CN103695412B - 一种用于水体原位净化的包埋微生物菌剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于水体原位净化的包埋微生物制剂制备方法，将适用于污水处理的多种微生物菌种和酶制剂进行复配，并在包埋载体中加入了微生物生长所需要的营养盐和生长因子，使其更适于其自身微生物生长，克服了水体营养匮乏和污水处理效率低下的缺点。并在包埋载体中加入了吸附能力强的活性炭和比重较大的硅藻土，并在包埋载体中加入聚谷氨酸，聚谷氨酸不仅增强包埋颗粒的强度，并且聚谷氨酸降解后的谷氨酸能够作为菌种生长的营养成分，使得制剂能够较好的定殖在河道中，不易流失。使用本发明对污水处理三周后，氨氮去除率达85-90%，COD去除率达90-95%。
Description
技术领域
本发明属于生态和环境工程领域，特别涉及一种用于水体原位净化的包埋微生物菌剂及其制备方法。
背景技术
随着我国的经济社会的不断发展，越来越多的生活污水和工业污水排入河流，导致河流的水质下降。2009年中国环境状况公报显示，全国203条河流408个地表水国控监测断面中，IIII类、IVV类和劣V类水质的断面比例分别为57.3%、24.3%和18.4。传统的水体原位修复技术是通过向水体投加菌液或菌粉制剂，利用微生物对水体进行净化处理，但是存在降解菌的有效浓度低、菌体易流失、反应启动慢等缺点。
包埋固定化微生物技术因为其包裹的微生物密度高、抗冲击能力强、适应性广等优点备受关注。水体原位净化需要的固定化颗粒不仅需要有良好的机械强度和传质性能，还需要制剂能够很好的定殖于水体中，同时要求微生物制剂能够很好的适应水体环境。为此，传统的包埋固定化方法需要加以改进，才能使其更适合处理污染的水体。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种用于水体原位净化的包埋微生物菌剂，所述菌剂为污水处理微生物和酶制剂的复配，同时加入微生物生长所必须的营养盐和生长因子，以确保微生物在水体中的保持较高的活性，并通过改变包埋载体的组成进一步改善包埋固定化产品的强度、吸附性和定殖能力等。
所述包埋微生物菌剂的制备方法如下：
称取55-70g海藻酸钠加入1000mL蒸馏水中，在60～80℃下完全溶解，加入聚乙烯醇、活性炭、硅藻土和聚谷氨酸混合均匀，冷却至室温后形成包埋载体。按比例加入营养盐溶液、生长因子溶液以及菌酶混合溶液，搅拌混合均匀后滴加到含2%的CaCl2溶液中，滴加完毕后放入4℃冰箱继续交联8-12h，形成固定化小球，然后用生理盐水洗涤2-3次，既得包埋微生物菌剂。
所述微生物菌剂组成的体积比为：包埋载体：营养盐溶液：生长因子溶液：菌酶混合溶液=200-300:0-10:0-15:50-100。
所述的包埋载体中各组分的质量比为：海藻酸钠:活性炭:聚乙烯醇:硅藻土:聚谷氨酸=55-70:2-5:0-5:1-2:1-4。
所述营养盐溶液的组成为：NaCl0.4-0.6%，(NH4)2SO40.2-0.4%，NaNO30.1-0.2%，KH2PO40.1-0.3%，不足部分纯净水补足。
所述生长因子溶液的制备方法为：维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸和硫胺素样品各30-50mg,分别以25%乙醇溶液溶解并定容至500mL，充分混匀，即可分别得到维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸和硫胺素四种溶液，将上述四种溶液置于于冰箱中4℃保存。
使用时分别吸取1.00mL上述配置的四种溶液，用蒸馏水定容与10mL容量瓶中，充分混匀，即为微生物生长因子溶液。
所述菌酶混合液为污水处理微生物发酵液与酶制剂的混合液,比例为v:m=100-200mL:1-5g。
所述污水处理微生物为：枯草芽孢杆菌、纤维单胞菌、不动杆菌、硝化菌、假单胞菌和地衣芽孢杆菌,菌种均是从污水中筛选出的处理污水的微生物。
所述污水处理微生物发酵液中各菌种发酵液的体积比如下：枯草芽孢杆菌：纤维单胞菌：不动杆菌：硝化菌：假单胞菌：地衣芽孢杆菌=1-10:1-8:2-15:1-5:1-6:1-7。
