CN109576189A - 一种黑臭水体用复合菌剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种黑臭水体用复合菌剂及其制备方法和应用，所述复合菌剂是由包括烂泥假单胞菌、产碱假单胞菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、脱氮副球菌以及溶壁微球菌的菌种单独培养、混合接种并发酵后收集获得的复合菌剂。本发明复合菌剂所包含的菌株代谢功能具强协同互补性，菌体繁殖速率快，且生产成本低，环保无污染，性能优良高效，可有效改善黑臭水体的水质，能有效降低水体COD、NH3‑N、TP、水体臭度与色度，提高水体透明度。

Description

一种黑臭水体用复合菌剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种黑臭水体用复合菌剂及其制备方法和应用，属于污水处理技术领域。
背景技术
随着我国城市化水平不断加快，城市污水不断排放而引起水体富营养化，甚至导致水体发黑发臭，严重影响人们的居住环境与生活，阻碍社会经济发展。河流、湖泊等水体出现富营养、黑臭现象，主要由于水体中耗养性污染物质含量升高，导致水体严重缺氧，厌氧微生物作用消解有机污染物产生大量恶臭气体(如硫化氢、胺、氨和硫醇等)，致使水体发臭；水体中铁、锰等金属离子与S2-形成金属硫化物，致使水体发黑。
目前，黑臭水体的传统治理方法主要有化学法(絮凝、吸附等)、物理法(截污、疏浚等)和生物法。其中生物法常常应用微生物制剂来治理黑臭水体，向黑臭水体中投加一定量的微生物制剂，来加速水体中污染物降解，增强水体自净能力。
近年来微生物菌剂在黑臭水体治理方面已有所应用，但仍存在着许多问题，如一些微生物效果单一、时效不稳定，处理效果不尽理想等问题导致较难广泛应用。因此，用于黑臭水体治理的复合菌剂的研究开发还需要不断探索与开发，研究开发出一种新的高效黑臭水体用复合菌剂已成为了目前迫切需要解决的事情。
发明内容
本发明针对上述现有技术中所存在的问题，提供了一种黑臭水体用复合菌剂及其制备方法和应用。本发明复合菌剂主要用于改善河流、湖泊水体的黑臭与富营养化现象，所包含的菌株代谢功能具强协同互补性，菌体繁殖速率快，且生产成本低，环保无污染，性能优良高效，可有效改善黑臭水体的水质，能有效降低水体COD、NH3-N、TP、水体臭度与色度，提高水体透明度。
本发明黑臭水体用复合菌剂，是由包括烂泥假单胞菌(Pseudomonas borbori，CGMCC保藏，保藏编号1.8931，保藏日期2009年2月10日)、产碱假单胞菌(Pseudomonasalcalophila，CGMCC保藏，保藏编号1.8050，保藏日期2008年5月8日)、嗜热脂肪地芽孢杆菌(Geobacillus thermophilus，ACCC保藏，保藏编号10253，保藏日期2009年6月13日)、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans，CGMCC保藏，保藏编号1.2907，保藏日期2002年1月18日)以及溶壁微球菌(Micrococcus lysodeikticus，CGMCC保藏，保藏编号1.4547，保藏日期2005年6月27日)的菌种单独培养、混合接种并发酵后收集获得的复合菌剂。
所述复合菌剂的含水率≤5％，活菌数为5×107～1×108CFU/g。
混合接种时，烂泥假单胞菌、产碱假单胞菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、脱氮副球菌以及溶壁微球菌的菌液体积比为0.8-1.4：1.8-2.2：2.8-3.2：2.8-3.2：0.8-1.4，优选菌液体积比为1：2：3：3：1。
本发明黑臭水体用复合菌剂的制备方法，包括如下步骤：
将烂泥假单胞菌、产碱假单胞菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、脱氮副球菌和溶壁微球菌分别进行单独培养；将培养后获得的菌液混合接种至发酵培养基(发酵培养基预先经过高温灭菌处理)中，发酵培养至活菌数达到5×107CFU/mL以上时，通过离心过滤、冷冻干燥收集菌体，即得到复合菌剂。
将烂泥假单胞菌、产碱假单胞菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、脱氮副球菌和溶壁微球菌分别进行单独培养的过程，包括如下步骤：
a、分别挑取烂泥假单胞菌、产碱假单胞菌、脱氮副球菌和溶壁微球菌四种菌种接种至固体斜面培养基中进行培养，培养温度为28℃，培养时间为24h，待斜面培养基长出菌落后，将其接种至液体培养基中进行摇床振荡培养，摇床转速为150-180r/min，培养温度为28-30℃，培养时间为24-36h，当活菌数达到1×108CFU/mL时菌液制备完成，分别获得烂泥假单胞菌菌液、产碱假单胞菌菌液、脱氮副球菌菌液以及溶壁微球菌菌液。
