CN104671626A - 一种富营养化滩涂沉积物生境修复的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种富营养化滩涂沉积物生境修复的方法，包括：菌液的制备；固定液的配置；菌液与固定液的混匀与胶化；CaCl₂溶液的准备；菌液胶化后的固定制粒；收集与保存；翻耕与环境修复细菌固定化颗粒的联合操作；贝类和沙蚕的布置；定期监测。本发明可以将菌株有效地保护，在理化因子较为恶劣的环境中起到缓冲的作用；可以为菌株提供有效的载体，使菌株有效地，长期地发挥细菌修复作用；贝类和沙蚕的生物扰动作用也有效地增强沉积物的硝化和反硝化作用，以上方法的联合使用，对环境修复具有良好的环保价值及市场应用前景。

Description

一种富营养化滩涂沉积物生境修复的方法

技术领域

本发明属于生境修复领域，特别涉及一种富营养化滩涂沉积物生境修复的方法。

背景技术

生物固定化技术(immobilized biotechnology)是从20世纪60年代开始迅速发展起来的一项新技术，它是通过利用物理或化学手段将游离细胞或酶定位于限定的空间区域，并使其保持活性和可以反复使用的一种基础技术。固定化微生物技术具有微生物密度高、反应迅速、微生物流失少、产物易分离以及反应过程易控制等优点。常见的手段有吸附法、包埋法、共价结合法、交联法四大类，其中以包埋法研究最多，应用最广。

包埋固定化法是将微生物细胞包埋在凝胶的微小空格内或埋于半透膜聚合物的超滤膜内([6]曲洋,张培玉,郭沙沙,等.复合固定化法固定化微生物技术在污水生物处理中的研究应用[J].四川环境,2009,28(3):78-84；[7]沈耀良，黄勇，赵丹，固定化微生物污水处理技术[M].北京:化学工业出版社,2002.265-266)。根据载体材料和方法的不同，包埋法可分为凝胶包埋法和微胶囊法两种。此法简单，条件温和，稳定性好，包埋细胞容量高,是目前应用最广泛的固定化方法。但它也存在一些缺点，如载体存在限制扩散作用，许多载体形成凝胶后对高分子底物的通透性变差，机械强度往往也较低。徐新阳等利用改进的聚乙烯醇-海藻酸钠联合包埋法固定化微球菌Micrococcus sp.可以获得固定化效果，制得的粒子机械强度高,使用寿命长，且弹性好对污水处理效果理想([8]徐新阳，张轶，李海波等，污染地表水修复用微球菌的化学包埋法固定化工艺[J].东北大学学报,2006,27(10):1146—1148)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种富营养化滩涂沉积物生境修复的方法，该方法可以将菌株有效地保护，在理化因子较为恶劣的环境中起到缓冲的作用，对环境修复具有良好的环保价值及市场应用前景。

