CN109897802A - 一种高效降解氨氮的复合微生物、其制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效降解氨氮的复合微生物，按照重量份，该复合微生物包括：红螺菌30‑50份、脱氮硫杆菌20‑40份、酵母菌10‑20份。有效改善水体中的氨氮、亚硝酸盐、硫化氢等指标，提高水体自净能力，净化水质。本发明还公开了该复合微生物的制备方法和应用。

Description

一种高效降解氨氮的复合微生物、其制备方法及应用

技术领域

本发明涉及水处理技术领域。更具体地，涉及一种高效降解氨氮的复合微生物、其制备方法及应用。

背景技术

随着人类工业、生活、农业等领域的不断进步发展，相应的排放和污染也不断增加，过量的废弃污染进入水环境当中，导致水体生态受到严重破坏。其中过量的含氮有机物是导致水体富营养化的主要原因，对水体生态平衡和人类健康产生严重的危害。目前中国氮污染主要有以下两个来源：氮肥施用过程中的面源污染，工业含氮废水排放导致的点源污染。大量的含氮废水排入水体会造成水体富营养化，在河流或湖泊中形成“水华”，在海洋中形成“赤潮”。近年来，我国湖泊、水库和江河富营养化的发展趋势非常迅速，从90年代以来，贫营养状态湖泊所占评价面积比例相比10年前从3.2％降低到0.53％，富营养化湖泊所占评价面积比例则从5％剧增到55.01％，这种由贫营养状态湖泊向中营养状态湖泊过渡，由中营养状态湖泊向富营养状态湖泊过渡的趋势还在继续扩大。水体中的藻类植物以氮源为营养物质大量繁殖，破坏水体平衡，影响水体中好氧生物和光合生物的生长，释放的藻毒素会影响鱼虾的正常生长繁殖，人类食用了含有藻毒素的鱼虾，处理不当轻则中毒，严重的会危及生命安全。在水体中含氮有机物的主要污染表现为氨氮，氨氮的升高会对水体产生严重危害，是含氮有机废物的主要危害形式，因此如何科学有效地对含氨氮废水进行综合治理，寻找稳定高效、成本低廉的处理技术已成为水体修复治理亟待解决的难题。

目前脱氮适用性技术主要有物化脱氮(折点加氯法、沉淀法、离子交换法等)和生物脱氮。折点加氯法是指向废水中通入Cl₂或NaClO，Cl₂达到一定程度时NH₄ ⁺-N浓度达到最低点这一点就是折点，超过该点水中的Cl^-增多，同时NH₄ ⁺-N或胺就被氧化分解为N₂。此种方法处理成本偏高。沉淀法又称磷酸铵镁结晶沉淀法(MAP法)，是通过向废水中投加镁盐或磷酸盐，生成磷酸铵镁结晶沉淀，从而去除水中的NH₄ ⁺-N。该法工艺简单、速度快，但处理效果易受反应时间、pH、沉淀剂、投加量影响。离子交换法是指颗粒(沸石、树脂)和液体表面接触进行离子交换。目前主要用沸石做交换颗粒，其上有孔隙，可容纳阳离子与水溶液并与之交换，废水中的NH₃分子小于沸石的孔径，因此可进入其孔隙发生交换以达到去除NH₄ ⁺-N的目的。沸石是一种非金属矿石，在自然界中存在广泛，容易获得，处理成本低。但是采用离子交换法处理的废水首先需要将废水进行预处理以去除悬浮物。除此以外，如果以树脂为交换的颗粒，消耗量大，再生困难，运行成本高。生物脱氮是指利用硝化菌和反硝化菌的生理功能将NH₄ ⁺-N转化为N₂等，此法安全、无毒、无二次污染。然而，当前的研究中均以现有已存已知的功能菌作为研究对象，将这些菌用于实际治理中发现，效果参差不齐，可复制性较差，受环境影响较大。

因此，需要提供一种更高效的专门针对氨氮降解的复合微生物。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种高效降解氨氮的复合微生物。

本发明的第二个目的在于提供一种高效降解氨氮的复合微生物的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种高效降解氨氮的复合微生物的应用。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种高效降解氨氮的复合微生物，按照重量份，该复合微生物包括：红螺菌30-50份、脱氮硫杆菌20-40份、酵母菌10-20份。