步骤a中，所述固体斜面培养基是由以下重量配比的原料混合制成：蛋白胨10g、牛肉浸膏3g、NaCl 5g、琼脂15g、补充蒸馏水至1L，pH＝7，121℃灭菌30min后冷却使用；所述液体培养基是由以下重量配比的原料混合制成：蛋白胨10g、牛肉浸膏3g、NaCl 5g，补充蒸馏水至1L，pH＝7，121℃灭菌30min后冷却使用。
b、挑取嗜热脂肪地芽孢杆菌菌种接种至固体斜面培养基中进行培养，培养温度为37℃，培养时间为48h，待斜面培养基长出菌落后，将其接种至液体培养基中进行摇床振荡培养，摇床转速为150-180r/min，培养温度为35-37℃，培养时间为48-72h，当活菌数达到1×108CFU/mL时菌液制备完成，得到嗜热脂肪地芽孢杆菌菌液。
步骤b中，所述固体斜面培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5g、蛋白胨9g、牛肉浸膏5g、NaCl 2g、K2HPO4 1g、KH2PO4 0.75g、琼脂15g、补充蒸馏水至1L，pH＝7，121℃灭菌30min后冷却使用；所述液体培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5g、蛋白胨9g、牛肉浸膏5g、NaCl 5g、K2HPO4 1g、KH2PO4 0.75g，补充蒸馏水至1L，pH＝7，121℃灭菌30min后冷却使用。
混合接种时，接种体积比为5％-15％。
所述发酵培养基是由以下重量配比的原料混合制成：红糖15-25g、蛋白胨9-10g、牛肉浸膏3-5g、NaCl 2-5g、KH2PO4 0.75-1.5g、K2HPO4 0.8-1g，补充蒸馏水至1L，pH＝7，121℃灭菌30min后冷却使用。
发酵培养的温度为30-37℃，发酵培养时间为3-5d，搅拌速度为160-200rpm，通气量为1:1.5-2，搅拌间隔时间为2h。
冷冻干燥的温度为-21℃，冷冻干燥至含水率≤5％。
本发明复合菌剂的应用，是将所述复合菌剂投加至黑臭水体中，以加速水体中污染物的降解，增强水体自净能力，改善河流、湖泊水体的黑臭与富营养化现象。具体包括如下步骤：
步骤1：首先阻断外源性固液废物进入受污染的黑臭水体中，并通过人工或机械打捞的方式初步清除黑臭水体中的固体废物；
步骤2：检验受污染的黑臭水体中的COD含量，根据COD含量向黑臭水体中投加本发明复合菌剂，放养水生植物，恢复水生态系统与水体自净能力。所述水生植物包括水葫芦、黑藻、苦草等中的而一种或几种，放样量为5株/m2。
步骤2中，当黑臭水体中COD含量≤100mg/L时，以水体质量1/100000的比例投加本发明复合菌剂；当黑臭水体中COD含量＞100mg/L时，以水体质量1/10000～5/10000的比例投加本发明复合菌剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明选用的嗜热脂肪地芽孢杆菌可产生蛋白酶、淀粉酶、杆菌素等酶类促进水体有机物质的分解，有效抑制水体中有害病菌的生长繁殖，并具有解磷解钾作用，可有效去除黑臭水体中TP含量；烂泥假单胞菌和产碱假单胞菌能够在去除COD含量的同时可有效警醒脱N去P；脱氮副球菌可降解水体中NH3-N含量，消除黑臭水体的臭味，并逐步提高水体透明度；溶壁微球菌可吸收重金属，破坏细胞结构，可为前四种菌株生长繁殖提供营养物质，促进其快速繁殖。
2、本发明复合菌剂具有较强的组合和协同能力，互不排斥，在黑臭水体中互相协调，可快速形成优势菌群，快速分解黑臭水体各类营养物质，降解有害物质，消除异味，提高水体透明度。使用时不需要复杂工艺，直接投放，使用方便。
3、本发明复合菌剂在达到治标治本的同时，还不会产生二次污染，安全高效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例1提供的复合菌剂对某河道黑臭水体主要污染物质的去除效果图。
图2为本发明实施例2提供的复合菌剂对某河道黑臭水体主要污染物质的去除效果图。
图3为本发明实施例3提供的复合菌剂对某河道黑臭水体主要污染物质的去除效果图。
具体实施方式
本发明实施例中使用的各菌种菌液的制备过程如下：
(1)分别挑取烂泥假单胞菌、产碱假单胞菌、脱氮副球菌和溶壁微球菌四种菌种接种至固体斜面培养基中进行培养，培养温度为28℃，培养时间为24h，待斜面培养基长出菌落后，将其接种至液体培养基中进行摇床振荡培养，摇床转速为150-180r/min，培养温度为28-30℃，培养时间为24-36h，当活菌数达到1×108CFU/mL时菌液制备完成，分别获得烂泥假单胞菌菌液、产碱假单胞菌菌液、脱氮副球菌菌液以及溶壁微球菌菌液。