所述的污水处理微生物培养方法为：
种子培养：将斜面菌种接种于种子培养基，于35-37℃，转速150-200rpm培养1-2天。
种子培养基组成为：牛母膏0.5%，氯化钠0.5%，蛋白胨1%，不足部分纯净水补足，PH7.2-7.4。
发酵培养：将种子液按接种量1-2%接入发酵培养基接入发酵培养基，于35-37℃，转速180-220rpm，恒温培养1-2天得发酵液，发酵液菌液浓度OD600达到0.8-1；发酵培养基组成同种子培养基。
所述酶制剂为纤维素酶、中性蛋白酶、低温淀粉酶、脂肪酶的混合物。
所述酶制剂混合的质量比为：纤维素酶：中性蛋白酶：低温淀粉酶：脂肪酶=1-4:1-13:1-7:1-4。
所述酶制剂的酶活力分别为：纤维素酶活力为200000u/g，中性蛋白酶活力100000u/g，低温淀粉酶活力为100000u/g，脂肪酶活力为200000u/g。
一种优选的水体原位净化包埋微生物菌剂，其制备方法如下：
称取68g的海藻酸钠加入1000mL蒸馏水中，在70℃下完全溶解，然后加入2g聚乙烯醇、3g活性炭、3g硅藻土和2g聚谷氨酸混合均匀，冷却至室温形成包埋载体。加入20mL营养盐溶液、15mL生长因子溶液以及400mL菌酶混合溶液，搅拌混合均匀后滴加到含2%的CaCl2溶液中，滴加完毕后放入4℃冰箱继续交联10h，形成固定化小球，然后用生理盐水洗涤3次既得包埋微生物菌剂。
所述营养盐溶液组成为：NaCl0.4%，(NH4)2SO40.2%，NaNO30.1%，KH2PO40.3%，加蒸馏水定容至500mL，调溶液pH到7.3。
所述生长因子溶液组成为：45mg维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸和硫胺素样品各45mg,分别以25%乙醇溶液溶解并定容至500mL，充分混匀，即可分别得到维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸和硫胺素四种溶液，将上述四种溶液置于于冰箱中4℃保存。
临用时分别吸取1.00mL上述配置的四种溶液，置于10mL容量瓶中,然后用水定容，充分混匀，即为微生物生长因子溶液。
所述菌酶混合液中混合菌液：酶制剂（v:m）=200mL:1g。
所述污水处理微生物分别经过二级培养后，使发酵液的OD600达到0.9，按如下体积比混合：枯草芽孢杆菌：纤维单胞菌：不动杆菌：硝化菌：假单胞菌：地衣芽孢杆菌=8:5:7:4:4:3。
所述酶制剂的质量比为：纤维素酶：蛋白酶：淀粉酶：脂肪酶=2:7:3:1。
所述酶制剂的酶活力分别为：纤维素酶活力为200000u/g，中性蛋白酶活力100000u/g，低温淀粉酶活力为100000u/g，脂肪酶活力为200000u/g。
有益效果：：
1、本发明将多种污水处理微生物和酶制剂进行复配，污水处理效果优于单一菌种。
2、发明中在包埋载体中加入了微生物生长所需要的营养盐和生长因子，使其更适于其自身微生物生长，克服了水体营养匮乏和污水处理效率低下的缺点。
3、在包埋载体中加入了活性炭和比重较大的硅藻土在增加包埋机的吸附能力的同时使其能够很好定殖在水中；另外高分子的聚谷氨酸的加入不仅增强包埋颗粒的强度，且其降解产物谷氨酸能够作为菌种生长的营养成分，使得制剂能够较好的定殖在河道中，使得制剂不易流失。
4、本发明中所采用的包埋载体均为生物可降解材料，不会给环境带来二次污染，是一种绿色的水体原位净化制剂。通过微生物降解和酶制剂的分解，不仅可以降低水体中有机物质的含量，而且可以降解河道中的淤泥，净化污染水体，进而净化污染水域环境。
5、而且本发明操作简单方便,可适用各类污染水体，适用面广，是一种高效、清洁、无污染、安全、环保的水环境净化剂，效果优于常规污水处理菌剂。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。
实施例1
（1）微生物营养盐溶液配制
分别称取质量比为NaCl0.4%，(NH4)2SO40.2%，NaNO30.1%，KH2PO40.3%的样品，加入蒸馏水定容至500mL，调溶液pH到7.4。
（2）微生物生长因子溶液配制