优选地，按照重量份，该复合微生物还包括：微量元素5-20份、载体15-35份。

优选地，按照质量百分比计，所述微量元素包括：磷酸二氢钾14-16％，硫酸镁13-17％，醋酸钠14-16％，硫酸亚铁13-17％，硅酸钠34-46％。

优选地，所述载体为氨基多糖；优选地，所述氨基多糖的分子量为1000000-2000000，脱乙酰度达80％；更优选地，所述氨基多糖的基本单位是乙酰葡萄糖胺；更优选地，所述氨基多糖是由1000-3000个乙酰葡萄糖胺残基通过β(1→4)糖甙链相互连接而成。

优选地，所述红螺菌、脱氮硫杆菌和酵母菌均提取自高氨氮水体底泥。

为达到上述第二个目的，本发明提供一种高效降解氨氮的复合微生物的制备方法，包括如下步骤：

将红螺菌、脱氮硫杆菌和酵母菌分别进行单菌株发酵；

将包括发酵后的红螺菌、脱氮硫杆菌和酵母菌的原料混合，得所述复合微生物。

优选地，所述红螺菌、脱氮硫杆菌和酵母菌均提取自高氨氮水体底泥。

优选地，所述提取的方法包括：

取高氨氮水体底泥将其依次稀释成10^-1、10^-2、10^-3、10^-4、10^-5、10^-6、10^-7、10^-8的稀释液；

将所述10^-6、10^-7、10^-8的稀释液混合，与熔化并冷却至45-50℃的培养基混合均匀，于28-30℃温度下培养并分离出由单个菌株繁殖而成的纯的菌株；

将所得的纯的菌株加入到高氨氮的试验小水体中，筛选出红螺菌、脱氮硫杆菌和酵母菌。

为达到上述第三个目的，本发明提供一种高效降解氨氮的复合微生物在水体的净化处理中的应用。

优选地，将该复合微生物应用在降解水体中的氨、氮、硫中的应用。

优选地，所述水体来自污水处理厂中的污水、河道、湖泊、公园水体。

优选地，所述氮选自亚硝酸盐，所述硫选自硫化氢。

优选地，所述应用包括：在所述水体中添加2-50ppm的复合微生物。

如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。

本发明的有益效果如下：

本发明中提供的复合微生物能有效改善水体中的氨氮、亚硝酸盐、硫化氢等指标，提高水体自净能力，净化水质。另外，本微生物菌剂使用方便，方法简单，工程量小，可适用于污水处理厂、河道、湖泊、公园等水体。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

根据本发明的一个具体实施方式，本发明提供一种高效降解氨氮的复合微生物，按照重量份，该复合微生物包括：红螺菌30-50份、脱氮硫杆菌20-40份、酵母菌10-20份。

红螺菌可在污染严重的水体中通过利用有机物、硫化氢、氨等作为供氢体合成自身的组成物质，从而降解水体中的氨氮、亚硝酸盐、硫化物等有毒物质，起到净化污水的作用。

脱氮硫杆菌能利用一些无机物在氧化过程中释放出来的能量将硝酸盐还原，发挥反硝化作用。

酵母菌适应性强，对有机物降解效率高。

本实施方式中，通过将红螺菌、脱氮硫杆菌和酵母菌按质量比30-50：20-40：10-20混合，很好的实现了改善水体中的氨氮、亚硝酸盐、硫化氢等指标，提高水体自净能力，净化水质的目的。

在一个优选示例中，按照重量份，该复合微生物还包括：微量元素5-20份、载体15-35份。

申请人经长期试验研究发现，将上述3种菌种和特定微量元素、载体混合在一起，通过物质间协同增效作用，完成对水体中氨氮、亚硝酸盐等污染物降解转化，达到净化水质的目的。

在一个优选示例中，按照质量百分比计，所述微量元素包括：磷酸二氢钾14-16％，硫酸镁13-17％，醋酸钠14-16％，硫酸亚铁13-17％，硅酸钠34-46％。本发明中研究发现，铁镁是绿藻培养常缺失微量元素，硅是硅藻培养常缺失微量元素，碳源和马上可利用磷元素是有益藻类生长时必需补充的微量元素，且是可直接被有益藻类利用的微量元素。水体中针对绿藻、硅藻等有益藻类极易缺失的微量元素进行补充，使有益藻类能够顺利繁殖，从而达到抑制蓝藻的作用。

