CN101565239A - 一种复合异养硝化细菌水质改良固体粉剂或颗粒剂型的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种复合异养硝化细菌水质改良固体粉剂或颗粒剂型的制备方法，属于水产养殖技术及生态环境保护技术领域。本发明的水质改良固体粉剂或颗粒剂型由粪产碱杆菌CGMCC NO.1.1786和节杆菌CGMCC NO.1282组成混合菌在一定培养基和发酵温度28℃－32℃、发酵罐发酵24－36小时，发酵培养完成后，加工成固体粉剂或颗粒剂型，制得具有水体降氨氮和降亚硝酸氮作用的复合异养硝化细菌水质改良固体粉剂或颗粒剂型。本发明制剂使用方便，受环境条件影响小，使用量小；使用后可显著降低池塘水体中氨氮和亚硝酸氮的含量，效果持续10－15天，改善池塘水质的环境质量及养殖生物的生存条件的同时，可有效防止养殖生物病害和突发性死亡，提高养殖生物的产量和质量。

Description

一种复合异养硝化细菌水质改良固体粉剂或颗粒剂型的制备方法

技术领域

一种复合异养硝化细菌水质改良固体粉剂或颗粒剂型的制备方法，涉及一种水体降氨氮和亚硝酸氮的水质改良产品，属于水产养殖技术及生态环境保护技术领域。

背景技术

随着农村产业结构的调整，我国水产养殖业有了突飞猛进的发展。为了提高单位水体的养殖产量，片面追求高产，往往过分地加大放养密度，过度投饵、施肥，致使水中有机物、氮、磷猛增，藻类大量繁殖，水体透明度下降，水质恶化。水体中过量的有机质分解不仅消耗水体中的溶解氧，使水体环境处于缺氧状态，同时还释放出许多有害物质，如氨氮、亚硝酸氮和硫化氢等，直接或间接地危害水体中的养殖生物，使得养殖水体中生物多样性下降，优质水产品种的养殖受到水质和饵料生物的限制。从生态学角度来看，尽管养殖池塘是一个极为复杂的水生生态系统，但不论其多复杂，主要是水生生物-病原-环境三者之间的平衡关系，归根到底是一个环境的问题。养殖池塘水体生态环境的控制已成为发展我国池塘水产养殖的关键问题。因此对水产养殖池塘水质的控制和净化显得十分重要。

另一方面，我国是一个水资源短缺的国家，水资源时空分布非常不均，随着社会发展可利用水资源量在逐年递减；与此同时，水资源利用效率不高和浪费状况尤为普遍，更为严重的是水资源的污染问题一直得不到有效的解决。经济飞速发展的同时，人口大量激增，带来的污染物不可避免地进入水体，尤其是湖泊，造成水体富营养化，刺激蓝藻生长，形成水华。蓝藻水华常常含有蓝藻毒素，对水生动物和人类均有极大危害。蓝藻死亡后分解，大量有机物释放到水里，严重污染饮用水源，对我国社会、经济和生态的可持续发展构成了严重威胁。

因此，对养殖水体及自然水域水体进行水质原位改良和有害物质的去除，在保证水产养殖品安全的基础上达到水产养殖水资源循环利用，并实现生态环境的自然与人工双重恢复具有重要意义。此外，本发明的液体剂型产品也可用于其它各类污水(生活污水、工业废水、禽畜养殖污水等)脱氮处理工艺中，应用范围广泛，效果明显，具有重要的实践意义。

一直以来，控制各类污水中的氨氮含量是污水处理中的重要内容。污水脱氮的基本原理是污水中的含氮有机物首先经过微生物的氨化作用转化为氨，硝化细菌通过硝化作用，将氨氧化为亚硝酸氮，并继续氧化为硝酸盐。硝酸盐经过反硝化细菌的反硝化作用被转化为N₂等气体成分而释放到大气中，从而实现污水脱氮。硝化作用是这一过程中至关重要的中间环节。硝化作用是指氨经过微生物的作用氧化为亚硝酸和硝酸的过程，由硝化细菌完成。自然界中的自养硝化细菌是一类好氧化能自养细菌，包括亚硝化细菌和硝化细菌两个亚群。虽然自养硝化细菌具有氮转化效率高的特点，但是由于其自养、好氧和生长速度慢等特点，在高有机物浓度的条件下很难形成优势菌种，因此严重影响了其硝化能力。因此探索兼性或异养硝化细菌，提高硝化速率，扩大硝化细菌使用范围，显得至关重要。尽管国内外在异养硝化细菌的筛选及完成异养硝化功能的代谢途径、酶和基因方面进行了研究，但尚没有异养硝化细菌高效发酵培养以及混合复配方面的技术和产品。

