CN105087431A - 一种用于处理富含铁锰地下水的菌剂 - Google Patents
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Abstract
一种用于处理富含铁锰地下水的菌剂属于地下水处理领域。所述菌剂由铁锰氧化菌与生物膜形成菌配伍组成，所述铁锰氧化菌由蜡状芽孢杆菌(Bacillus？cereus)、不动杆菌属(Acinetobacter？sp.)、巨大芽孢杆菌(Bacillus？megaterium)、鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium？sp.)构成，所述生物膜形成菌为枯草芽孢杆菌Bacillus？subtilis。将5种菌株等比配伍接种于生物滤柱中，可在8h内完成挂膜过程，运行第4d起铁锰去除率可达到100％和95％左右，可稳定过滤23d，反冲洗后立即恢复铁锰去除能力。本发明为采用生物法处理富含铁锰地下水提供了新的思路，具有较高的理论意义与实际应用价值。
Description
技术领域
本发明属于地下水处理领域，主要涉及一种用于处理富含铁锰地下水的菌剂。
背景技术
地下水是一种十分宝贵的资源，其水质较稳定，不易受到污染，是人类优良的饮用水和理想的工业水源。但在中国大部分地区的地下水常常富含大量的铁锰等金属离子，其含量过高会带来诸多危害，主要包括以下几个方面：①作为生活用水，会使衣物变色，水有铁腥味，铁质沉淀物Fe2O3会滋长铁细菌，阻塞管道；②作为造纸、纺织、印染、化工、食品等生产用水会降低产品质量，腐蚀生产设备及用具；③长期饮用含铁、锰量过高的水还会严重影响身体健康，造成胰腺、肝脏、神经系统、呼吸系统疾病，甚至导致人体慢性中毒。因此，含有过量铁锰的地下水，需经处理才能满足工业生产和人民生活的要求。近年来，地下水除铁、除锰技术一直受到专家学者和工程技术人员的广泛重视。然而，地下水除铁除锰技术虽然已经从自然氧化法、接触氧化法走向了生物治理法的阶段。但在工程实施上仍存在运行初期出水水质不稳定，锰的去除较困难等问题。单纯的铁锰氧化菌的加入常因挂膜时间长，抗冲击能力弱，无法达到理想的铁锰去除效果。生物膜所形成的结构性细菌群落是绝大多数微生物定殖生长的理想模式，生物膜能够有效地阻止外界强力冲击和伤害，提高细菌在环境中的适应性。研究发现，细菌在生物膜中比浮游状态下的代谢活力更强，有利于地下水的生物处理。因此，有针对性的筛选可高效氧化铁锰的微生物，将其与生物膜形成菌配伍加入生物滤柱中强化地下水中铁锰的去除是解决上述问题的一种行之有效的方法。开发利用铁锰氧化菌与生物膜形成菌配伍菌剂处理富含铁锰的地下水，将具有一定的经济效益、社会效益以及生态效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于处理富含铁锰地下水的菌剂，达到提高处理效果和处理效率的目的。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种用于处理富含铁锰地下水的菌剂，所述菌剂由铁锰氧化菌与生物膜形成菌配伍组成；所述铁锰氧化菌由蜡状芽孢杆菌Bacilluscereus(P1)、不动杆菌属Acinetobactersp.(P2)、巨大芽孢杆菌Bacillusmegaterium(P3)、鞘氨醇杆菌属Sphingobacteriumsp.(P5)构成，所述生物膜形成菌为枯草芽孢杆菌Bacillussubtilis(E3)；所述蜡状芽孢杆菌Bacilluscereus、不动杆菌属Acinetobactersp.、巨大芽孢杆菌Bacillusmegaterium、鞘氨醇杆菌属Sphingobacteriumsp.与枯草芽孢杆菌Bacillussubtilis，5种菌株等比配伍。
所述的4株铁锰氧化菌和生物膜形成菌均由本实验室分离所得。
通过试验结果可知，接种4株铁锰氧化菌与生物膜形成菌配伍菌剂的实验组，可在8h内完成挂膜过程，滤柱运行前期，第4d起对铁锰的去除分别可达到100％和95％左右，且可持续稳定过滤23d，反冲洗过后可立即恢复铁锰去除能力。
本发明通过配伍铁锰氧化菌与生物膜形成菌形成菌剂，研究其用于处理富含铁锰地下水的效果，发现菌剂的加入可大大缩短生物滤柱的挂膜时间，滤柱运行前期对铁锰的去除效果明显，且可在短时间内达到稳定状态，该菌剂的应用为富含铁锰地下水处理新方法的开发奠定了基础。
附图说明
图13组生物滤柱铁去除率变化曲线图。
图23组生物滤柱锰去除率变化曲线图。
具体实施方式
一种用于处理富含铁锰地下水的菌剂，所述菌剂由铁锰氧化菌与生物膜形成菌配伍组成；所述铁锰氧化菌由蜡状芽孢杆菌Bacilluscereus(P1)、不动杆菌属Acinetobactersp.(P2)、巨大芽孢杆菌Bacillusmegaterium(P3)、鞘氨醇杆菌属Sphingobacteriumsp.(P5)构成，所述生物膜形成菌为枯草芽孢杆菌Bacillussubtilis(E3)；所述蜡状芽孢杆菌Bacilluscereus、不动杆菌属Acinetobactersp.、巨大芽孢杆菌Bacillusmegaterium、鞘氨醇杆菌属Sphingobacteriumsp.与枯草芽孢杆菌Bacillussubtilis，5种菌株等比配伍。