所述固体斜面培养基是由以下重量配比的原料混合制成：蛋白胨10g、牛肉浸膏3g、NaCl 5g、琼脂15g、补充蒸馏水至1L，pH＝7，121℃灭菌30min后冷却使用；所述液体培养基是由以下重量配比的原料混合制成：蛋白胨10g、牛肉浸膏3g、NaCl 5g，补充蒸馏水至1L，pH＝7，121℃灭菌30min后冷却使用。
(2)挑取嗜热脂肪地芽孢杆菌菌种接种至固体斜面培养基中进行培养，培养温度为37℃，培养时间为48h，待斜面培养基长出菌落后，将其接种至液体培养基中进行摇床振荡培养，摇床转速为150-180r/min，培养温度为35-37℃，培养时间为48-72h，当活菌数达到1×108CFU/mL时菌液制备完成，得到嗜热脂肪地芽孢杆菌菌液。
所述固体斜面培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5g、蛋白胨9g、牛肉浸膏5g、NaCl 2g、K2HPO4 1g、KH2PO4 0.75g、琼脂15g、补充蒸馏水至1L，pH＝7，121℃灭菌30min后冷却使用；所述液体培养基是由以下重量配比的原料混合制成：葡萄糖5g、蛋白胨9g、牛肉浸膏5g、NaCl 5g、K2HPO4 1g、KH2PO4 0.75g，补充蒸馏水至1L，pH＝7，121℃灭菌30min后冷却使用。
以下是本发明复合菌剂的制备及其应用实例：
实施例1：
将烂泥假单胞菌、产碱假单胞菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、脱氮副球菌和溶壁微球菌的菌液按体积比为1：2：3：3：1混合后，以高温灭菌后的发酵培养基体积比10％接种，30℃发酵培养5d，当活菌数达到5×107CFU/mL以上时，通过离心过滤、-21℃冷冻干燥至含水率≤5％，即得到用于黑臭水体治理的复合菌剂。所述发酵培养基是由以下重量配比的原料混合制成：红糖15-25g、蛋白胨9-10g、牛肉浸膏3-5g、NaCl 2-5g、KH2PO4 0.75-1.5g、K2HPO40.8-1g，补充蒸馏水至1L，pH＝7，121℃灭菌30min后冷却使用。
所述复合菌剂主要用于河流、湖泊水体的黑臭与富营养化水体的治理，降低水体中COD、NH3-N、TP含量，消除异味，提高水体透明度。
采用所述复合菌剂对黑臭河道进行治理，某村边沟长约500米，宽约4～5米，水深约2～3米，底泥厚度约1～1.5米。此河道主要以生活污水为主，有少量工业污水汇入，恶性水草疯长，呈现周期性过度繁殖-腐败-过度繁殖现象，滋生蚊虫，散发恶臭。
其治理方法如下：阻断外源固液废物进入受污染黑臭水体中，并通过人工或机械打捞方式初步清除水体中固体废物；以水体质量比的1/10000投加本发明复合菌剂，同时放养水生植物(包括水葫芦、黑藻、苦草，5株/m2)，进行调控、监测，从而优化河道水质指标，增加生态系统的生物多样性，恢复水生态系统与水体自净能力。每隔三天取水样检测，并观察其水质变化情况。实验结果表明，投加本发明复合菌剂后，第6天黑臭现象明显减弱，水质透明度有所提高，水体异味明显减弱，18天后水体中COD、NH3-N、TP含量的去除率分别达到了92.59％、88.19％和93.67％。去除效果参见图1，治理后各阶段的水质指标见表1。
表1该黑臭河道治理不同阶段水质的各项指标
治理阶段 COD(mg/L) NH<sub>3</sub>-N(mg/L) TP(mg/L)
治理前 416.32 36.78 9.67
治理后18d 30.85 4.34 0.61
治理后1个月 29.54 3.21 0.58
治理后2个月 27.86 2.64 0.39
治理后4个月 25.32 1.92 0.35
检测标准 HJ/T 399-2007 HJ 535-2009 GB 11893-89
实施例2：
其他同实施例1，以水体2.5/10000投加本发明复合菌剂，每隔三天取水样检测，并观察其水质变化情况。实验结果表明，投加本发明复合菌剂后，第6天黑臭现象明显减弱，水质透明度有所提高，水体异味明显减弱，18天后水体中COD、NH3-N、TP含量的去除率分别达到了91.08％、74.11％和91.85％。去除效果参见图2，治理后各阶段的水质指标见表2。
表2该黑臭河道治理不同阶段水质的各项指标
治理阶段 COD(mg/L) NH<sub>3</sub>-N(mg/L) TP(mg/L)
治理前 421.69 36.48 9.81
治理后18d 37.62 9.44 0.80
治理后1个月 35.38 7.85 0.72
治理后2个月 32.48 6.37 0.61
治理后4个月 29.87 4.65 0.48
