐘，制備成一氧化氮的飽和溶液；
C、將配置的一氧化氮飽和溶液以0.5%-1%的體積比均勻投加到藍藻水華爆發(fā)的集中區(qū)域。藻類會出現(xiàn)群體性消亡。
[0009]銅綠微囊藻為作為藍藻門的模式生物，對于它的研究結論對于整個藍藻門都具有普遍的指導意義，另外，在水華爆發(fā)的水域如滇池、巢湖等，銅綠微囊藻都占絕對優(yōu)勢，因此，本發(fā)明的發(fā)明人選擇銅綠微囊藻作為研究對象。
[0010]所述的藍藻為銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)；
按上述方式，藻類會出現(xiàn)群體性消亡。
[0011 ]本發(fā)明抑藻的機理為:當藻細胞內積累過量的NO信號分子時，可以通過NO信號分子的作用調節(jié)藻細胞的生長和誘導藻細胞程序性死亡的發(fā)生，另外，單個細胞產生的NO可以向外自由擴散至相鄰的細胞，NO又作為一種環(huán)境脅迫引發(fā)相鄰細胞產生過量的NO，這種自由擴散的效果，可以引發(fā)藻類更大范圍的群體性消亡。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和效果:
1、一氧化氮溶液對水華藍藻具有顯著的殺滅作用，對中重度富營養(yǎng)化水體(藻密度約為I X 106cells/L)14yM的一氧化氮溶液其抑制率高達89%。
[0013]2、可以利用化工廠廢氣制成一氧化氮飽和溶液，實現(xiàn)污染源的再利用。
[0014]3、藻細胞受到外界少量的一氧化氮刺激后，會引起細胞本身合成更多的一氧化氮，而一氧化氮可以在細胞間自由擴散，當部分區(qū)域出現(xiàn)一氧化氮引起的藻細胞死亡時，可以通過一氧化氮作為信號分子傳遞給更大的范圍，引起藻細胞的群體性消亡的連鎖反應。
[0015]4、若通入富營養(yǎng)化水體的一氧化氮全部轉化為硝酸鹽或亞硝酸鹽，對水體只能增加0.21 -0.42mg/L的總氮，尚不足已二次引起水體的富營養(yǎng)化。
【附圖說明】
[0016]圖1為一種一氧化氮溶液處理下銅綠微囊藻生長情況示意圖。
[0017]圖1顯示14μΜ的一氧化氮溶液處理后，第7天藻類的生長抑制率達到89.80%。
【具體實施方式】
[0018]實施例1:
一氧化氮氣體在控制藍藻水華中的應用，其步驟是:
A、利用金屬銅(50%或60%或70%或80%或90%或100%)和稀硝酸(10%或20%或30%或40%)制備一氧化氮(劉正賢主編《中學化學實驗大全》上海教育出版社1996年版)；或直接購買一氧化氮氣體(30%或40%或50%或60%或70%或80%或90%或100%);
B、將一氧化氮的氣體的實際濃度以10—7-10—6m3/s(在此范圍都能實現(xiàn))通入自來水(0.5L或IL或5L)溶液28或29或30或31或32分鐘，制備成一氧化氮的飽和溶液，此一氧化氮溶液的濃度為1.4mM;
C、將配置的一氧化氮飽和溶液以0.1%或0.5%或1%的體積比均勻投加到藍藻水華爆發(fā)的集中區(qū)域。
[0019]D、投加一氧化氮的飽和溶液:實驗在250ml錐形瓶中進行，將處于對數(shù)生長期的銅綠微囊藻接種到10ml 8611培養(yǎng)液中，使其起始藻細胞數(shù)在1.0\106(^118/1111。實驗組3個，對照組(無一氧化氮溶液添加)I個，分別向實驗組投加一氧化氮溶液1.4μΜ、7μΜ、14μΜ、投加頻率為一次，隨后每天統(tǒng)計藻的生長情況。
[0020]投加一氧化氮溶液后，藻類受到不同程度的抑制。14μΜ的一氧化氮溶液處理后，培養(yǎng)基基本保持澄清，第7天藻類的生長抑制率達到89.80%(圖1)，從圖1可以看出，經過14μΜ的處理，藻類整體生長過程處于完全抑制狀態(tài)，顯示了一氧化氮溶液很好的抑藻效果。
【主權項】
1.一種一氧化氮氣體在控制藍藻水華中的應用，其步驟是: A、利用金屬銅:含銅量50%-100%和稀硝酸10%-40%反應制備一氧化氮;或直接購買一氧化氮氣體30%_100%; B、將步驟A中的一氧化氮的氣體的實際濃度以10—7-10—6m3/s通入自來水0.5-5L中28-32分鐘，制備成一氧化氮的飽和溶液； C、將配制的一氧化氮飽和溶液以0.5%-1%的體積比均勻投加到水華爆發(fā)的集中區(qū)域； 所述的藍藻為銅綠微囊藻。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一氧化氮氣體在控制藍藻水華中的應用，其步驟是：A、利用金屬銅（含銅量和稀硝酸）反應制備一氧化氮；或直接購買一氧化氮氣體；B、將步驟A中的一氧化氮氣體以實際濃度10-7-10-6m3/s通入自來水（0.5-5L）中28-32分鐘，制備成一氧化氮飽和溶液；C、將配制的一氧化氮飽和溶液以0.5%-1%的體積比均勻投加到水華藍藻爆發(fā)的集中區(qū)域。一氧化氮氣體具有抑制率高的優(yōu)點，對中重度富營養(yǎng)化水體（藻密度約為1×106cells/L）14μM的一氧化氮溶液對藻類抑制率高達89%，一氧化氮全部轉化為水體中的氮源，也不足以引起二次富營養(yǎng)化。
【IPC分類】C02F1/50
【公開號】CN105502600
【申請?zhí)枴緾N201610020141
【發(fā)明人】吳振斌, 程龍, 劉碧云, 徐棟, 張義, 武俊梅, 賀鋒, 周巧紅, 何燕, 張甬元
【申請人】中國科學院水生生物研究所
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年1月13日