本实施方式中，载体可降低水体及底质重金属的含量，改善水体环境，在一个优选示例中，所述载体为氨基多糖，优选为分子量为1000000-2000000，脱乙酰度达80％的氨基多糖。

进一步地，所述氨基多糖的基本单位为乙酰葡萄糖胺，是由1000-3000个乙酰葡萄糖胺残基通过β(1→4)糖甙链相互连接而成。例如，氨基多糖结构式为其中，n为998-2998。

本实施方式中所述红螺菌、脱氮硫杆菌和酵母菌均优选提取自高氨氮水体底泥。此时来源丰富易得，提取方便。

根据本发明的又一个实施方式，提供上述复合微生物的制备方法，包括如下步骤：

将红螺菌、脱氮硫杆菌和酵母菌分别进行单菌株发酵；

将包括发酵后的红螺菌、脱氮硫杆菌和酵母菌的原料混合，得所述复合微生物。

可以理解，该复合微生物原料中还可包含微量元素和载体，此时，将微量元素和载体与发酵后的红螺菌、脱氮硫杆菌和酵母菌混合即得所述复合微生物。

上述红螺菌、脱氮硫杆菌和酵母菌均优选提取自高氨氮水体底泥。所述提取的方法优选包括：

取高氨氮水体底泥将其依次稀释成10^-1、10^-2、10^-3、10^-4、10^-5、10^-6、10^-7、10^-8的稀释液；

将所述10^-6、10^-7、10^-8的稀释液混合，与熔化并冷却至45-50℃的培养基混合均匀，于28-30℃温度下培养并分离出由单个菌株繁殖而成的纯的菌株；

将所得的纯的菌株加入到高氨氮的试验小水体中，筛选出红螺菌、脱氮硫杆菌和酵母菌。

在本发明的又一个实施方式中，提供上述复合微生物在水体的净化处理中的应用。

所述应用优选包括：在所述水体中添加2-50ppm的复合微生物。

实施例1

一种高效降解氨氮的复合微生物，其重量百分比包括以下组分：TC菌J 30％，TC菌F20％，TC菌M 15％，特定微量元素5％，载体30％。

其中，上述TC菌J为红螺菌，TC菌F为脱氮硫杆菌，TC菌M为酵母菌；

特定微量元素按照质量百分比包括：磷酸二氢钾15％，硫酸镁15％，醋酸钠15％，硫酸亚铁15％，硅酸钠40％，混合而成；

载体为氨基多糖，氨基多糖是生物合成的天然高分子，分子量在1000000-2000000之间，脱乙酰度高达80％，基本单位是乙酰葡萄糖胺，由1000-3000个乙酰葡萄糖胺残基通过β(1→4)糖甙链相互连接而成。

上述复合微生物的制备方法如下：

S1、筛选自高氨氮水体底泥，采集底泥及水样1.0g，放入装有9mL无菌水并放有玻璃珠的50mL三角瓶中，置摇床上振荡20min使微生物细胞分散，静置30s即成10^-1稀释液；

S2、用1mL无菌吸管吸取10^-1稀释液1mL，移入装有9mL无菌水的试管中，吸吹3次，混合菌液，即成10^-2稀释液；以此类推，连续稀释，制成10^-3、10^-4、10^-5、10^-6、10^-7、10^-8一系列的稀释菌液；

S3、从10^-6、10^-7、10^-8稀释菌液中各取1mL于平板中，倒入熔化并冷却至45-50℃的培养基，轻轻转动平板，使菌液与培养基混合均匀；冷却后倒置，于28-30℃培养24-48小时后观察；从固体平板上分离出来的菌株若不是单个菌繁殖而成，则进一步进行分离纯化；在平板上选择生长较好的有代表性的菌落接种斜面，同时做涂片检查，若发现不纯，挑取菌落进一步分离，直至获得纯培养体；

S4、将所获得纯菌液加入到自配氨氮的试验小水体中，筛选出可明显降解氨氮的3株菌株分别命名为TC菌J、TC菌F、TC菌M；

S5、根据细菌的形态特征和生理生化特征对分离的优势菌进行鉴定；从细菌的菌落形态和生理生化实验确定优势菌种为红螺菌(TC菌J)、脱氮硫杆菌(TC菌F)、酵母菌(TC菌M)，将此3种菌均进行单菌株发酵；