本发明的一种富营养化滩涂沉积物生境修复的方法，包括：

(1)将从海洋滩涂沉积物中分离、筛选获得的反硝化菌株的菌液加入至富集培养液中，在30～40℃下厌氧培养72～96h，细菌达到指数生长期，收集菌液，以作固定用；

(2)按质量比3～5：1：1：1：1，将海藻酸钠与海水混合，加热溶解后立即加入淀粉、皂土、沸石粉和贝壳砂，充分搅拌混匀，冷却至室温，得到固定液；

或者按质量比3～5：1：1：1：1，将海藻酸钠与海水混合，加热溶解后立即加入淀粉、沸石粉、贝壳砂和活性炭，充分搅拌混匀，冷却至室温，得到固定液；

(3)将步骤(1)的菌液与步骤(2)的固定液混匀，磁力搅拌，充分混匀；将充分混匀的胶化物逐滴、快速地滴入CaCl₂溶液中，得到圆形或椭圆形胶粒；

(4)用过滤的方法收集固定化胶粒，将固定化胶粒于反硝化菌株富集液中以30～40℃厌氧保存。

(5)利用小型翻耕机，在翻耕的同时将环境修复细菌固定化颗粒施用于沉积物中，施用量为0.1公斤/平方；

(6)待沉积物翻耕过后，将贝类和沙蚕布置于沉积物表层，定期监测，依据修复效果进行再一次修复强化。

所述步骤(2)中的贝壳砂由贝壳粉碎后过20目筛而得。

所述步骤(2)中的原料比例均为4：1：1：1：1。

所述步骤(3)中的磁力搅拌转速为100rmp。

所述步骤(3)中的CaCl₂溶液的配制方法为：用海水溶解CaCl₂，配制成0.15mol/L的CaCl₂溶液，放置于4℃的冰箱中冷藏24h。

所述步骤(3)中的CaCl₂溶液以200rmp的转速匀速转动。

所述步骤(4)中的反硝化菌株富集液的组成为Na₂S₂O₃5g/L,KNO₃2g/L,K₂HPO₄2g/L,NaHCO₃1g/L,NH₄Cl 0.1g/L,MgSO₄.7H₂O 0.05g/L,FeSO₄.7H₂O 0.01g/L,牛肉膏2g/L，蛋白胨2g/L。

所述步骤(5)中的翻耕深度为10公分。

所述步骤(6)中的贝类布置密度为1公斤/平方，沙蚕布置密度为0.1公斤/平方。

所述步骤(6)中沉积物含砂率高，贝类为蛤类；沉积物含砂率低，贝类为蚶类。以含沙率较高者滩涂沉积物为例，布置贝类品种为文蛤或四角蛤蜊。

有益效果

(1)环境修复微生物菌液固定化后可以将菌株有效地保护，在理化因子较为恶劣的环境中起到缓冲的作用。

(2)固定化胶粒可以为菌株提供有效的载体，使菌株有效地，长期地发挥细菌修复作用。

(3)固定化所添加材料均为环境友好型，海藻酸钠、皂土和沸石粉等材料按一定比例的添加，按比例混合后比以往固定化成份的更易形成载体的微孔结构，则更有利用于菌株的附着与生长。

(4)成份中添加了淀粉或生物炭作为碳源，能为碳源缺乏的沉积物环境提供细菌生长所需的营养源。

(5)固定化材料中添加一定比例的贝壳砂。贝壳砂表面的孔洞结构一方面为修复菌株提供了载体；另一方面贝壳砂的添加可以改善沉积物中的孔隙结构，从而更好地发挥环境修复作用。

(6)选择贝类以土著种及生命力较强的品种为主，滩涂沉积物按含沙比进行划分，含沙率较高者以蛤类为主，含沙率较低者为蚶类为主，因地制宜，既保证修复的效果，又不会造成生物入侵。贝类既可以通过扰动作用使沉积物中的营养盐直接释放至水体中，还可以明显地增加沉积物表层的硝化作用和中底层的反硝化作用，大大提沉积物环境的修复作用。

(7)利用一定密度的沙蚕布置养殖于滩涂沉积物，可以明显改善沉积物环境参数。沙蚕既可以通过摄食沉积物的腐屑直接削减沉积物中的营养物质，又可以通过扰动提高微生物的硝化和反硝化作用。本发明对环境修复具有良好的环保价值及市场应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

(1)菌液的制备：菌株为反硝化菌株，由从海洋滩涂沉积物中分离、筛选获得。将菌液加入至富集培养液中。在30℃温度下，厌氧培养72h，细菌达到指数生长期，收集菌液，以作固定用。

(2)固定液的配置：分别按质量4g、1g、1g、1g、1g，将海藻酸钠与60ml海水混合，加热溶解后立即加入淀粉、皂土、沸石粉和贝壳砂(贝壳粉碎后过20目筛)，充分搅拌混匀，冷却至室温，得到固定液约70ml。

