CN102965365B - 一种用于水质净化的微生物纳米球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于水质净化的微生物纳米球的制备方法，其特征在于步骤如下：将纳米SiO2与粘土粉和沸石粉按比例混合，加水造粒，得到球形纳米载体；将球形纳米载体晾干，700-800℃煅烧2-4h，冷却晾干；按每公斤纳米球添加0.8L菌液的比例混合纳米球载体同含螯合态钙的复合活性菌液，搅拌使菌液均匀地在纳米球的多孔表面吸附、固定和着生，制成用于水产养殖水体净化的微生物纳米球。含螯合态钙的复合活性菌液是把从当地养殖水体中筛选、驯化和复壮的光合细菌与EM原液和含钙物质共发酵培养制得。本发明所得微生物纳米球制作工艺简单，能迅速分解水产养殖水体有机污染物、改善水质和提高水产品产量和品质。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体地说涉及水产养殖废水的净化处理。
背景技术
水产养殖过程中，由于化学品和饵料等的投入以及养殖动物粪便排放等原因，养殖水体容易富营养化从而使水质劣化，这不仅制约了水产养殖业的可持续发展，甚至可严重污染了周围水域环境。
水产养殖中，常用微生物制剂来处理底泥的有机污染物和净化养殖水质，抑制病原微生物。申请号为200910077356.4的发明专利公布了一种用于净化水产养殖废水的复合菌藻制剂，主要菌种为硝化细菌、地衣芽孢杆菌；申请号为200910028394.0的发明专利公布了一种用于循环水工厂化水产养殖系统的水质净化复合菌剂，主要菌种为光合细菌、芽孢杆菌、乳酸菌、硝化细菌、假单胞菌、产碱菌。研究认为向养殖水体中投加外源微生物虽然可取得一定成效，但这些菌株在水体中不一定可成功繁殖成为优势菌群从而对水环境进行调节，并且很容易随时间哀亡。申请号为200910031844.1的发明专利公布了一种养殖水体用的微生物净水剂，其所用菌种为克雷伯氏菌AN-4、枯草芽孢杆菌、红逻菌和植物乳杆菌，其中克雷伯氏菌AN-4为从养殖水体中分离筛选获得。但该菌剂由于菌种种类限制，功能较为单一。
同时，目前养殖水体补钙一般采用成本较低的生石灰，用量较大，易杀死水体中有益微生物，危害养殖动物生长。此外，研究表明，采用固定微生物的载体不仅能大大提高微生物浓度和数量，而且能提高微生物的活性。载体对微生物的吸附量、结合紧密度等不仅与生物特点有关，也和载体的特性有关。在水环境因素、生物种群一定的情况下，载体的表面特性、孔隙结构、比表面积等都对微生物的吸附和水处理能力有非常重要的影响。目前使用的多孔载体材料主要为颗粒活性炭、沸石、无烟煤、陶瓷球、多孔不锈钢或 PVC、PE等材料；常用的无机载体有石英砂、 活性炭、陶粒、炉渣等。这些材料虽各有特点，但用作水处理载体存在许多缺点，如比重大、流态化能耗高、孔隙率低、比表面积小、成本较高、加工工艺复杂（如活性炭和多孔不锈钢）。因此，制备适宜的生物载体也是微生物修复技术研究的一个重要方面。
发明内容
发明目的在于提供一种用于水质净化的微生物纳米球，能迅速分解水产养殖水体有机污染物、改善水质和提高水产品产量和品质。
本发明的另一个目的在于提供一种用于水质净化的微生物纳米球的制备方法，工艺简单。
技术方案：
一种用于水质净化的微生物纳米球的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）将纳米SiO2与粘土粉和沸石粉按30%-40%：30%-50%：10%-40%的质量百分比均匀混合，加入适量水在盘式造粒机造粒，得到颗粒均匀、直径控制在40-50mm的球形纳米载体；
纳米SiO2在本发明中作为生物载体，粒径为30-50nm间，比表面积为500-1500m2/g，与活性炭的比表面积相近，但具有更好的生物相容性，孔容积为0.01-2 ml/g，可有效吸附和固定微生物，细胞最大吸附量可达到500-600 mg/g，而在成本和加工工艺方面，相对于不锈钢，陶瓷等多孔材料，成本较低。
粘土粉过200目筛，具有较好的粘结性，便于煅烧成型；