相对于自养硝化细菌而言，异养硝化细菌的数量和生长速率具有明显优势，因此通过优化培养条件的控制获得超高细胞浓度高硝化活性的异养硝化菌剂，通过在常规废水处理中投加或者用于特定污染水域的生物修复都具有非常重要的意义和价值。然而，目前水质改良领域的硝化细菌产品都或多或少存在着问题。首先，单一菌种的硝化细菌产品不能同时降低氨氮和亚硝酸氮的浓度：例如，有些菌种对氨氮的去除率高达80％以上，但与此同时会产生大量的亚硝酸盐，而亚硝酸盐在水产养殖池塘中对养殖动物的危害远大于氨；另外有些菌种可以有效去除亚硝酸氮，但对氨氮的去除效果不明显，因此无法从根本上去除亚硝酸盐的危害，因为氨氮的氧化产物即是亚硝酸氮；其次，即便是几种硝化细菌的复合产品，由于复配比例不够理想或者培养条件的限制，这些产品也往往不能充分发挥不同细菌在降低氨氮和亚硝酸氮方面的作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有同类产品技术中的不足，提供一种水产养殖池塘和自然水体氨氮和亚硝酸氮去除的微生态水质改良剂，利用两种特异性微生物菌种经合理组配，混合培养后，形成微生态制剂，具有降低池塘水质中对养殖生物有害的氨氮和亚硝酸氮，减少养殖中后期有害物质积累，提高水体透明度，快速修复池塘水体生态环境，为水产养殖生物营造一个良好的水体环境的作用；另外，该发明产品应用在自然水域水体恢复领域，可以有效降低水体总氮含量，改善富营养化情况，减少蓝藻等有害藻类的大规模爆发。

本发明的技术方案：一种复合异养硝化细菌水质改良固体粉剂或颗粒剂型的制备方法，该水质改良固体粉剂或颗粒剂型由粪产碱杆菌CGMCC NO.1.1786和节杆菌CGMCC NO.1282组成混合菌在一定培养基和发酵温度下发酵培养完成后，加工成固体粉剂或颗粒剂型，制得具有水体降氨氮和降亚硝酸氮作用的复合异养硝化细菌水质改良固体粉剂或颗粒剂型的微生态制剂；

(1)微生物菌种：

菌种A：粪产碱杆菌CGMCC NO.1.1786，

菌种B：节杆菌CGMCC NO.1282，

混合菌：以细菌细胞干重计配比比例：菌种A∶菌种B为1∶0.5～2；

(2)培养基：

获得大的生物量的通用培养基：有机氮源和碳源作为营养物质；通用培养基配方为：牛肉膏3-5g/L，酵母浸膏0.5-0.8g/L，蛋白胨3-8g/L，葡萄糖5g/L，NaCl 5g/L，pH 7.0-7.5；

筛选或检测菌种降氨氮和亚硝酸氮性能的特异性培养基：以菌种的特异性底物亚硝酸氮和铵作为氮源，葡萄糖作为碳源；特异性培养基配方为：葡萄糖15-25g/L，K₂HPO₄ 0.15-0.3g/L；KH₂PO₄ 0.1-0.2g/L；NaNO₂ 0.1-0.2g/L；NH₄Cl0.15-0.35g/L；NaCl 5g/L；MgSO₄ 0.5g/L；pH 7.0-7.5；