(3)菌液与固定液的混匀与胶化：将80ml生长达到生长指数期的菌液与制备好的70ml固定液混匀，放在磁力搅拌器上以100rmp的转速搅拌，使各成分充分混匀。

(4)CaCl₂溶液的准备：将用海水溶解配制好的0.15mol/L的CaCl₂溶液放置于4℃的冰箱中冷藏24h。

(5)菌液胶化后的固定制粒：取冷藏24h后的CaCl₂溶液800ml于1L的烧杯中，将烧杯放置于磁力搅拌器上，以200rmp的转速使溶液匀速转动。将充分混匀的胶化物逐滴、快速地滴入CaCl₂溶液中，使其成圆形或椭圆形胶粒。

(6)收集与保存：用过滤的方法收集固定化胶粒，将固定化胶粒于反硝化菌株富集液中以30℃厌氧保存。反硝化菌株富集液的组成为Na₂S₂O₃5g/L,KNO₃2g/L,K₂HPO₄2g/L,NaHCO₃1g/L,NH₄Cl 0.1g/L,MgSO₄.7H₂O 0.05g/L,FeSO₄.7H₂O 0.01g/L,牛肉膏2g/L，蛋白胨2g/L。

(7)翻耕与环境修复细菌固定化颗粒的联合操作：利用小型翻耕机，翻耕深度设定为10公分，在翻耕的同时将环境修复细菌固定化颗粒施用于沉积物中，施用量为0.1公斤/平方。

(8)贝类和沙蚕的布置：待沉积物翻耕过后，其表层沉积物较为松软，此时将贝类和沙蚕布置于沉积物表层。挑选活力较强的个体(其活力较强的个体在1小时内进行沉积物)，挑出活力较弱个体。以含沙率较高者滩涂沉积物为例，布置贝类品种为文蛤或四角蛤蜊，密度为1公斤/平方；布置沙蚕密度为0.1公斤/平方。

(9)待环境修复搭配设置完成后，定期对沉积物的各项理化指标进行监测，依据修复效果，每3-6个月对滩涂沉积物进行再一次修复强化。

实施例2

(1)菌液的制备：菌株为反硝化菌株，由从海洋滩涂沉积物中分离、筛选获得。将菌液加入至富集培养液中。在30℃温度下，厌氧培养72h，细菌达到指数生长期，收集菌液，以作固定用。

(2)固定液的配置：分别按质量4g、1g、1g、1g、1g，将海藻酸钠与70ml海水混合，加热溶解后立即加入淀粉、沸石粉、贝壳砂和活性炭，充分搅拌混匀，冷却至室温，得到固定液。

(3)菌液与固定液的混匀与胶化：将80ml生长达到生长指数期的菌液与制备好的70ml固定液混匀，放在磁力搅拌器上以100rmp的转速搅拌，使各成分充分混匀。

(4)CaCl₂溶液的准备：将用海水溶解配制好的0.15mol/L的CaCl₂溶液放置于4℃的冰箱中冷藏24h。

(5)菌液胶化后的固定制粒：取冷藏24h后的CaCl₂溶液800ml于1L的烧杯中，将烧杯放置于磁力搅拌器上，以200rmp的转速使溶液匀速转动。将充分混匀的胶化物逐滴、快速地滴入CaCl₂溶液中，使其成圆形或椭圆形胶粒。

(6)收集与保存：用过滤的方法收集固定化胶粒，将固定化胶粒于反硝化菌株富集液中以30℃厌氧保存。反硝化菌株富集液的组成为Na₂S₂O₃5g/L,KNO₃2g/L,K₂HPO₄2g/L,NaHCO₃1g/L,NH₄Cl 0.1g/L,MgSO₄.7H₂O 0.05g/L,FeSO₄.7H₂O 0.01g/L,牛肉膏2g/L，蛋白胨2g/L。

(7)翻耕与环境修复细菌固定化颗粒的联合操作：利用小型翻耕机，翻耕深度设定为10公分，在翻耕的同时将环境修复细菌固定化颗粒施用于沉积物中，施用量为0.1公斤/平方。

