CN106145389B - 集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了集胞藻‑芽孢杆菌共混体系的污水处理装置及其使用方法，主要涉及微生物矿化处理城市生活污水领域。集胞藻‑芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，包括自上而下依次连通的灭菌装置、微生物反应器、矿物回收装置，所述微生物反应器内按菌藻比1:1000～1：50装入集胞藻和芽孢杆菌以形成共生体系，本发明的有益效果在于：它通过在装置中建立菌‑藻共生体系，利用集胞藻产氧，供应和平衡芽孢杆菌的生长需求，实现了微生物污水处理在规模化生产中的应用，具有较高的经济价值和社会意义。

Description

集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及微生物矿化处理城市生活污水领域，具体是集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置及其使用方法。
背景技术
随着我国工业的蓬勃发展和人民生活质量的不断提高，城市污水产量越来越大。由于我国的污水处理能力严重不足，导致近50％的城市污水得不到妥善的处理而被排入河流、湖泊、海洋等自然环境，造成水体环境污染，威胁生态平衡，影响人们的身体健康。而通过微生物处理污水是近年来污水处理研究的热点，微生物净水以其效率高、成本底、见效快等优势逐步成为最具有前景的净水方向，目前随着对此种方法的探讨和研究逐渐深入，人们逐渐将目光集中在光合细菌、芽孢杆菌、硝化细菌、酵母菌上，将上述微生物作为净水的主要主体。其中，芽孢杆菌是土壤中的优势种群，具有丰富的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶等，它能够强烈的分解碳、氮系、磷系、硫系污染物，分解复杂多糖、蛋白质和水溶性有机物，成为目前净水研究的热点。
然而，上述结论大部分仍然处于实验室的探讨阶段，在实际应用中尚欠缺相应的反应处理设备，使研究成果的经济价值大受影响，降低对实际生产的指导意义。
此外，在进行规模化实验中，芽孢杆菌的生长需要氧等条件，如何快速的培养和保持芽孢杆菌的浓度与活性，就成为利用芽孢杆菌进行生产的主要技术点之一。如果能降低对系统的输入，平衡芽孢杆菌的生长需求，维持微生物反应中足够的浓度和活性，就成为微生物技术应用与生产的主要研究方向。
发明内容
本发明的目的在于提供集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置及其使用方法，它通过在装置中建立菌-藻共生体系，利用集胞藻产氧，供应和平衡芽孢杆菌的生长需求，实现了微生物污水处理在规模化生产中的应用，具有较高的经济价值和社会意义。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，包括自上而下依次连通的灭菌装置、微生物反应器、矿物回收装置，所述微生物反应器内按菌藻比1:1000～1：50装入集胞藻和芽孢杆菌以形成共生体系，所述集胞藻的起始浓度为0.16×109个/ml～0.64×109个/mL。
优选的，所述微生物反应器内按菌藻比1:100装入集胞藻和芽孢杆菌，所述芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌，所述集胞藻的起始浓度为0.35×109个/ml。
所述微生物反应器包括透明结构的壳体，所述壳体的侧壁上安装有光源灯，所述壳体的侧壁上设有透明结构的连通器，所述壳体内装有接种有集胞藻的BG-11培养基，所述壳体内竖直的设有筒状的反应柱，所述反应柱的内腔中填充有包埋芽孢杆菌的海藻酸钠胶囊，所述微生物反应器的底部安装有曝气装置。
所述壳体为有机玻璃结构的圆柱形壳体，所述反应柱为有机玻璃筒体结构，所述光源灯为LED灯，所述曝气装置包括用于充入灭菌气体的进气管，所述进气管的外端设有进气阀门，所述进气管上设有与其相连通的曝气管，所述曝气管的顶部设有曝气孔。
所述灭菌装置包括灭菌箱，所述灭菌箱内安装有用于高温灭菌的石棉加热板，所述灭菌箱的顶部设有进液口，所述灭菌箱与微生物反应器之间安装有流量控制阀门。
所述灭菌箱内设有若干个水平的分层隔板，所述分层隔板与灭菌箱的截面相对应，所述灭菌箱的一端设有缺口，相邻所述分层隔板的缺口错位设置，所述分层隔板上设有若干个竖直的挡板，所述挡板交错设置形成蛇形通道。
所述矿物回收装置包括回收斗，所述回收斗的顶部设有与微生物反应器相连通的卸料通道，所述回收斗侧壁的顶部设有废液排放口，所述卸料通道上安装有卸料阀门，所述回收斗的底面为锥形坡面，所述回收斗内居中的安装有与其转动连接的中轴，所述中轴的下部设有桁架，所述桁架的底侧设有与回收斗相配合的刮料板，所述回收斗的底面居中的设有出料口，所述出料口上安装有出料阀门。
所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤1：所述微生物反应器中装入芽孢杆菌和集胞藻后，保持微生物反应器内温度为 20～28℃，使用光照强度为4000～6000lx，进行10～14小时光照和10～14小时黑暗的交替光照连续培养5～7天；
步骤2：将已经经过沉淀过滤、去碳酸化处理得到的城市生活污水注入灭菌装置，在 0.05～0.2MPa条件下进行110～130℃加热灭菌处理20min以上后进入微生物反应器，与集胞藻- 芽孢杆菌共生体系在光照强度4000～6000lx下恒温20～28℃反应20～28天，得到废液和矿物沉淀；
步骤3：打开矿物回收装置使所述废液和矿物沉淀进入，并收集矿物沉淀，即完成。