沸石粉在水中可增加溶氧，同时提高水体总碱度，稳定水质；
（2）将步骤（1）得到的球形纳米载体晾干，放入转炉内煅烧2-4h，温度控制在700-800℃，烧结后冷却晾干；
（3）按每公斤纳米球添加0.8L菌液的比例混合纳米球载体同含钙的复合活性菌液，搅拌使菌液均匀地在纳米球的多孔表面吸附、固定和着生，制成用于水产养殖水体净化的微生物纳米球。
含螯合态钙的复合活性菌液是把从当地养殖水体中筛选、驯化和复壮的光合细菌与EM原液和生石灰共发酵培养制得。
具体而言，含螯合态钙的复合活性菌液是从水产养殖水体中筛选光合细菌菌种，有光照条件下厌氧培养，当光合细菌数量达到106cfu ml-1时添加EM原液（1:1；V:V）和发酵培养基在好氧条件下发酵共培养，当微生物数量达到109 cfu ml-1时候，添加含钙物质，在发酵罐中在搅拌速度220rpm-250rpm条件下发酵3天，即可制得含螯合态钙的复合活性菌液。在微生物二次发酵工艺中添加生石灰，同活性菌液进行共发酵，得到含可溶性的螯合态钙成分的混合菌液，使用后对环境无副作用。
发酵培养基含糖蜜0.3g L-1、玉米粉0.5g L-1、硫酸铵0.1g L-1、醋酸钠0.08g L-1、硫酸镁0.02g L-1和磷酸二氢钾0.03g L-1，旨在进一步扩增微生物数量。
所述的含钙物质为生石灰,添加方式是：添加初始至2h按照0.5‰（w:v）添加，2小时后补加2.0‰（w:v），24小时后补加2.0‰（w:v），36小时后补加5.0‰（w:v），48小时后补加5.5‰（w:v）。
本专利所用菌种为光合细菌和EM菌，其中光合细菌为从养殖水体中筛选、驯化、复壮后得到，EM菌液中含有乳酸菌、酵母菌、光合细菌等复合微生物，对环境具有很强的适应性和有效分解水体中污染物的能力。
本发明针对水产养殖引起的水质劣化问题，利用纳米技术和微生物发酵技术，将大量有效微生物固定在含纳米材料的直径为40-50mm多孔载体球中。该微生物纳米球复合菌剂具有更强的环境适应性和分解污染物的能力，同时，在该产品二次发酵工艺中所添加的含钙物质（生石灰）转化成可溶性的螯合态钙，能及时补充养殖动物生长所需的钙离子；该专利产品同现有的以活性炭、泥陶等作为载体的水质净化产品相比，细胞的吸附量高达500-600mg/g，较其高250-350mg/g，并且成本低、生产工艺简单。将本微生物纳米球投加到受污染的养殖水体中，能有效控制水体富营养化，分解有机物并补充水生动物生长所必需的钙离子，达到净化、增产和增质的目的。
技术效果：
1．混合菌液的优势菌种为经当地养殖水体中分离并经驯化、复壮后所得光合的细菌，能很好适应水产养殖环境起净化水质作用。
2．微生物纳米球富含螯合态钙,可补充水产品生长所必须的Ca2+，提高其产量和品质。
3．微生物纳米球具有良好的生物相容性，最大细胞吸附量可达到500-600mg/g；具有较大的比表面积，约为500-1500 m2/g，且稳定性强。
4．微生物纳米球表面和内部所具有大小不一的孔隙，孔容积为0.1-2mL/g，不仅具有吸附功能，还可进行离子交换；其所运载的微生物进入养殖水体后可迅速调控水体环境。
5．微生物纳米球应用于养殖水体后，水中溶氧量最高可增加40%，氨氮（NH4-N）、亚硝态氮（NO2 -）、化学需氧量(COD)、总磷（T-P）和悬浮物（SS）的去除率最高分别达到85%、90%、75%、80%和52%，其水质净化能力相较于活性炭，有明显提升。
具体实施方式
下面结合3个实例对微生物纳米球的制备进行详尽的叙述，但本发明不局限于所给出的实施例。
纳米SiO2粒径在30-50nm之间；粘土粉粒径为200目；EM原液购自爱睦乐环保生物技术（南京）有限公司生产。
实施例1-5制备方法如下：
（1）将纳米、粘土粉和沸石粉充分混合后，加入适量水投入盘式造粒机，制成颗粒均匀、直径控制在40-50mm的纳米球体。
（2）将成型的球体晾干，随即放入转炉内煅烧2-4h，温度控制在700-800℃，烧结后冷却晾干。
（3）将制备的纳米球体同光合细菌、EM菌和生石灰共发酵制备的含螯合态钙离子的复合活性菌液，按1kg球体与0.8L复合活性菌液的比例混合并搅拌，使菌液均匀地吸附、固定在纳米球的孔隙中。