无指明情况下均是采用通用培养基培养；

(3)菌种发酵制备

a)摇床培养：将斜面保存的菌种A和菌种B接入250mL或500mL三角瓶中，通用培养基量为三角瓶容量的1/3，菌种A和菌种B的混合量按混合菌的配比配置，接种量以标准接种环挑满为准；摇床培养14-18h，控制培养温度28-32℃，pH 7.0-7.5，转速150-220rpm；

b)种子发酵：接种量6-20mL/L，从摇床培养的三角瓶中接种进50-200L种子发酵罐，通用培养基，控制发酵温度28-32℃，pH 7.0-7.5，种子发酵罐搅拌转速150-220rpm，发酵时间24-32小时；发酵产物直接制备成制剂或作为种子进一步进行发酵罐发酵；

c)发酵罐发酵：种子发酵产物作为种子接种入500-2000L发酵罐，进行发酵罐发酵，通用培养基，发酵条件同种子发酵罐发酵。

(4)固体粉剂或颗粒剂型：发酵液添加吸附载体后，通过真空干燥或高温干燥制备成一定粒度的粉剂或颗粒：

吸附载体选用膨润土、麦麸、次粉或淀粉；

吸附比例：发酵液∶吸附载体重量比为1∶1～5；

吸附后干燥处理：根据干燥温度、通风情况和铺陈厚度，干燥时间为6-36小时，得吸附粉；

干燥后的吸附粉，根据对产品活菌数的要求添加同类型吸附载体进行稀释处理，吸附粉∶吸附载体重量比为1∶1～100，活菌含量在10⁵-10⁷个/g；

或直接将发酵液离心后沉淀菌体，添加保护剂后进行冷冻干燥处理，制备成冻干粉；保护剂选用海藻糖、蔗糖、牛血清蛋白、牛奶中的一种或几种；

冷冻干燥后的冻干粉，根据对产品活菌数的要求添加吸附载体进行稀释处理，冻干粉∶吸附载体重量比为1∶1～1000，活菌含量在10⁵-10⁷个/g。

本发明的复合异养硝化细菌水质改良固体粉剂或颗粒剂型的应用，用于养殖水塘，用量为0.5～0.7Kg/亩·米水深。

无指明情况下均是采用通用培养基培养。需要对本发明的产品进行检测和功能测定(降氨氮和亚硝酸氮能力)时，采用特异性培养基培养种子并在种子发酵罐发酵，获得的发酵液进行检测和测定。

本发明中各组分的作用原理如下：

1、粪产碱杆菌：主要去除亚硝酸氮

实验室结果显示：细胞干重浓度为1.0-1.2g/L时，3天内可以将初始浓度为50mg/L的亚硝酸氮降低40％-45％。

2、节杆菌：主要降解氨氮，对亚硝酸氮和有机氮也有一定降解效果。

实验室结果显示：在细胞干重浓度为1.0-1.2g/L时，4小时内可以将初始浓度为50mg/L的氨氮全部快速去除。对氨氮的去除活性最高达12.5mg/g·h。

3、本发明：菌种A(粪产碱杆菌)和菌种B(节杆菌)，配比比例(细菌细胞干重比例)为1∶(0.5-2)，形成复合异养硝化细菌产品，有效去除氨氮、亚硝酸氮和有机物(TOC)。

以下组配比例为优选配方：

1)组配比例一：菌种A(粪产碱杆菌)∶菌种B(节杆菌)重量比为1∶1；

2)组配比例二：菌种A∶菌种B重量比为1∶2；

3)组配比例三：菌种A∶菌种B重量比为2∶1；

混合发酵培养后，获得复合细菌细胞。实验室条件下，细胞干重浓度为1.0-1.5g/L时，4小时内可以将初始浓度为60-80mg/L的氨氮全部快速去除，对亚硝酸氮的去除率达到53％-56％，对TOC的去除率达到85％-92％。

本发明的有益效果：本发明与已有技术相比具有以下优点：

本发明利用对水产养殖生物无害、对自然水生态环境有益无害的两种异养硝化细菌，通过复合配比发酵培养后，利用细菌对氨氮和亚硝酸氮的转化作用，减轻富营养化状况，增加池塘溶氧含量，提高水体的透明度，营造有利于养殖生物生存和生长的池塘生态环境。