检测标准 HJ/T 399-2007 HJ 535-2009 GB 11893-89
实施例3：
其他参数同实施例1，以水体4/10000投加本发明复合菌剂，每隔三天取水样检测，并观察其水质变化情况。实验结果表明，投加本发明复合菌剂后，第6天黑臭现象明显减弱，水质透明度有所提高，水体异味明显减弱，18天后水体中COD、NH3-N、TP含量的去除率分别达到了91.12％、72.53％和91.62％。去除效果参见图3，治理后各阶段的水质指标见表3。
表3该黑臭河道治理不同阶段水质的各项指标
治理阶段 COD(mg/L) NH<sub>3</sub>-N(mg/L) TP(mg/L)
治理前 419.87 35.94 9.62
治理后18d 37.28 9.87 0.81
治理后1个月 35.84 8.64 0.73
治理后2个月 33.46 6.75 0.64
治理后4个月 30.11 5.12 0.52
检测标准 HJ/T 399-2007 HJ 535-2009 GB 11893-89
以上表述仅为本发明的优选方案，应当提出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改造，这些也应该视为本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种黑臭水体用复合菌剂，其特征在于：
所述复合菌剂是由包括烂泥假单胞菌、产碱假单胞菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、脱氮副球菌以及溶壁微球菌的菌种单独培养、混合接种并发酵后收集获得的复合菌剂。
2.根据权利要求1所述的复合菌剂，其特征在于：
所述复合菌剂的含水率≤5％，活菌数为5×107～1×108CFU/g。
3.根据权利要求1所述的复合菌剂，其特征在于：
混合接种时，烂泥假单胞菌、产碱假单胞菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、脱氮副球菌以及溶壁微球菌的菌液体积比为0.8-1.4：1.8-2.2：2.8-3.2：2.8-3.2：0.8-1.4。
4.一种权利要求1、2或3所述的黑臭水体用复合菌剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
将烂泥假单胞菌、产碱假单胞菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、脱氮副球菌和溶壁微球菌分别进行单独培养；将培养后获得的菌液混合接种至发酵培养基中，发酵培养至活菌数达到5×107CFU/mL以上时，通过离心过滤、冷冻干燥收集菌体，即得到复合菌剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
混合接种时，接种体积比为5％-15％。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
所述发酵培养基是由以下重量配比的原料混合制成：红糖15-25g、蛋白胨9-10g、牛肉浸膏3-5g、NaCl 2-5g、KH2PO4 0.75-1.5g、K2HPO4 0.8-1g，补充蒸馏水至1L，pH＝7，121℃灭菌30min后冷却使用。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
发酵培养的温度为30-37℃，发酵培养时间为3-5d，搅拌速度为160-200rpm，通气量为1:1.5-2，搅拌间隔时间为2h。
8.一种权利要求1、2或3所述的黑臭水体用复合菌剂的应用，其特征在于：
将所述复合菌剂投加至黑臭水体中，以加速水体中污染物的降解，增强水体自净能力，改善河流、湖泊水体的黑臭与富营养化现象。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：首先阻断外源性固液废物进入受污染的黑臭水体中，并通过人工或机械打捞的方式初步清除黑臭水体中的固体废物；
步骤2：检验受污染的黑臭水体中的COD含量，根据COD含量向黑臭水体中投加本发明复合菌剂，放养水生植物，恢复水生态系统与水体自净能力。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：
步骤2中，当黑臭水体中COD含量≤100mg/L时，以水体质量1/100000的比例投加本发明复合菌剂；当黑臭水体中COD含量＞100mg/L时，以水体质量1/10000～5/10000的比例投加本发明复合菌剂。
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