S6、TC菌J、TC菌F、TC菌M、特定微量元素、氨基多糖按比例混合，制成上述所需复合微生物。

将上述复合微生物按添加量8ppm的量加入到高氨氮的水体中。

对比例1

重复实施例1，区别在于，该复合微生物，其重量百分比包括以下组分：TC菌F20％，TC菌M 15％，特定微量元素5％，载体60％。其余条件不变，制备得到复合微生物。

将上述复合微生物按添加量8ppm的量加入到高氨氮的水体中。

对比例2

重复实施例1，区别在于，该复合微生物，其重量百分比包括以下组分：TC菌J30％，TC菌M 15％，特定微量元素5％，载体50％。其余条件不变，制备得到复合微生物。

将上述复合微生物按添加量8ppm的量加入到高氨氮的水体中。

对比例3

重复实施例1，区别在于，该复合微生物，其重量百分比包括以下组分：TC菌J30％，TC菌F 20％，特定微量元素5％，载体45％。其余条件不变，制备得到复合微生物。

将上述复合微生物按添加量8ppm的量加入到高氨氮的水体中。

对比例4

重复实施例1，区别在于，该复合微生物，其重量百分比包括以下组分：TC菌J30％，TC菌F 20％，TC菌M 15％，载体35％。其余条件不变，制备得到复合微生物。

将上述复合微生物按添加量8ppm的量加入到高氨氮的水体中。

对比例5

重复实施例1，区别在于，该复合微生物，其重量百分比包括以下组分：TC菌J30％，TC菌F 20％，TC菌M 15％，特定微量元素35％。其余条件不变，制备得到复合微生物。

将上述复合微生物按添加量8ppm的量加入到高氨氮的水体中。

对比例6

重复实施例1，区别在于，该复合微生物，其重量百分比包括以下组分：TC菌J46％，TC菌F 31％，TC菌M 23％。其余条件不变，制备得到复合微生物。

将上述复合微生物按添加量8ppm的量加入到高氨氮的水体中。

实施例2

重复实施例1，区别在于，高效降解氨氮的复合微生物，其重量百分比包括以下组分：TC菌J 40％，TC菌F 30％，TC菌M 10％，特定微量元素5％，载体15％。

其中，上述TC菌J为红螺菌，TC菌F为脱氮硫杆菌，TC菌M为酵母菌；

特定微量元素按照质量百分比包括：磷酸二氢钾14％，硫酸镁16％，醋酸钠14％，硫酸亚铁16％，硅酸钠40％，混合而成；

其余条件不变，制备得到复合微生物。

将上述复合微生物按添加量15ppm的量加入到高氨氮的水体中。

实施例3

重复实施例1，区别在于，高效降解氨氮的复合微生物，其重量百分比包括以下组分：TC菌J 45％，TC菌F 20％，TC菌M 10％，特定微量元素5％，载体20％。

其中，上述TC菌J为红螺菌，TC菌F为脱氮硫杆菌，TC菌M为酵母菌；

其余条件不变，制备得到复合微生物。

将上述复合微生物按添加量30ppm的量加入到高氨氮的水体中。

试验例：上述各实施例对比例制备得到的复合微生物在降解高氨氮的水体中的氨、氮的应用

1、天津某地某黑臭水体

1)设置三个组：空白组、对照组、本发明组。

空白组不投放任何处理剂；

对照组1投放按对比例1；对照组2投放按对比例2；

本发明组1投放按实施例1；本发明组2投放按实施例2；本发明组3投放按实施例3。

2)结果：

如下表1所示，本发明组的NH₃-N、亚硝酸盐、S^2-的去除率明显高于空白组和对照组。

表1 NH₃-N、亚硝酸盐、S^2-的去除率(指标去除率，％)

	空白组	对照组1	对照组2	本发明组1	本发明组2	本发明组3
							NH<sub>3</sub>-N	8.80	20.15	18.32	39.78	38.28	38.94
亚硝酸盐	2.56	42.36	30.89	70.94	68.21	68.85
							S<sup>2-</sup>	4.71	19.95	14.24	84.37	82.62	83.58

注：NH₃-N测定采用纳氏试剂分光光度法；亚硝酸盐测定采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法；S^2-测定采用亚甲基兰分光光度法。