优选的，所述步骤1为：所述微生物反应器中装入芽孢杆菌和集胞藻后，保持微生物反应器内温度为25℃，使用光照强度为5000lx，进行12小时光照和12小时黑暗的交替光照连续培养 7天；所述步骤2为：将已经经过沉淀过滤、去碳酸化处理得到的城市生活污水注入灭菌装置，在0.15MPa条件下进行120℃加热灭菌处理20min以上后进入微生物反应器，与集胞藻-芽孢杆菌共生体系在光照强度5000lx下恒温25℃反应20～28天，得到废液和矿物沉淀。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明利用微生物提供了一种专门用于处理城市生活污水的装置，将微生物净水的研究成果应用于实际生产，具有较高的生产指导意义和经济价值。所述灭菌装置用于对所处理的污水进行灭菌处理，通过所述微生物反应器内按菌藻比1:1000～1：50装入集胞藻和芽孢杆菌能够建立菌-藻共生体系，在上述比例条件下的芽孢杆菌生长旺盛，活性较好，利用集胞藻产氧，为芽孢杆菌的生长提供必要条件，使其满足污水处理的需要，并减少对共生系统的输入，有效节约资源。通过反复试验得知，应用本发明的装置及方法对已经经过沉淀过滤、去碳酸化的城市生活污水进行处理后，能够将废水中的氮磷污染元素转化为例如鸟粪石等微生物所产矿石，即实现了水质的净化，亦能变废为宝，所产矿物能够广泛应用于农业肥料等产业，具有突出的经济效益、生态效益以及社会效益。
经过大量实验比对发现，所述微生物反应器内按菌藻比1:100装入集胞藻和芽孢杆菌所建立的菌-藻共生体系的生长状态最好，菌群的生长及活性均在峰值，在对矿物的转化生产方面具有突出的优势。
所述地衣芽孢杆菌对环境和人体无害，且对人体的新陈代谢具有调节功能，还具有易于通过购买获得，生物成膜性能好的优势，适合应用于污水处理。
所述微生物反应器针对菌-藻共生体系的培养及污水微生物反应而设计，所述壳体的透明结构与侧壁上的光源灯相配合，为菌-藻共生体系的建立提供培养光源条件，所述连通器的设置，方便操作者利用可见光吸光度的方法检测壳体内液相介质的吸光度，进而获得集胞藻的细胞密度，指导操作节点的判断。所述芽孢杆菌通过包埋的方法固定在海藻酸钠胶囊内，实现菌体在反应柱中的固定，避免菌体悬浮在水中，并实现反复利用，同时液相介质中仅有集胞藻，能够实现对集胞藻细胞密度的精确检测，进而保证对工艺进度和操作节点的准确判断，提高废水处理的成功率和高效性。通过曝气装置向上曝气，使污水在微生物反应器内实现有序、有效的循环，促进污水与固定的芽孢杆菌进行充分、均匀的接触、反应，提高反应效率。同时还能有效保持水体的扰动，避免菌体抱团，成矿不均等问题。
所述曝气装置的结构简洁有效，通过充入无菌气体实现对水体的有序扰动，循环效果好。
利用石棉加热板的多空加热介质结构，为污水水体快速有效的灭菌，为后续进入生物反应器后，保持芽孢杆菌的优势菌群提供条件。所述分层隔板与挡板共同形成横向三层和纵向三列的折流缓流蛇形灭菌腔，使污水能充分加热灭菌。
所述矿物回收装置主要包括回收斗和带刮料板的桁架，通过刮料板对斗底的挂起搅动作用使所处理的废水及产生的矿物能全部卸出，提高所产矿物的回收率。
所述溢流口的设置用于在矿物回收装置的顶部排出废液。反应完成后的固液混合物卸下后，固体产物多聚集在底部，液体在上部通过溢流口流出，当矿物回收装置达到饱和后，将固体产物自下端的出料口卸出，实现了固液的初步分离，有利于生产的连续化运行。
本发明所公开的集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置的使用方法，通过反复试验论证，采用步骤1的光照条件、恒温条件及培养时间要求，能够获得高效的菌-藻共生体系，为污水处理提供微生物前提。同时，经过实践证明，经过菌-藻共生体系反应20～28天之后的污水矿物产量最佳，净化效果最好。
附图说明
附图1是本发明实施例6实验中地衣芽孢杆菌的生长曲线；
附图2是本发明实施例6实验中集胞藻生长曲线；
附图3是本发明实施例6实验中地衣芽孢杆菌的生长曲线；
附图4是本发明实施例6实验中共生体系中的集胞藻生长曲线；
附图5是本发明实施例6实验中地衣芽孢杆菌与集胞藻共生体系诱导成矿的培养基；
附图6是本发明实施例6实验中Ca2+浓度变化图；
附图7是本发明实施例6实验中培养了56天的菌－藻共生矿物的偏光显微镜分析；
附图8是本发明实施例6实验中培养了28天的菌－藻共生矿物的偏光显微镜分析；
附图9是本发明实施例6实验中实验和对照组中矿物的红外光图谱；
附图10是本发明实施例6实验中实验和对照组中矿物的红外光图谱；
附图11是本发明实施例6实验中实验组和对照组中矿物的XRD图谱；
附图12是本发明实施例6实验中实验组和对照组中矿物的XRD图谱；
附图13是本发明所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置的结构示意图；
附图14是本发明所述分层隔板及挡板的结构示意图；
附图15是本发明所述曝气装置的示意图。
附图中所示标号：
1、壳体；2、连通器；3、反应柱；4、包埋芽孢杆菌的海藻酸钠胶囊；5、曝气装置；6、进气管；7、曝气管；8、曝气孔；9、灭菌箱；10、进液口；11、分层隔板；12、挡板；13、回收斗；14、卸料通道；15、中轴；16、桁架；17、刮料板；18、出料口；19、缺口；20、废液排放口。
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限定的范围。
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
实施例1：集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，主体结构包括自上而下依次连通的灭菌装置、微生物反应器、矿物回收装置，所述灭菌装置包括灭菌箱9，所述灭菌箱9内安装有用于高温灭菌的石棉加热板，所述灭菌箱9的顶部设有进液口10，所述灭菌箱9与微生物反应器之间安装有流量控制阀门。所述灭菌箱9内设有2个水平的分层隔板11，所述分层隔板 11与灭菌箱9的截面相对应，所述灭菌箱9的一端设有缺口19，相邻所述分层隔板11的缺口19 错位设置，所述分层隔板11上设有2个竖直的挡板12，所述挡板12交错设置形成蛇形通道。所述微生物反应器包括透明结构的树脂壳体1，所述壳体1的侧壁上安装有光源灯，所述壳体1 的侧壁上设有连通器2，所述连通器2上设有透明的观察窗，所述壳体1内装有接种有集胞藻的 BG-11培养基，所述壳体1内竖直的设有筒状的反应柱3，所述反应柱3的内腔中填充有包埋芽孢杆菌的海藻酸钠胶囊4，所述微生物反应器内按菌藻比1:100装入集胞藻和芽孢杆菌以形成共生体系，所述集胞藻的起始浓度为0.35×109个/mL，所述微生物反应器的底部安装有曝气装置5，所述曝气装置5为微孔曝气盘，所述曝气盘与用于充入无菌气体的设备连接，所述矿物回收装置包括回收斗13，所述回收斗13的顶部设有与微生物反应器相连通的卸料通道14，所述回收斗13侧壁的顶部设有废液排放口20，所述卸料通道14上安装有卸料阀门，所述回收斗 13的底面上设有出料阀门，所述回收斗13内安装有螺旋卸料器。