分别准确称取50mg维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸和硫胺素样品，分别以25%乙醇溶液溶解并定容至500mL，充分混匀，即可分别得到维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸和硫胺素四种溶液，将上述四种溶液置于于冰箱中4℃保存。
使用时分别吸取1.00mL上述配置的四种溶液，蒸馏水定容于10mL容量瓶中，充分混匀，即为微生物生长因子溶液。。
（3）污水处理的微生物菌液的制备和酶制剂的加入
经过二级培养后的发酵液其菌液浓度OD600达到1，按如下体积比混合：枯草芽孢杆菌：纤维单胞菌：不动杆菌：硝化菌：假单胞菌：地衣芽孢杆菌=8:5:7:2:4:6，然后按如下质量比加入酶制剂，具体比例为混合菌液：酶制剂=200mL：1g，均匀混合。其中酶制剂是按如下质量比均匀混合而成：纤维素酶：蛋白酶：淀粉酶：脂肪酶=2:7:4:1。
（4）包埋菌剂的制备
称取70g的海藻酸钠加入1000mL蒸馏水中在60～80℃下完全溶解，然后加入0g聚乙烯醇、5g活性炭、2g硅藻土和1g聚谷氨酸混合均匀，冷却至室温。分别加入20mL的营养盐溶液、15mL的生长因子溶液以及400mL的步骤（3）的混合溶液，搅拌混合均匀。然后滴加到含2%的CaCl2溶液中，滴加完毕后放入4℃冰箱继续交联10h左右，形成固定化小球，然后用生理盐水洗涤2次。
（5）污染水体的净化效果
河道模拟实验：向可循环玻璃容器中加入8L的污染水体和一些砂石及水藻，通过水泵缓慢循环，模拟河水流速。向该容器中加入本发明的微生物包埋制剂4g,混合均匀，通过水泵循环模拟河水流动，三周后氨氮去除率为85%，COD去除率为90%。
实施例2
（1）微生物营养盐溶液配制
分别称取质量比为NaCl0.3%，(NH4)2SO40.2%，NaNO30.2%，KH2PO40.3%的样品，加入蒸馏水定容至500ML，调溶液pH到7.2之间。
（2）微生物生长因子溶液配制
分别准确称取40mg维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸和硫胺素样品,分别以25%乙醇溶液溶解并定容至500mL，充分混匀，即可分别得到维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸和硫胺素四种溶液，将上述四种溶液置于于冰箱中4℃保存。
临用时分别吸取1.00mL上述配置的四种溶液，蒸馏水定容于10mL容量瓶中,充分混匀，即为微生物生长因子溶液。
（3）污水处理的微生物菌液的制备和酶制剂的加入
经过二级培养后的发酵液其菌液浓度OD600达到0.8，按如下体积比混合：枯草芽孢杆菌：纤维单胞菌：不动杆菌：硝化菌：假单胞菌：地衣芽孢杆菌=9:5:7:4:5:3，然后按如下质量比加入酶制剂，具体比例为混合菌液：酶制剂=200mL：1g，均匀混合。其中酶制剂是按如下质量比均匀混合而成：纤维素酶：蛋白酶：淀粉酶：脂肪酶=2:7:4:1。
（4）包埋菌剂的制备
称取65g的海藻酸钠加入1000mL蒸馏水中在60～80℃下完全溶解，然后加入1g聚乙烯醇、5g活性炭、2g硅藻土和2g聚谷氨酸混合均匀，冷却至室温。分别加入20mL的营养盐溶液、15mL的生长因子溶液以及400mL的步骤（3）的混合溶液，搅拌混合均匀。然后滴加到含2%的CaCl2溶液中，滴加完毕后放入4℃冰箱继续交联10h左右，形成固定化小球，然后用生理盐水洗涤3次。
（5）污染水体的净化效果
河道模拟实验：向可循环玻璃容器中加入8L的污染水体和一些砂石及水藻，通过水泵缓慢循环，模拟河水流速。向该容器中加入本发明的微生物包埋制剂4g,混合均匀，通过水泵循环模拟河水流动，三周后氨氮去除率为88%，COD去除率为92%。
实施例3
（1）微生物营养盐溶液配制
分别称取质量比为NaCl0.4%，(NH4)2SO40.2%，NaNO30.1%，KH2PO40.3%的样品，加入蒸馏水定容至500mL，调溶液pH到7.3。
（2）微生物生长因子溶液配制