表2 不同实施例中纳米球无机成分重量百分比
| 组分 | 重量百分比 |
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 纳米SiO2 | 35.0 | 33.0 | 32.0 | 30 | 40 |
| 粘土粉 | 40.0 | 37.0 | 36.0 | 30 | 50 |
| 沸石粉 | 25.0 | 30.0 | 32.0 | 40 | 10 |
实施例1-5所配制的微生物纳米球的pH 为4.5-6.0，有效活菌数（cfu）均大于1.5亿/克。
在南京高淳固城湖的某一富营养化蟹塘中进行了为期10天的试验，将本发明实施例1所得的微生物纳米球按每亩水面150颗的用量均匀撒入蟹塘中，10天后监测水质，主要指标如表3：
表3微生物纳米球及活性炭对水产养殖水的净化处理效果对比表
| 指标/mg/L | 原水 | 微生物纳米球 | 活性炭 |
| 溶解氧（DO） | 4.1 | 5.72 | 5.33 |
| 氨氮（NH4-N） | 12.6 | 1.90 | 2.52 |
| 亚硝态氮（NO2 -） | 0.17 | 0.020 | 0.026 |
| 化学需氧量(COD) | 15 | 3.80 | 4.50 |
| 总磷（T-P） | 2.0 | 0.34 | 0.40 |
| 悬浮物（SS） | 26.6 | 12.78 | 14.63 |
投入实施例1的微生物纳米球之后，水中溶氧量增加40%，氨氮（NH4-N）、亚硝态氮（NO2 -）、化学需氧量(COD)、总磷（T-P）和悬浮物（SS）的去除率分别达到85%、90%、75%、80%和52%，其水质净化效果较好。
Claims (4)
1.一种用于水质净化的微生物纳米球的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）将纳米SiO2与粘土粉和沸石粉按30%-40%：30%-50%：10%-40%的质量百分比均匀混合，加入水后造粒，得到颗粒均匀、直径40-50mm的球形纳米载体；纳米SiO2粒径为30-50nm间，比表面积为500-1500m2/g，孔容积为0.1-2 ml/g；粘土粉过200目筛；
（2）将步骤（1）得到的球形纳米载体晾干，放入转炉内煅烧2-4h，温度控制在700-800℃，烧结后冷却晾干；
（3）按每公斤纳米球添加0.8L菌液的比例混合步骤（2）得到的纳米球载体同含螯合态钙的复合活性菌液，搅拌使菌液均匀地在纳米球的多孔表面吸附、固定和着生，制成用于水产养殖水体净化的微生物纳米球；
含螯合态钙的复合活性菌液是把从当地养殖水体中筛选、驯化和复壮的光合细菌与EM原液和含钙物质共发酵培养制得。
2.根据权利要求1所述的用于水质净化的微生物纳米球的制备方法，其特征在于含螯合态钙的复合活性菌液是从水产养殖水体中筛选光合细菌菌种，有光照条件下厌氧培养，当光合细菌数量达到106cfu ml-1时添加EM原液（1:1；V:V）和发酵培养基在好氧条件下发酵共培养，当微生物数量达到109 cfu ml-1时候，添加含钙物质，在发酵罐中在搅拌速度220rpm-250rpm条件下发酵3天，即可制得含螯合态钙的复合活性菌液。
3.根据权利要求2所述的用于水质净化的微生物纳米球的制备方法，其特征在于发酵培养基含糖蜜0.3g L-1、玉米粉0.5g L-1、硫酸铵0.1g L-1、醋酸钠0.08g L-1、硫酸镁0.02g L-1和磷酸二氢钾0.03g L-1。
4.根据权利要求1所述的用于水质净化的微生物纳米球的制备方法，其特征在于所述的含钙物质为生石灰,添加方式是：添加初始至2h按照0.5‰（w:v）添加，2小时后补加2.0‰（w:v），24小时后补加2.0‰（w:v），36小时后补加5.0‰（w:v），48小时后补加5.5‰（w:v）。
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