实施例2：集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，主体结构包括自上而下依次连通的灭菌装置、微生物反应器、矿物回收装置，所述灭菌装置包括灭菌箱9，所述灭菌箱9内安装有用于高温灭菌的石棉加热板，所述灭菌箱9的顶部设有进液口10，所述灭菌箱9与微生物反应器之间安装有流量控制阀门。所述灭菌箱9内设有3个水平的分层隔板11，所述分层隔板 11与灭菌箱9的截面相对应，所述灭菌箱9的一端设有缺口19，相邻所述分层隔板11的缺口19 错位设置，所述分层隔板11上设有4个竖直的挡板12，所述挡板12交错设置形成蛇形通道。所述微生物反应器包括透明结构的有机玻璃壳体1，所述壳体1的侧壁上安装有LED光源灯，所述壳体1的侧壁上设有透明有机玻璃结构的连通器2，所述壳体1内装有接种有集胞藻的BG-11 培养基，所述壳体1内竖直的设有筒状的反应柱3，所述反应柱3的内腔中填充有包埋芽孢杆菌的海藻酸钠胶囊4，所述微生物反应器内按菌藻比1:500装入集胞藻和芽孢杆菌以形成共生体系，所述集胞藻的起始浓度为0.50×109个/mL，所述微生物反应器的底部安装有曝气装置5，所述曝气装置5包括用于充入灭菌气体的进气管6，所述进气管6的外端设有进气阀门，所述进气管6上设有与其相连通的曝气管7，所述曝气管7的顶部设有曝气孔8，所述矿物回收装置包括回收斗13，所述回收斗13的顶部设有与微生物反应器相连通的卸料通道14，所述回收斗13 侧壁的顶部设有废液排放口20，所述卸料通道14上安装有卸料阀门，所述回收斗13的底面为锥形坡面，所述回收斗13内居中的安装有与其转动连接的中轴15，所述中轴15的下部设有桁架16，所述桁架16的底侧设有与回收斗13相配合的刮料板17，所述回收斗13的底面居中的设有出料口18，所述出料口18上安装有出料阀门。
实施例3：实施例1所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤1：所述微生物反应器中装入芽孢杆菌和集胞藻后，保持微生物反应器内温度为28℃，使用光照强度为5000lx，进行12小时光照和12小时黑暗的交替光照连续培养7天；
步骤2：将已经经过沉淀过滤、去碳酸化处理得到的城市生活污水注入灭菌装置，在 0.15MPa条件下进行120℃加热灭菌处理20min以上后进入微生物反应器，保持光照强度为5000 lx，进行12小时光照和12小时黑暗的交替光照连续反应28天，得到废液和矿物沉淀；步骤3：打开矿物回收装置使所述废液和矿物沉淀进入，并收集矿物沉淀，即完成。
实施例4：实施例2所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤1：所述微生物反应器中装入芽孢杆菌和集胞藻后，保持微生物反应器内温度为28℃，使用光照强度为4000lx，进行11小时光照和10小时黑暗的交替光照连续培养7天；
步骤2：将已经经过沉淀过滤、去碳酸化处理得到的城市生活污水注入灭菌装置，在 0.08MPa条件下进行110℃加热灭菌处理20min以上后进入微生物反应器，保持光照强度为4000 lx，进行11小时光照和10小时黑暗的交替光照连续反应25天，得到废液和矿物沉淀；
步骤3：打开矿物回收装置使所述废液和矿物沉淀进入，并收集矿物沉淀，即完成。
实施例5：实施例2所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤1：所述微生物反应器中装入芽孢杆菌和集胞藻后，保持微生物反应器内温度为28℃，使用光照强度为6000lx，进行14小时光照和14小时黑暗的交替光照连续培养7天；
步骤2：将已经经过沉淀过滤、去碳酸化处理得到的城市生活污水注入灭菌装置，在0.2MPa 条件下进行125℃加热灭菌处理20min以上后进入微生物反应器，保持光照强度为6000lx，进行13小时光照和13小时黑暗的交替光照连续反应22天，得到废液和矿物沉淀；
步骤3：打开矿物回收装置使所述废液和矿物沉淀进入，并收集矿物沉淀，即完成。
实施例6：对不同比例的菌-藻共生体系进行Mg/Ca＝6条件下的诱导成矿实验
实验目的：本实验通过设置Mg/Ca＝6的诱导培养基条件，采用不同比例的集胞藻与地衣芽孢杆菌进行混合建立共生体系，用来模拟本发明所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置中的微生物反应器中的净化成矿反应，借以实现对菌-藻共生体系最佳装填比例的获得，最佳操作工艺参数的确定，以及通过诱导培养基的模拟成矿效果来论证本发明所述集胞藻- 地衣芽孢杆菌建立共生体系的可行性，和菌-藻共生体系对城市生活污水中镁钙的净化和再利用能力，从而验证本发明的效果。
1.菌种
地衣芽孢杆菌(Bacilus licheniformis SRB2)由实验室分离鉴定，保存于冰箱；
集胞藻PCC6803(Synechocysissp.PCC6803)由中科院青岛生物能源与过程研究所馈赠。
2.实验试剂
柠檬酸(天津市北辰方正试剂厂)；柠檬酸铁铵(上海展云化学试剂公司)；硝酸钠(上海强顺化学试剂公司)；磷酸氢二钾(天津市光复精细化学研究所)；七水合硫酸镁(天津市博迪化工有限公司)；二水合氯化钙(天津市科密欧化学试剂有限公司)；碳酸钠(天津市瑞金特化学品公司)；硼酸(天津市广成化工有限公司)；四水合氯化锰(天津市博迪化工有限公司)；七水合硫酸锌(天津市博迪化工有限公司)；二水合钼酸钠(金堆城钼业科技有限责任公司)；五水合硫酸铜(天津市开通化学试剂公司)；六水合硝酸钴(天津市瑞金特化学品公司)；无水氯化钙(天津市开通化学试剂公司)；六水合氯化镁(国药集团化学试剂有限公司)；氢氧化钠(天津市博迪化工有限公司)；浓盐酸(天津市科密欧化学试剂公司)；牛肉浸出粉(北京陆桥技术有限责任公司)；胰蛋白胨(北京双旋微生物培养基制品厂)；氯化钠(天津市鼎盛鑫化工有限公司)；琼脂(Beijing Solartio Science& Technology CO，Ltd)；碳酸氢钠(中国·巴斯夫化工有限公司)；碳酸钠(天津市瑞金特化学品有限公司)；无水乙醇(莱阳经济技术开发区精细化工厂)。