分别准确称取45mg维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸和硫胺素样品,分别以25%乙醇溶液溶解并定容至500mL，充分混匀，即可分别得到维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸和硫胺素四种溶液，将上述四种溶液置于于冰箱中4℃保存。
临用时分别吸取1.00mL上述配置的四种溶液，蒸馏水定容与10mL容量瓶中,然后充分混匀，即为微生物生长因子溶液。
（3）污水处理的微生物菌液的制备和酶制剂的加入
经过二级培养后的发酵液OD600达到0.9，按如下体积比混合：枯草芽孢杆菌：纤维单胞菌：不动杆菌：硝化菌：假单胞菌：地衣芽孢杆菌=8:5:7:4:4:3，然后按如下质量比加入酶制剂，具体比例为混合菌液：酶制剂=200mL：1g，均匀混合。其中酶制剂是按如下质量比均匀混合而成：纤维素酶：蛋白酶：淀粉酶：脂肪酶=2:7:3:1。
（4）包埋菌剂的制备
称取68g的海藻酸钠加入1000mL蒸馏水中在70℃下完全溶解，然后加入2g聚乙烯醇、3g活性炭、3g硅藻土和2g聚谷氨酸混合均匀，冷却至室温。分别加入20mL的营养盐溶液、15mL的生长因子溶液以及400mL的步骤（3）的混合溶液，搅拌混合均匀。然后滴加到含2%的CaCl2溶液中，滴加完毕后放入4℃冰箱继续交联10h，形成固定化小球，然后用生理盐水洗涤3次。
（5）污染水体的净化效果
河道模拟实验：向可循环玻璃容器中加入8L的污染水体和一些砂石及水藻，通过水泵缓慢循环，模拟河水流速。向该容器中加入本发明的微生物包埋制剂4g,混合均匀，通过水泵循环模拟河水流动，三周后氨氮去除率为90%，COD去除率为95%。
实施例4：污水净化效果对比试验
河道模拟实验：向可循环玻璃容器中加入8L的污染水体和一些砂石及水藻，通过水泵缓慢循环，模拟河水流速。向容器中分别加入不同的微生物包埋制剂4g,混合均匀，通过水泵循环模拟河水流动，三周后测定不同微生物包埋制剂的氨氮去除率和COD去除率，结果如表1。
本实验所使用的4中微生物包埋制剂，以本发明实施例3中的微生物包埋剂为实验组，以实施例3中的微生物包埋剂不同的成分进行删减所得的菌剂为对照组。
表1
实施例5：污水净化效果对比试验
河道模拟实验：向可循环玻璃容器中加入8L的污染水体和一些砂石及水藻，通过水泵缓慢循环，模拟河水流速。向容器中分别加入不同的微生物包埋制剂4g,混合均匀，通过水泵循环模拟河水流动，三周后测定不同微生物包埋制剂的氨氮去除率和COD去除率，结果如表2。
本实验所使用的4中微生物包埋制剂，以本发明实施例3中的微生物包埋剂为实验组，以对实施例3中的微生物包埋剂不同的成分进行删减所得的菌剂为对照组。。
表2
Claims (6)
1.一种用于水体原位净化的包埋微生物菌剂，其特征在于，所述包埋微生物菌剂各组分的体积比为：包埋载体：营养盐溶液：生长因子溶液：菌酶混合溶液＝200-300:0-10:0-15:50-100；
所述包埋载体由海藻酸钠、活性炭、聚乙烯醇、硅藻土和聚谷氨酸组成，其质量比为55-70:2-5:0-5:1-2:1-4；制备方法如下：称取55-70g海藻酸钠加入1000mL蒸馏水中，在60～80℃下完全溶解，按比例加入聚乙烯醇、活性炭、硅藻土和聚谷氨酸混合均匀，冷却至室温后形成包埋载体；
所述菌酶混合液为污水处理微生物发酵混合液与酶制剂的混合液，二者的比例为v:m＝100-200mL:1-5g；
所述污水处理微生物发酵混合液为枯草芽孢杆菌、纤维单胞菌、不动杆菌、硝化菌、假单胞菌和地衣芽孢杆菌发酵液的混合，其混合体积比为：枯草芽孢杆菌：纤维单胞菌：不动杆菌：硝化菌：假单胞菌：地衣芽孢杆菌＝1-10:1-8:2-15:1-5:1-6:1-7；
所述酶制剂为纤维素酶、中性蛋白酶、低温淀粉酶、脂肪酶的混合物，质量比为：纤维素酶：中性蛋白酶：低温淀粉酶：脂肪酶＝1-4:1-13:1-7:1-4。
2.如权利要求1所述的一种用于水体原位净化的包埋微生物菌剂，其特征在于，所述微生物发酵液的制备方法为：
种子培养：将斜面菌种接种于种子培养基，于35-37℃，转速150-200rpm培养1-2天；
种子培养基组成为：牛母膏0.5％，氯化钠0.5％，蛋白胨1％，不足部分纯净水补足，pH7.2-7.4；