2、河北唐山某地公园水体

1)设置三个组：空白组、对照组、本发明组。

空白组不投放任何处理剂；

对照组1投放按对比例3；对照组2投放按对比例4；

本发明组1投放按实施例1；本发明组2投放按实施例2；本发明组3投放按实施例3。

2)结果：

如下表2所示，本发明组的NH₃-N、亚硝酸盐、S^2-的去除率明显高于空白组和对照组。

表2 NH₃-N、亚硝酸盐、S^2-的去除率(指标去除率，％)

	空白组	对照组1	对照组2	本发明组1	本发明组2	本发明组3
							NH<sub>3</sub>-N	8.90	19.52	21.15	40.52	38.89	39.05
亚硝酸盐	3.36	31.58	43.10	72.45	70.87	71.33
							S<sup>2-</sup>	4.57	16.60	20.46	87.74	85.09	85.80

注：NH₃-N测定采用纳氏试剂分光光度法；亚硝酸盐测定采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法；S^2-测定采用亚甲基兰分光光度法。

3、北京某地河道水体

1)设置三个组：空白组、对照组、本发明组。

空白组不投放任何处理剂；

对照组1投放按对比例5；对照组2投放按对比例6；

本发明组1投放按实施例1；本发明组2投放按实施例2；本发明组3投放按实施例3。

2)结果：

结果如下表3所示，本发明组的NH₃-N、亚硝酸盐、S^2-的去除率明显高于空白组和对照组。

表3 NH₃-N、亚硝酸盐、S^2-的去除率(指标去除率，％)

	空白组	对照组1	对照组2	本发明组1	本发明组2	本发明组3
							NH<sub>3</sub>-N	7.47	20.37	17.48	41.86	39.25	39.60
亚硝酸盐	3.31	38.74	31.77	73.87	70.89	71.22
							S<sup>2-</sup>	3.95	19.64	17.42	85.35	83.44	83.56

注：NH₃-N测定采用纳氏试剂分光光度法；亚硝酸盐测定采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法；S^2-测定采用亚甲基兰分光光度法。

综上所述：按照特定比例使用本发明的TC菌J，TC菌F，TC菌M，特定微量元素和载体组合进行复配，比单独使用某几种的组合效果要好。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种高效降解氨氮的复合微生物，其特征在于，按照重量份，该复合微生物包括：红螺菌30-50份、脱氮硫杆菌20-40份、酵母菌10-20份。

2.根据权利要求1所述的复合微生物，其特征在于，按照重量份，该复合微生物还包括：微量元素5-20份、载体15-35份。

3.根据权利要求2所述的复合微生物，其特征在于，按照质量百分比计，所述微量元素包括：磷酸二氢钾14-16％，硫酸镁13-17％，醋酸钠14-16％，硫酸亚铁13-17％，硅酸钠34-46％。

4.根据权利要求2所述的复合微生物，其特征在于，所述载体为氨基多糖；优选地，所述氨基多糖的分子量为1000000-2000000，脱乙酰度达80％；更优选地，所述氨基多糖的基本单位是乙酰葡萄糖胺，所述氨基多糖是由1000-3000个乙酰葡萄糖胺残基通过β(1→4)糖甙链相互连接而成。

5.根据权利要求1所述的复合微生物，其特征在于，所述红螺菌、脱氮硫杆菌和酵母菌均提取自高氨氮水体底泥。

6.如权利要求1-5任一项所述的复合微生物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将红螺菌、脱氮硫杆菌和酵母菌分别进行单菌株发酵；

将包括发酵后的红螺菌、脱氮硫杆菌和酵母菌的原料混合，得所述复合微生物。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述红螺菌、脱氮硫杆菌和酵母菌均提取自高氨氮水体底泥。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述提取的方法包括：

取高氨氮水体底泥将其依次稀释成10^-1、10^-2、10^-3、10^-4、10^-5、10^-6、10^-7、10^-8的稀释液；

将所述10^-6、10^-7、10^-8的稀释液混合，与熔化并冷却至45-50℃的培养基混合均匀，于28-30℃温度下培养并分离出由单个菌株繁殖而成的纯的菌株；

将所得的纯的菌株加入到高氨氮的试验小水体中，筛选出红螺菌、脱氮硫杆菌和酵母菌。

9.如权利要求1-5任一项所述的复合微生物在水体的净化处理中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用包括：在所述水体中添加2-50ppm的复合微生物。