3.实验仪器
FC204电子分析天平(上海精密天平有限公司)；XY系列精密电子天平(常州市幸运电子设备有限公司)；单人净化工作台(SW-CJ-1D)；振荡培养箱(HZQ-F160型)(哈尔滨市东联电子技术开发有限公司)；TG-16-W微量高速离心机；偏光显微镜(Nikon CHINA YS2-H1112438)；透射电子显微镜JEM-2100(日本电子株式会社)；光学显微镜(NO.970810)；PH 计(sartorius PB-10)；X射线衍射(XRD)(UltimaⅣ2036E202)；原子吸收分光光度计TAS986(北京普析通用有限公司)；超声波清洗仪(KQ-250B)；傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet380)；电热恒温培养箱(昆山市超声仪器有限公司)。
4.培养基
(1)SRB2液体种子
表1牛肉膏胰蛋白胨液体培养基配方
Figure GDA0003798038500000081
用1mol/L的氢氧化钠溶液调PH到7.2，然后121℃高温灭菌20min。
(2)SRB2固体种子培养基
表2牛肉膏蛋白胨固体培养基配方
Figure GDA0003798038500000082
用1mol/L的氢氧化钠溶液调PH到7.2再加入琼脂，然后121℃高温灭菌20min。
(3)集胞藻培养基
BG-11培养基的配置：
1)柠檬酸0.3g，柠檬酸铁铵0.05g，加蒸馏水定容至100mL备用；
2)硝酸钠30g，磷酸氢二钾0.78g，七水合硫酸镁1.5g。加入蒸馏水定容至1000mL备用；
3)碳酸钠2g，加入蒸馏水定容至100mL备用；
4)二水合氯化钙1.9g，加入蒸馏水定容至100mL备用；
5)A5微量溶液的配置：硼酸2.86g，四水合氯化锰1.81g，七水合硫酸锌0.222g，二水合钼酸钠0.39g，五水硫酸铜0.079g，六水合硝酸钴0.0494g。加蒸馏水定容至1000mL。4℃保存备用；
分别从1)、2)、3)、4)、5)配置好的溶液中取2，20，2，1，1mL加入到1000mL容量瓶中，然后加入蒸馏水定容。
(2)培养液pH的调节：用1mol/L的NaOH调节pH至7.2以上；利用锥形瓶进行分装灭菌。
(3)集胞藻的接种与培养：测得母液的OD为673nm，在超净工作台上接入集胞藻，按照每瓶1％的接种量(每200mL加2mL)，之后移入光照培养箱中。光照强度为5000lx，温度为25℃，12小时光照，12小时黑暗连续培养。
(4)诱导培养基
。实验过程中的Ca2+、Mg2+浓度配比以准确称取CaCl2·2H2O、MgCl2·6H2O固体的形式获得。由于及CaCl2·2H2O和MgCl2·6H2O在空气中的吸水性很强，所以配制时需迅速以减少吸湿。将CaCl2溶液浓度设置为1.0mol/L，再根据取样体积加入相应的量，即可获得初始钙离子浓度为l0.0mmol/L的沉淀环境。同理将溶液MgCl2·6H2O浓度设置为2.0mol/L，再根据取样体积加入相应的量，即可获得初始镁离子浓度分别为60.0mmol/L的沉淀环境。
采用CaCl2·2H2O配制100mL1.0mol/LCa2+溶液，需要准确称取14.7g的CaCl2·2H2O，溶解于少量蒸馏水中，揽拌溶解，直至完全溶解且溶液变澄清。然后将烧杯中的溶液转移到100mL 容量瓶中，用蒸馏水润洗3次，保证溶质全部转移到容量瓶中后定容。
采 用配制l00mL上述浓度的镁离子溶液，需称取40.6g的MgCl2·6H20，溶解于少量蒸馏水中，揽拌溶解，直至完全溶解且溶液变澄清。然后将烧杯中的溶液转移到100mL容量瓶中，用蒸馏水润洗3次，保证溶质全部转移到容量瓶中后定容。
(5)沉淀所需Na2CO3和NaHCO3溶液
准确称取10.6g的碳酸钠固体，溶解于50mL蒸馏水中，搅拌溶解，直至完全溶解且溶液变澄清。准确称取8.4g碳酸氢钠固体，溶解于少量蒸馏水中，然后转移至100mL容量瓶中加入蒸馏水定容备用。
5.实验方法
(1)地衣芽孢杆菌的准备
将地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis SRB2)从保藏-4℃的冷冻冰箱中取出，配置5个不同的稀释梯度，取各个梯度的800μL的稀释液涂布在各个梯度所对应的平板上，每个梯度做三个平行样。将平板置于28℃的培养箱中，培养1-2天。取长势较好的单个菌落，用接种环挑取2 环接种于2个盛有100ml无菌种子液体培养基的250ml锥形瓶中，然后置于28℃振荡培养箱中振荡培养1-2天，转速为130r/min。
(2)集胞藻的准备
将集胞藻PCC8603的种子液按照1％(每100mL接1mL)的接种量接种到配制好的BG-11培养基中，之后移入光照培养箱中。光照强度为5000lx，温度为25℃，12小时光照，12小时黑暗连续培养。
(3)菌－藻共生体系的建立
将分别生长到稳定期的地衣芽孢杆菌和集胞藻进行共生体系的建立，测定各自的吸光值，按照比例1:50；1:100；1:500；1:1000以及藻菌比例1:100000；1:10000；1:1000；1:100；1:10；1:1； 0:1；0:0进行混菌培养，培养条件与集胞藻的培养条件相同。
(4)生长曲线
微生物的生长曲线是表示微生物体生长时细胞数量增加与生长时间关系的曲线。以裂殖方式增殖的细菌，当接种到液体培养基中后，在适宜的生长条件下，以细菌细胞数的对数为纵坐标，生长时间为横坐标所绘成的生长曲线，可分为四个主要部分，反映了细菌生长的四个主要阶段：延迟期、对数生长期、静止期和衰亡期。
由于细菌悬液的浓度与吸光度(OD值)成正比，因此可利用分光光度计测定菌悬液的吸光度来推知菌液的浓度即细菌密度。测取地衣芽孢杆菌、集胞藻的生长曲线是为了方便确定实验中培养时间分别对地衣芽孢杆菌、集胞藻生长的影响，同时测量地衣芽孢杆菌与集胞藻共生生长诱导培养基在Mg/Ca比条件下OD600、OD673随时间的变化情况，是为了方便推测诱导培养基诱导碳酸盐矿物形成的情况。