发酵培养：将种子液按接种量1-2％接入发酵培养基，于35-37℃，转速180-220rpm，恒温培养1-2天，发酵液菌液浓度OD600达到0.8-1；发酵培养基组成同种子培养基。
3.如权利要求1所述的一种用于水体原位净化的包埋微生物菌剂，其特征在于，所述营养盐溶液的组成为：NaCl0.4-0.6％，(NH4)2SO40.2-0.4％，NaNO30.1-0.2％，KH2PO40.1-0.3％，不足部分纯净水补足。
4.如权利要求1所述的一种用于水体原位净化的包埋微生物菌剂，其特征在于，所述生长因子溶液的制备方法为：取维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸和硫胺素样品各30-50mg，分别以25％乙醇溶液溶解并定容至500mL，充分混匀，即可分别得到维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸和硫胺素四种溶液，将上述四种溶液置于冰箱中4℃保存；使用时分别吸取1.00mL上述配置的四种溶液，用蒸馏水定容于10mL容量瓶中，充分混匀，即为微生物生长因子溶液。
5.一种用于水体原位净化的包埋微生物菌剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
称取55-70g海藻酸钠加入1000mL蒸馏水中，在60～80℃下完全溶解，按比例加入聚乙烯醇、活性炭、硅藻土和聚谷氨酸混合均匀，冷却至室温后形成包埋载体；按比例加入营养盐溶液、生长因子溶液以及菌酶混合溶液，搅拌混合均匀后滴加到含2％的CaCl2溶液中，滴加完毕后放入4℃冰箱继续交联8-12h，形成固定化小球，然后用生理盐水洗涤2-3次，既得包埋微生物菌剂；
所述包埋微生物菌剂各组分的体积比为：包埋载体：营养盐溶液：生长因子溶液：菌酶混合溶液＝200-300:0-10:0-15:50-100；
所述包埋载体由海藻酸钠、活性炭、聚乙烯醇、硅藻土和聚谷氨酸组成，其质量比为55-70:2-5:0-5:1-2:1-4；制备方法如下：称取55-70g海藻酸钠加入1000mL蒸馏水中，在60～80℃下完全溶解，按比例加入聚乙烯醇、活性炭、硅藻土和聚谷氨酸混合均匀，冷却至室温后形成包埋载体；
所述菌酶混合液为污水处理微生物发酵混合液与酶制剂的混合液，二者的比例为v:m＝100-200mL:1-5g；
所述污水处理微生物发酵混合液为枯草芽孢杆菌、纤维单胞菌、不动杆菌、硝化菌、假单胞菌和地衣芽孢杆菌发酵液的混合，其混合体积比为：枯草芽孢杆菌：纤维单胞菌：不动杆菌：硝化菌：假单胞菌：地衣芽孢杆菌＝1-10:1-8:2-15:1-5:1-6:1-7；
所述微生物发酵液的制备方法为：
种子培养：将斜面菌种接种于种子培养基，于35-37℃，转速150-200rpm培养1-2天；
种子培养基组成为：牛母膏0.5％，氯化钠0.5％，蛋白胨1％，不足部分纯净水补足，pH7.2-7.4；
发酵培养：将种子液按接种量1-2％接入发酵培养基，于35-37℃，转速180-220rpm，恒温培养1-2天，发酵液菌液浓度OD600达到0.8-1；发酵培养基组成同种子培养基；
所述酶制剂为纤维素酶、中性蛋白酶、低温淀粉酶、脂肪酶的混合物，质量比为：纤维素酶：中性蛋白酶：低温淀粉酶：脂肪酶＝1-4:1-13:1-7:1-4；
所述营养盐溶液的组成为：NaCl0.4-0.6％，(NH4)2SO40.2-0.4％，NaNO30.1-0.2％，KH2PO40.1-0.3％，不足部分纯净水补足；
所述生长因子溶液的制备方法为：取维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸和硫胺素样品各30-50mg，分别以25％乙醇溶液溶解并定容至500mL，充分混匀，即可分别得到维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸和硫胺素四种溶液，将上述四种溶液置于冰箱中4℃保存；使用时分别吸取1.00mL上述配置的四种溶液，用蒸馏水定容于10mL容量瓶中，充分混匀，即为微生物生长因子溶液。
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