(8)贝类和沙蚕的布置：待沉积物翻耕过后，其表层沉积物较为松软，此时将贝类和沙蚕布置于沉积物表层。挑选活力较强的个体(其活力较强的个体在1小时内进行沉积物)，挑出活力较弱个体。以含沙率较高者滩涂沉积物为例，布置贝类品种为文蛤或四角蛤蜊，密度为1公斤/平方；布置沙蚕密度为0.1公斤/平方。

(9)待环境修复搭配设置完成后，定期对沉积物的各项理化指标进行监测，依据修复效果，每3-6个月对滩涂沉积物进行再一次修复强化。

Claims (10)

1.一种富营养化滩涂沉积物生境修复的方法，包括：

(1)将从海洋滩涂沉积物中分离、筛选获得的反硝化菌株的菌液加入至富集培养液中，在30～40℃下厌氧培养72～96h，细菌达到指数生长期，收集菌液，以作固定用；

(2)按质量比3～5：1：1：1：1，将海藻酸钠与海水混合，加热溶解后立即加入淀粉、皂土、沸石粉和贝壳砂，充分搅拌混匀，冷却至室温，得到固定液；

或者按质量比3～5：1：1：1：1，将海藻酸钠与海水混合，加热溶解后立即加入淀粉、沸石粉、贝壳砂和活性炭，充分搅拌混匀，冷却至室温，得到固定液；

(3)将步骤(1)的菌液与步骤(2)的固定液混匀，磁力搅拌，充分混匀；将充分混匀的胶化物逐滴、快速地滴入CaCl₂溶液中，得到圆形或椭圆形胶粒；

(4)用过滤的方法收集固定化胶粒，将固定化胶粒于反硝化菌株富集液中以30～40℃厌氧保存，即得环境修复细菌固定化颗粒；

(5)利用小型翻耕机，在翻耕的同时将环境修复细菌固定化颗粒施用于沉积物中，施用量为0.1公斤/平方；

(6)待沉积物翻耕过后，将贝类和沙蚕布置于沉积物表层，定期监测，依据修复效果进行再一次修复强化。

2.根据权利要求1所述的一种富营养化滩涂沉积物生境修复的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的贝壳砂由贝壳粉碎后过20目筛而得。

3.根据权利要求1所述的一种富营养化滩涂沉积物生境修复的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的原料比例均为4：1：1：1：1。

4.根据权利要求1所述的一种富营养化滩涂沉积物生境修复的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的磁力搅拌转速为100rmp。

5.根据权利要求1所述的一种富营养化滩涂沉积物生境修复的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的CaCl₂溶液的配制方法为：用海水溶解CaCl₂，配制成0.15mol/L的CaCl₂溶液，放置于4℃的冰箱中冷藏24h。

6.根据权利要求1所述的一种富营养化滩涂沉积物生境修复的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的CaCl₂溶液以200rmp的转速匀速转动。

7.根据权利要求1所述的一种富营养化滩涂沉积物生境修复的方法，其特征在于：所述步骤(4)中的反硝化菌株富集液的组成为Na₂S₂O₃5g/L,KNO₃2g/L,K₂HPO₄2g/L,NaHCO₃1g/L,NH₄Cl 0.1g/L,MgSO₄.7H₂O 0.05g/L,FeSO₄.7H₂O 0.01g/L,牛肉膏2g/L，蛋白胨2g/L。

8.根据权利要求1所述的一种富营养化滩涂沉积物生境修复的方法，其特征在于：所述步骤(5)中的翻耕深度为10公分。

9.根据权利要求1所述的一种富营养化滩涂沉积物生境修复的方法，其特征在于：所述步骤(6)中的贝类布置密度为1公斤/平方，沙蚕布置密度为0.1公斤/平方。

10.根据权利要求1所述的一种富营养化滩涂沉积物生境修复的方法，其特征在于：所述步骤(6)中沉积物含砂率高，贝类为蛤类；沉积物含砂率低，贝类为蚶类。