地衣芽孢杆菌的生长趋势：分别在0h、3h、6h、9h、12h、15h、24h、29h、34h、39h、49h时，取各个锥形瓶里的地衣芽孢杆菌的培养液，用UNIC722S型紫外可见分光光度计在以对应的培养基作空白对照的情况下，测量菌液在600nm波长下的吸光度，用雷磁pHS-3C型pH计测量菌液的pH值，测量三个平行实验组，取平均值作为本次的OD600、pH的测量值。这样共测量样品10次，得到10组有关数据，然后以时间为横坐标，分别以OD600和pH为纵坐标，绘制出地衣芽孢杆菌的OD600、pH随时间的变化情况。
集胞藻的生长趋势：在集胞藻培养后的1—2天中每天取样，在2—16天中每隔2天取样，在16—40天中每隔3天取样，在40—65天中每隔5天取样，用分光光度计测定OD673值，用雷磁 pHS-3C型pH计测量菌液的pH值。这样共测量样品23次，得到23组有关数据，然后以时间为横坐标，分别以OD673、pH为纵坐标，绘制出集胞藻随时间的生长变化情况。
菌－藻共生的生长趋势：在建立菌－藻共生体系后，在1—3天中每天取样，在3—11天中每隔3天取样，分别在600、673的波长下测定地衣芽孢杆菌、集胞藻的OD值。这样共测量样品7次，得到7组有关数据，然后以时间为横坐标，分别以OD600、OD673为纵坐标，绘制出菌藻随时间的生长变化情况。
(5)原子吸收分光光度计测量Ca2+浓度变化
培养基灭菌后加入Na2CO3和NaHCO3溶液后接菌之前就取样，记为第0天，此后每隔一天取样一次，共取样7次。取样方法：每次取培养液3mL于5mL的离心管中，经离心(10000r/min、 5min)取上清用过滤膜过滤得到滤液1mL于10mL的离心管中，然后向离心管中加入9mL的蒸馏水，即菌液稀释10倍。稀释的目的是防止原子吸收分光光度计被菌液堵塞，同时也能减少每次的取液量以不影响菌体的正常生长。
钙离子标准溶液配置：配置钙离子母液，取无水氯化钙，于电热鼓风干燥箱中150℃烘干三小时，称取氯化钙1.3875g，定容至1L，此时钙离子浓度为500mg/L，分别取1mL，2mL，3mL， 4mL，5mL，6mL加入到100mL容量瓶中定容，钙离子浓度为分别为5mg/L，10mg/L，15mg/L， 20mg/L，25mg/L与30mg/L。分别取10毫升移入离心管中备用。取10毫升蒸馏水加入离心管中，其钙离子浓度为0mg/L。每使用一次火焰原子吸收分光光度计，需配一次钙离子标准液。
原子吸收测定钙离子浓度：先用钙离子标准液测定吸光值，以钙离子浓度为横坐标，吸光值为纵坐标做出标准曲线。之后测定样品的吸光度，根据标准曲线得出钙离子浓度。
(6)偏振光显微镜观察
在菌-藻共生体系建立后的第56天取样进行偏振光显微镜观察。取样方法：取培养基底部沉淀于1.5mL离心管中，先静置10min弃去上部带有大量菌体的少量液体，再经离心(10000r/min、3min)弃去上清液，然后每个离心管各加入1mL蒸馏水于离心管中，振荡、混匀，再经离心(10000r/min、3min)弃去上清液，如此用蒸馏水洗涤三次沉淀。最后加入大约1mL的无水乙醇，振荡、混匀后，取少量混匀液滴于载玻片上，置于偏振光显微镜下观察。为更清晰观察矿物表面形貌，放大倍数为200倍。
(7)傅立叶变换红外光谱仪分析
在菌-藻共生体系建立后的第56天取样进行傅里红外光谱分析。取样方法：取培养基底部沉淀于1.5mL离心管中，先静置10min弃去上部带有大量菌体的少量液体，再经离心(10000r/min、3min)弃去上清液，然后每个离心管各加入1mL蒸馏水于离心管中，振荡、混匀，再经离心(10000r/min、3min)弃去上清液，如此用蒸馏水洗涤三次沉淀。最后加入大约1mL的无水乙醇，振荡、混匀后静置，取底部沉淀于载玻片上，自然干燥后用玻片将固体粉末刮下后与溴化钾按照1:100混合，充分研磨后即可。
(8)XRD分析
在菌-藻共生体系建立后的第20、35、56天取样进行XRD分析。取样方法：取培养基底部沉淀于10mL离心管中，先静置10min弃去上部带有大量菌体的培养基液体，再将底部沉淀转入1.5mL离心管中，经离心(10000r/min、3min)弃去上清液，然后每个离心管各加入1ml的蒸馏水，用蒸馏水洗涤三次沉淀，除去盐离子。最后加入大约3倍于沉淀体积的酒精后静置，用移液枪吸去酒精，取底部沉淀于盖玻片上做XRD。XRD扫描角度为10°-90°，步长为0.02，扫描速度8°/min。
6.结果与分析
(1)生长曲线的测定
1)地衣芽孢杆菌生长曲线的测定
由于细菌悬液的浓度与吸光度(OD值)成正比，因此可利用分光光度计测定菌悬液的吸光度来推知菌液的浓度即细菌密度。分别在0h、3h、6h、9h、12h、15h、24h、29h、34h、39h、49h时取样，用UNIC722S型紫外可见分光光度计在以对应的培养基作空白对照的情况下，测量菌液在600nm波长下的吸光度。以时间为横坐标，以OD值为纵坐标，绘制出地衣芽孢杆菌的生长曲线，得到的图形如附图1所示，地衣芽孢杆菌在牛肉膏蛋白胨培养基中的生长包括三个连续的阶段：(1)延滞期，此时细菌正在适应培养基内的生长条件，从图中曲线可以看出是 0-3h，即为地衣芽孢杆菌生长的延滞期。(2)对数期，代表着细胞分裂的活跃状态，从图中可以看出是3-36h，即此期间内地衣芽孢杆菌迅速生长。(3)稳定期，此时由于培养基内的营养物质被消耗以及有毒代谢产物的逐渐积累，细菌的生长速率逐渐减慢下来但总生物量仍维持不变，并且地衣芽孢杆菌的生长速率与衰亡分解速率相当，因而菌液总生物量不变，即表现为菌液吸光度不变。从图中可以看出，36h以后即为稳定期，菌液光度增长速率为零。
2)集胞藻生长曲线测定
将集胞藻PCC8603的种子液按照1％(每100mL接1mL)的接种量接种到配制好的BG-11培养基中，移入光照培养箱中培养。光照强度为5000lx，温度为25℃，12小时光照，12小时黑暗连续培养。以时间为横坐标，以OD值为纵坐标，利用分光光度计测定集胞藻菌悬液的吸光度来推知菌液的浓度即为集胞藻的密度，绘制出集胞藻的生长曲线，得到的图形如附图2所示，集胞藻在BG-11培养基中的生长包括三个连续的阶段：(1)延滞期，此时集胞藻正在适应培养基内的生长条件，从图中曲线可以看出是1-2天，即为集胞藻生长的延滞期。(2)对数期，代表着细胞分裂的活跃状态，从图中可以看出是2-50天，即此期间内集胞藻迅速生长。(3)稳定期，此时由于培养基内的营养物质被消耗以及有毒代谢产物的逐渐积累，集胞藻的生长速率逐渐减慢下来但总生物量仍维持不变，并且集胞藻的生长速率与衰亡分解速率相当，因而培养液中总生物量不变，即表现为培养液吸光度不变。从图中可以看出，50天以后即为稳定期，培养液吸光度增长速率为零。