本发明的复合异养硝化细菌水质改良产品使用方便，使用量小，每亩水面每米水深的最小用量仅为0.5公斤；使用后效果稳定，可显著降低池塘水体中的氨氮、亚硝酸氮和有机物等有害物质的含量，增加水体溶氧，降低藻类密度，提高透明度，改善池塘水质的环境质量，改善养殖生物生存条件，有效防止养殖生物病害和突发性死亡，提高养殖生物的产量和质量。

具体实施方式

实施例1：实验室试验

在20立方的模拟实验污水池中，当氨氮浓度为40-50mg/L时，使用上述配方的本发明固体粉剂或颗粒剂型产品5天后，用量为0.5Kg/亩·米水深，污水中有机物、氨氮与亚硝酸氮的去除率分别为88％-91％、95％-100％与40％-45％。

当氨氮浓度提升到80mg/L时，使用上述配方的本发明复合异养硝化细菌水质改良固体粉剂或颗粒剂型产品5天后，污水中有机物、氨氮与亚硝酸氮的去除率分别为71％-75％、80％-85％与38％-42％。

实施例2：在江苏苏州某一南美白对虾养殖池塘使用，面积5亩，夏季高温(6～8月)时池塘水质过浓，水色不好，水质中氨氮、亚硝酸氮分别达到1.29mg/L、0.49mg/L，超标严重，影响南美白对虾的生长。在一晴天上午10点左右将上述配方的复合异养硝化细菌水质改良固体粉剂或颗粒剂型产品用于养殖池中，用量为0.6Kg/亩·米水深。用后3天水色好转，由浓绿色转为浅黄绿色，透明度增大；5天后，水体中氨氮、亚硝酸氮含量降至0.53mg/L、0.10mg/L。

实施例3：在浙江余姚某一翘嘴红鲌养殖池塘使用，面积5亩，夏季高温(6～7月)时池塘水质过浓，水色不好，水质中氨氮、亚硝酸氮分别达到1.15mg/L、0.52mg/L，透明度仅为20cm。在一晴天上午10点将上述配方的复合异养硝化细菌水质改良固体粉剂或颗粒剂型产品用于养殖池中，用量为0.7Kg/亩·米水深。用后3天水色大为好转，由蓝绿色转为浅绿色，透明度增大至32cm。5天后水体中氨氮、亚硝酸氮含量降至0.41mg/L、0.13mg/L。

Claims (2)

1、一种复合异养硝化细菌水质改良固体粉剂或颗粒剂型的制备方法，该水质改良固体粉剂或颗粒剂型由粪产碱杆菌CGMCC NO.1.1786和节杆菌CGMCC NO.1282组成混合菌在一定培养基和发酵温度下发酵培养完成后，加工成固体粉剂或颗粒剂型，制得具有水体降氨氮和降亚硝酸氮作用的复合异养硝化细菌水质改良固体粉剂或颗粒剂型的微生态制剂；

发酵液添加吸附载体后，通过真空干燥或高温干燥制备成一定粒度的粉剂或颗粒：

吸附载体选用膨润土、麦麸、次粉或淀粉；

吸附比例：发酵液∶吸附载体重量比为1∶1～5；

吸附后干燥处理：根据干燥温度、通风情况和铺陈厚度，干燥时间为6-36小时，得吸附粉；

干燥后的吸附粉，根据对产品活菌数的要求添加同类型吸附载体进行稀释处理，吸附粉∶吸附载体重量比为1∶1～100，活菌含量在10⁵-10⁷个/g；

或直接将发酵液离心后沉淀菌体，添加保护剂后进行冷冻干燥处理，制备成冻干粉；保护剂选用海藻糖、蔗糖、牛血清蛋白、牛奶中的一种或几种；

冷冻干燥后的冻干粉，根据对产品活菌数的要求添加吸附载体进行稀释处理，冻干粉∶吸附载体重量比为1∶1～1000，活菌含量在10⁵-10⁷个/g。

2、用权利要求1所述方法制备的复合异养硝化细菌水质改良固体粉剂或颗粒剂型的应用，其特征在于用于养殖水塘，用量为0.5～0.7Kg/亩·米水深。