实例1、铁锰氧化菌株P1、P2、P3、P5对铁和锰的氧化能力考查
(1)P1、P2、P3、P5对铁锰的氧化能力考查
分别接种4株铁锰氧化菌于铁锰的初始浓度为800mg·L-1和200mg·L-1的培养液中，恒温摇床振荡培养48h后，可知各菌株生长量OD600nm可达到2.0左右，菌株的铁氧化率和锰氧化率均可达81％和68％左右。
(2)4株铁锰氧化菌混合培养后对铁锰的氧化能力考查
将4株铁锰氧化菌按1∶1∶1∶1比例混合后共同培养，考查各菌株联合使用能否出现铁锰氧化协同作用。恒温摇床振荡培养48h后，混合培养菌株对铁锰的去除率分别98.93％、94.67％，符合预期效果，各菌株能够较好协同氧化。
实例2、铁锰氧化菌与生物膜形成菌之间的相互作用考察
(1)生物膜形成菌BacillussubtilisE3对铁锰的耐受性及成膜情况
接种BacillussubtilisE3于铁锰浓度分别为2mg·L-1和0.5mg·L-1的模拟地下水中，摇床振荡培养48h，其生长量OD600nm值达到0.9以上，生物膜形成量OD570nm值可达到1.4以上，表明铁锰浓度为2mg·L-1和0.5mg·L-1的模拟地下水对BacillussubtilisE3生长无抑制作用，且其具有较强的成膜能力。
(2)生物膜形成菌与铁锰氧化茵之间的拮抗作用
采用无菌滤纸片平板法，将BacillussubtilisE3菌悬液与融化后冷却至40℃的LB固体培养基混匀，倒平板，待培养基凝固后将沾有其他4种铁锰氧化菌菌液的滤纸片按一定间距贴于其上，28℃倒置培养24-48h，观察抑菌圈大小。发现菌株间无明显的抑制作用。
实例3、铁锰氧化菌与生物膜形成菌配伍菌剂处理富含铁锰地下水效果考察
(1)生物滤柱的建立
以均质混合的锰砂和沸石为滤料。模拟地下水的原水指标含量如下：pH为6～7.5、总铁含量在2mg·L-1左右，二价锰含量在0.5mg·L-1左右。原水溶解氧范围在3～4mg·L-1，经过喷头曝气后的跌水溶解氧浓度在6～7mg·L-1之间。
(2)菌剂处理富含铁锰地下水效果考察
本研究设置3组平行滤柱，包括2个实验组和1个对照组，实验组I接种等量4种铁锰氧化菌与生物膜形成菌配伍菌剂；实验组II接种铁锰氧化菌不动杆菌属Acinetobactersp.(P2)菌液；对照组不接种任何菌株。对比实验结果，考察铁锰氧化菌与生物膜形成菌配伍菌剂对富含铁锰地下水的去除效果。
实验结果见图1和图2。
通过试验结果发现，接种4株铁锰氧化菌与生物膜形成菌配伍菌剂的实验组I，可在8h内完成挂膜过程，滤柱运行前期，第4d起对铁锰的去除分别可达到100％和95％左右，出水水质清澈透明，铁锰离子含量均低于国家饮用水标准(Fe≤0.3mg·L-1，Mn≤0.1mg·L-1)，且可持续稳定过滤23d，第30d进行反冲洗，反冲洗过后可立即恢复铁锰去除能力。接种单株铁锰氧化菌的实验组II完成挂膜过程需要48h，持续稳定过滤后，对铁锰的最高去除率分别为70％和60％左右，可持续稳定过滤8d，第18d进行反冲洗，反冲洗过后铁锰去除能力恢复较慢；对照组持续稳定过滤后，对铁锰的最高去除率分别为40％和35％左右，可持续稳定过滤4d，第16d进行反冲洗，反冲洗过后铁锰去除能力恢复缓慢，且稳定过滤时间较短。对比试验结果可知，接种配伍菌剂的实验组I较接种单株铁锰氧化菌实验组II及对照组去除率分别高出40％和60％左右，滤柱稳定过滤时间是实验组II及对照组的2.88倍和5.75倍，且反冲洗后去除效果恢复迅速。
结果表明，接种菌剂的实验组I滤柱可在较短时间内完成挂膜过程，大大缩短生物滤柱的挂膜时间，滤柱运行前期对铁锰的去除效果明显，且可在短时间内使铁锰去除率达到稳定状态，出水水质稳定，铁锰含量均达到国家饮用水标准；滤柱持续去除铁锰能力强，具有较高的抗冲击能力，且反冲洗后其铁锰去除能力恢复迅速，反冲洗时间间隔长，从而减少了反冲洗次数。
综上所述，应用铁锰氧化菌与生物膜形成菌配伍菌剂处理富含铁锰地下水，能够提高滤柱对铁锰离子的去除效率，节约时间与资源，扩大水处理量，为富含铁锰地下水处理新方法的开发奠定了基础。
Claims (1)
1.一种用于处理富含铁锰地下水的菌剂，其特征在于：所述菌剂由铁锰氧化菌与生物膜形成菌配伍组成；所述铁锰氧化菌由蜡状芽孢杆菌Bacilluscereus、不动杆菌属Acinetobactersp.、巨大芽孢杆菌Bacillusmegaterium、鞘氨醇杆菌属Sphingobacteriumsp.构成，所述生物膜形成菌为枯草芽孢杆菌Bacillussubtilis；所述蜡状芽孢杆菌Bacilluscereus、不动杆菌属Acinetobactersp.、巨大芽孢杆菌Bacillusmegaterium、鞘氨醇杆菌属Sphingobacteriumsp.与枯草芽孢杆菌Bacillussubtilis，5种菌株等比配伍。
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