3)混菌体系中地衣芽孢杆菌的生长曲线测定
在建立菌－藻共生体系后，在1-3天中每天取样，在3-11天中每隔3天取样，在600的波长下测定地衣芽孢杆菌的OD值。这样共测量样品7次，得到7组有关数据。以时间为横坐标，以 OD600为纵坐标，绘制出共生体系中地衣芽孢杆菌的OD值随时间的生长变化曲线如附图3所示，建立菌－藻共生体系后，地衣芽孢杆菌的细胞数量在共生体系中的1-2天快速上升；在2-7 天中，细胞数量的增长情况趋于稳定；生长7天之后一直呈现上升趋势。由此得出：地衣芽孢杆菌与集胞藻能够利用藻类和细菌两类生物之间的生理功能协同作用来建立共生体系，并且在建立共生体系七天之后，地衣芽孢杆菌与集胞藻比例为1:100的体系中菌体生长最快，出现峰值。
4)混菌体系中集胞藻的生长曲线测定
在建立菌－藻共生体系后，在1-3天中每天取样，在3-11天中每隔3天取样，在673的波长下测定集胞藻的OD值。这样共测量样品7次，得到7组有关数据。以时间为横坐标，分别以 OD673为纵坐标，绘制出共生体系中集胞藻的OD值随时间的生长变化曲线如附图4所示，建立菌－藻共生体系后，集胞藻细胞数量在共生体系中的1-2天呈现上升；在2-5天中，细胞数量呈现下降；生长5天之后一直呈现上升趋势。由此得出：地衣芽孢杆菌对集胞藻的生长有影响，共生体系建立的第二天和第五天出现生长趋势的转变；地衣芽孢杆菌与集胞藻的比例为1:50 的在第二天出现峰值。
(2)菌－藻共生诱导的矿物分析
1)将培养了一段时间的Mg/Ca＝6的不同菌藻比例的培养基底部沉淀进行分析，结果如附图5所示，其中，a，b，c，d的菌藻比例分别为：1:1000；1：500；1:100；1:50，可以得出：菌－藻共生体系建立之后可以诱导成矿，随着培养时间的延长，诱导的矿物随之增多；不同菌藻比例的共生体系的产矿数量不同，1:500与1:100的体系中产矿较多。
2)原子吸收分光光度计测量Ca2+浓度变化
本实验测定Ca2+浓度变化的取样方式为：接种后取样一次，之后每隔一天取样一次，共取样7次，用原子吸收分光光度计测量Ca2+浓度变化，所作曲线如附图6，其中a为对照组Ca2+浓度变化图，b为实验组Ca2+浓度变化图，可以得出：在接种后的第二天，对照组和实验组中 Ca2+浓度显著下降，这是由于在配制培养基时加入的CO3 2-和HCO3 -与培养基中的Ca2+大量结合产生了碳酸钙沉淀。实验组中Mg/Ca＝6时，产生的矿物主要为方解石、文石，消耗大量Ca2+。图中对照组和实验组的Ca2+浓度变化趋势一致，但是对照组中的Ca2+浓度始终要大于实验组中的Ca2+浓度，这可能是因为微生物的作用改变了碳酸盐的种类和形貌。
3)矿物的偏光显微镜分析
取培养了56天的菌－藻共生体系中的矿物，置于偏光显微镜下观察(放大200倍)，得到的观察结果如附图7，其中a,b,c,d,e,f,g,h的藻菌比例分别为1:100000；1:10000；1:1000；1:100； 1:10；1:1；0:1；0:0，可以得出：培养了56天的不同菌－藻共生体系中诱导出的矿物主要有棒状、球状、哑铃状、两个球状对在一起的组合体。菌藻比例为1：100000的共生体系中的矿物主要为棒状，另外还有哑铃状及两个球形对在一起的组合体、少量球状；菌藻比例为1:10000 的共生体系中的矿物以棒状居多，另外还有球状、菱形、哑铃状及两个球形对在一起的组合体；菌藻比例为1:1000的共生体系中的矿物主要为棒状、球状，还有少量两个球形对在一起的组合体；菌藻比例为1:100的共生体系中的矿物主要为棒状、两个球形对在一起的组合体，另外还有少量球状；菌藻比例为1:10的共生体系中的矿物主要为球状，另外还有少量的棒状、两个球形对在一起的组合体；菌藻比例为1:1的共生体系中的矿物以球状居多，另外有两个球状对在一起的组合体；菌藻比例为0:1的共生体系中的矿物以哑铃状为主，另外有球状、棒状及哑铃状的组合体；菌藻比例为0:0的共生体系中的矿物以球状居多，另外有两个球形以及多个球形聚在一起的组合体；
根据菌－藻共生体系中菌、藻各自的生长情况，从而增大地衣芽孢杆菌在共生体系中的比例进行再次培养。取该次培养了28天的菌－藻共生体系中的矿物，置于偏光显微镜下观察 (放大200倍)，得到的观察结果如附图8，其中i,j,k,L的菌藻比例分别为:1:1000,1:500,1:100,1:50，可以得出：培养了28天的不同菌－藻共生体系中诱导出的矿物主要有棒状、球状、哑铃状、两个球状对在一起的组合体。菌藻比例为1:1000的共生体系中的矿物主要为棒状、球状，还有少量两个球形对在一起的组合体；菌藻比例1:500的共生体系中的矿物以球状居多，还有少量棒状及两个球形对在一起的组合体；菌藻比例为1:100的共生体系中的矿物主要为棒状、两个球形对在一起的组合体，另外还有少量球状；菌藻比例为1:50的共生体系中的矿物以球状、哑铃状居多，还有少量的棒状及两个或多个球状对在一起的组合体。
综上实验结果可以得出：菌藻都不存在的培养体系中只存在球状矿物；只有藻存在的培养体系中以哑铃状矿物为主；共生体系中随着地衣芽孢杆菌的增多，其他形态的矿物逐渐减少，哑铃状及球状矿物增多。说明菌体对于菌－藻共生成矿存在一定程度的影响。
经过查阅文献可以得出：球状矿物是本实验中最常见的矿物集合体形态，尤其是在比较高的Mg/Ca比样品中。Buczynski等人认为球形是碳酸盐矿物的最终形态。因此可以推测，Mg/Ca 比较高时成矿元素含量较高，一旦成核，大量的成矿离子聚集在一起，在有机物的促进、调节作用下快速形成球形矿物集合体。本文实验中另一种比较常见的形态是哑铃形。Buczynski 等人(1991)认为哑铃形是细菌作用下特有的矿物形态。许多的研究认为，无论是哑铃形还是球形，均是生物成因碳酸盐矿物(例如含镁方解石、文石等)的普遍形态。哑铃形矿物集合体可能是含镁量较高的碳酸盐矿物，也可能是Ca2+、Mg2+在有机物的诱导下在晶体两侧大量聚集，同时CO3 2-移向两侧与Ca2+、Mg2+结合，结果导致两侧生长加快，中间C轴生长变得相对缓慢，形成哑铃形，进而由哑铃形生长为球形。
4)傅立叶变换红外光谱仪分析
取Mg/Ca＝6的菌藻比例分别为1:100000、1:10000、1:1000、1:100、1:10、1:1、0:1、0:0的条件下培养了56天的菌－藻共生体系中的矿物，进行傅里叶变换红外光谱仪分析，得到的结果如附图9，查找相关资料可以得到：
表3不同晶型碳酸钙的红外吸收峰值
Figure GDA0003798038500000141
Figure GDA0003798038500000151
可以得出：与根据表3的数据相比较发现，培养了56天的不同比例的菌－藻共生体系条件下诱导形成的矿物有方解石、单水方解石、水菱镁矿。菌藻比例为1:100000、1:10000、1:1000 的共生体系诱导的矿物均为方解石；菌藻比例为1:100的共生体系诱导的矿物为方解石和单水方解石；菌藻比例为1:10的共生体系诱导的矿物为方解石和水菱镁矿；菌藻比例为1:1的共生体系诱导的矿物为方解石和单水方解石；菌藻比例为0:1的共生体系诱导的矿物为方解石；既不接菌也不接藻的空白对照组诱导的矿物为方解石。实验组与对照组相比较可发现，菌－藻共生体系对矿物的形成存在一定的影响，使其可以形成除了方解石以外的矿物。
根据附图9中Mg/Ca＝6的菌藻比例分别为1:100000、1:10000、1:1000、1:100、1:10、1:1、0:1、 0:0的条件下培养了56天的菌－藻共生体系中矿物的红外图谱分析结果，为确定更佳的菌－藻共生成矿体系的比例，缩小了菌藻比例范围，变更为1:1000、1:500、1:100、1:50，然后取培养了20、28天的菌－藻共生体系中Mg/Ca＝6下的实验组及对照组进行傅里叶变换红外光谱仪分析，得到的结果如附图10，可以得出：b图，c图为菌藻比例分别为1:1000、1:500、1:100、1:50 的共生条件下培养了20天和28天诱导形成的矿物的红外谱图。与表3中的数据比较发现，共生体系条件下诱导形成的矿物主要为方解石、文石；既不接菌也不接藻的空白对照组诱导的矿物为方解石。与附图9相同，实验组与对照组相比较可发现，菌－藻共生体系对矿物的形成存在一定的影响。附图10中共生体系诱导矿物的时间比附图9的时间短，并没有形成除了方解石，文石以外的其他矿物。可能随着培养时间继续延长，会出现其他矿物。
查阅文献得知：水分子作为极性分子在氢键的存在下对溶液中的离子有较强的静电引力。 Mg和Ca分别位于第二主族的第三、第四周期，Ca的原子半径比Mg的原子半径要大，所以Mg2+更容易与水形成水合物。因此，Mg在自然环境中很难被碳酸根结合，更难以进入到碳酸钙晶格中，而容易与水结合。因此可以说Mg2+的水合作用阻碍了溶液中镁离子进入碳酸钙晶体方格。
根据附图9可知菌－藻共生体系中形成了水菱镁矿，可能是因为在菌藻存在的条件下使溶液中镁离子更易与碳酸根结合以诱导水菱镁矿的形成。
5)XRD分析
根据附附图10中相同Mg/Ca＝6的条件下偏光显微镜下矿物的观察情况，为了对矿物进行定性的分析，确认矿物的种类，进而进行了矿物X射线衍射分析(XRD)的实验。X射线通过晶体时，会产生如附图11所示的峰谱图。每个谱峰对应的面间距与晶胞形状及大小有关，峰值的相对强度与晶体质点的种类和位置有关，也与结晶度相关，相对强度较低的谱峰意味着该矿物的结晶程度较弱，而相对强度高的谱峰则表明结晶程度较高。取培养了20、35、56天的菌－藻共生体系中Mg/Ca＝6下的实验组及对照组做XRD，得到的结果如附图11，其中，a、b、 c分别为培养了20、35、56天矿物的XRD图谱，可以发现：
(1)培养了20天的实验组的矿物主要是方解石。菌藻比例分别为1:100000、1:10000、1:1000、 1:100、1:10、1:1、0:1条件下诱导出的矿物均为方解石；既不接菌也不接藻的对照组诱导出的矿物为方解石和文石。
(2)培养了35天的实验组的矿物主要为方解石。菌藻比例为1:100000、1:10000、1:1000、 1:100、1:10、1:1、0:1条件下诱导出的矿物均为方解石。既不接菌也不接藻的对照组诱导出的矿物为方解石和文石。
(3)培养了56天的实验组的矿物主要为方解石，还有杜平石、水菱镁矿、文石、单水方解石。菌藻比例分别为1:100000、1:10000、1:1000的体系诱导出的矿物主要为方解石、杜平石。菌藻比例为1:100的体系诱导出的矿物主要为方解石、单水方解石、杜平石。菌藻比例为1:10 的体系诱导出的矿物主要为方解石、水菱镁矿。菌藻比例为1:1的体系诱导出的矿物主要为方解石、单水方解石。菌藻比例为0:1体系诱导出的矿物为方解石、文石、水菱镁矿；既不接菌也不接藻的对照组诱导出的矿物为方解石和文石。
可以得出：菌－藻共生体系可以诱导成矿，并且随着培养时间的延长逐渐出现了除方解石存在以外的其他矿物，包括杜平石、水菱镁矿、文石、单水方解石。菌藻的比例不同所形成的矿物也有所差异，菌藻比例分别为1:100000、1:10000、1:1000的条件下形成的矿物相似，说明在此比例范围内的菌浓对矿物的影响很小。经过对比发现，随着菌浓的提高，菌藻比例的增大，矿物的吸收峰不仅增多而且变强。说明菌浓越高对菌－藻共生体系的培养影响越大，越有利于成矿。
根据附图11中Mg/Ca＝6的菌藻比例分别为1:100000、1:10000、1:1000、1:100、1:10、1:1、 0:1的条件下培养了20、35、56天的菌－藻共生体系中矿物的XRD图谱分析结果，为确定更佳的菌－藻共生成矿体系的比例，缩小了菌藻比例范围，变更为1:1000、1:500、1:100、1:50，然后取培养了20、28天的菌－藻共生体系中Mg/Ca＝6下的实验组及对照组做XRD，得到的结果如附图12，其中d、e分别为培养了20、28天矿物的XRD图谱。
可以发现：菌藻比例分别为1:1000、1:500、1:100、1:50条件下诱导出的矿物均为方解石和文石。既不接菌也不接藻的对照组诱导出的矿物也为方解石和文石。
可以得出：培养了20、28天的实验组的矿物主要是方解石和文石。附图12中的d图与e图相比较发现，e图中的吸收峰明显多于d图，并且强度高。说明随着培养时间的延长，培养体系中的矿物发生了变化，导致XRD的峰谱图出现差异。附图12的d图相比较于附图11的a图均为培养了20天的矿物峰谱图，所诱导出来的矿物除了方解石，还出现了文石。但经观察可以发现，不同菌藻比例的共生体系中同是培养了20天的矿物所表现出来的峰高，峰间距，峰强度是不同的。接种了不同菌藻比例的培养体系诱导的矿物特征峰的强度明显强于既不接菌也不接藻的空白对照组，说明微生物可以使碳酸盐矿物的结晶程度变高。附图12峰谱图中矿物的诱导时间比附图11的短，未出现除了方解石，文石的其他矿物的衍射峰，可能再培养一段时间之后会发生变化。
实验结论：
通过实验验证，地衣芽孢杆菌与集胞藻混合培养后，地衣芽孢杆菌的细胞数量在共生体系中的1-2天快速上升；在2-7天中，细胞数量的增长情况趋于稳定；生长7天之后一直呈现上升趋势。由此得出：地衣芽孢杆菌与集胞藻能够利用藻类和细菌两类生物之间的生理功能协同作用建立了共生体系，并且在建立共生体系七天之后，地衣芽孢杆菌与集胞藻比例为1:100 的体系中菌体生长最快，出现峰值。
建立共生体系后集胞藻细胞数量在共生体系中的1-2天呈现上升；在2-5天中，细胞数量呈现下降；生长5天之后一直呈现上升趋势。由此得出：地衣芽孢杆菌对集胞藻的生长有影响，共生体系建立的第二天和第五天出现生长趋势的转变；地衣芽孢杆菌与集胞藻的比例为1:50 的在第二天出现峰值。
通过偏振光显微镜可以观察到接菌藻的实验组和不接菌的对照组中形成的矿物形态有区别，藻菌都不存在的培养体系中只存在球状矿物；只有藻存在的培养体系中以哑铃状矿物为主；共生体系中随着地衣芽孢杆菌的增多，其他形态的矿物逐渐减少，哑铃状及球状矿物增多。说明菌体对于菌－藻共生成矿存在一定程度的影响，微生物可以通过自身的代谢活动改变矿物的形貌。
通过对对照组和实验组中的固体矿物成分进行傅里叶红外光谱分析和XRD分析可以发现：菌－藻共生的实验组中诱导的矿物特征峰的强度明显高于既不接菌也不接藻的空白对照组，说明微生物可以使碳酸盐矿物的晶粒、晶面等方面更好反映了结晶程度优化；不同的菌藻比例的共生体系中诱导的矿物有所不同，说明微生物数量可以改变碳酸盐的种类。

Claims (7)

1.集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，其特征在于：包括自上而下依次连通的灭菌装置、微生物反应器、矿物回收装置，
所述微生物反应器内按菌藻比1:100装入集胞藻和芽孢杆菌，所述芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌，所述集胞藻的起始浓度为0.35×109个/mL；
所述微生物反应器包括透明结构的壳体（1），所述壳体（1）的侧壁上安装有光源灯，所述壳体（1）的侧壁上设有透明结构的连通器（2），所述壳体（1）内装有接种有集胞藻的BG-11培养基，所述壳体（1）内竖直的设有筒状的反应柱（3），所述反应柱（3）的内腔中填充有包埋芽孢杆菌的海藻酸钠胶囊（4），所述微生物反应器的底部安装有曝气装置（5）。
2.根据权利要求1所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，其特征在于：所述壳体（1）为有机玻璃结构的圆柱形壳体，所述反应柱（3）为有机玻璃筒体结构，所述光源灯为LED灯，所述曝气装置（5）包括用于充入灭菌气体的进气管（6），所述进气管（6）的外端设有进气阀门，所述进气管（6）上设有与其相连通的曝气管（7），所述曝气管（7）的顶部设有曝气孔（8）。
3.根据权利要求1所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，其特征在于：所述灭菌装置包括灭菌箱（9），所述灭菌箱（9）内安装有用于高温灭菌的石棉加热板，所述灭菌箱（9）的顶部设有进液口（10），所述灭菌箱（9）与微生物反应器之间安装有流量控制阀门。
4.根据权利要求3所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，其特征在于：所述灭菌箱（9）内设有若干个水平的分层隔板（11），所述分层隔板（11）与灭菌箱（9）的截面相对应，所述灭菌箱（9）的一端设有缺口（19），相邻所述分层隔板（11）的缺口（19）错位设置，所述分层隔板（11）上设有若干个竖直的挡板（12），所述挡板（12）交错设置形成蛇形通道。
5.根据权利要求1所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置，其特征在于：所述矿物回收装置包括回收斗（13），所述回收斗（13）的顶部设有与微生物反应器相连通的卸料通道（14），所述回收斗（13）侧壁的顶部设有废液排放口（20），所述卸料通道（14）上安装有卸料阀门，所述回收斗（13）的底面为锥形坡面，所述回收斗（13）内居中的安装有与其转动连接的中轴（15），所述中轴（15）的下部设有桁架（16），所述桁架（16）的底侧设有与回收斗（13）相配合的刮料板（17），所述回收斗（13）的底面居中的设有出料口（18），所述出料口（18）上安装有出料阀门。
6.一种使用如权利要求1~5任一项所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：所述微生物反应器中装入芽孢杆菌和集胞藻后，保持微生物反应器内温度为20~28℃，使用光照强度为4000~6000 lx，进行10~14小时光照和10~14小时黑暗的交替光照连续培养5~7天；
步骤2：将已经经过沉淀过滤、去碳酸化处理得到的城市生活污水注入灭菌装置，在0.05~0.2MPa条件下进行110~130℃加热灭菌处理20min以上后进入微生物反应器，与集胞藻-芽孢杆菌共生体系在光照强度4000~6000 lx下恒温20~28℃反应20~28天，得到废液和矿物沉淀；
步骤3：打开矿物回收装置使所述废液和矿物沉淀进入，并收集矿物沉淀，即完成。
7.根据权利要求6所述集胞藻-芽孢杆菌共混体系的污水处理装置的使用方法，其特征在于：所述步骤1为：所述微生物反应器中装入芽孢杆菌和集胞藻后，保持微生物反应器内温度为25℃，使用光照强度为5000 lx，进行12小时光照和12小时黑暗的交替光照连续培养7天；所述步骤2为：将已经经过沉淀过滤、去碳酸化处理得到的城市生活污水注入灭菌装置，在0.15MPa条件下进行120℃加热灭菌处理20min以上后进入微生物反应器，与集胞藻-芽孢杆菌共生体系在光照强度5000 lx下恒温25℃反应20~28天，得到废液和矿物沉淀。
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