CN110982735B - 一种生物炭基微生物菌剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微生物菌剂，尤其涉及一种生物炭基微生物菌剂及其制备方法和应用。所述生物炭基微生物菌剂，包括生物炭，以及生物炭上吸附的罗尔斯通氏菌(Ralstonia sp.)Ralstonia Bcul‑1，制备方法包括如下步骤：(1)制备生物炭‑罗尔斯通氏菌混合溶液：所述混合溶液中包括所述生物炭、海藻酸钠和罗尔斯通氏菌Ralstonia Bcul‑1种子液，室温下静置过夜；(2)将混合溶液缓慢滴入质量浓度为1％的氯化钙溶液中，同时不断搅拌，交联后得到的产物用去离子水洗净后得到菌剂。将该菌剂用于重金属污染水体的修复。本发明采用物理吸附、生物法修复锌污染，具有操作简便、修复效率高、无二次污染等优点，具有非常大的应用潜力。

Description

一种生物炭基微生物菌剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种微生物菌剂，尤其涉及一种生物炭基微生物菌剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业污水、生活废水以及农业污水的大量排放，水体重金属污染已经成为全球性的环境污染问题。锌污染是最常见的污染之一。在农业方面，锌作为饲料添加剂的应用，对猪、牛、羊、鸡、鸭等畜禽的生长、发育、免疫、繁殖和胴体品质等均有良好的影响；但畜禽对锌的利用率较低，例如成年单胃动物对锌的吸收率只有5％-10％，使其摄入的锌大部分随排泄物排出，从而使畜禽养殖废水中具有潜在的锌污染。此外，由采矿场、选矿厂、合金厂、冶金联合企业、机器制造厂、镀锌厂、仪器仪表厂和造纸厂等排放的工业废水中，含有大量的锌化合物。这些含锌废水一旦进入环境，会对周边的生物及地下水造成不可估量的危害。
锌污染的治理方法主要有化学沉淀法、离子交换法、吸附法、膜分离法等物理化学方法、生物修复方法如微生物修复等，但是化学修复方法均存在修复费用较高、易产生二次污染等缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种生物炭基微生物菌剂及其制备方法和应用，采用物理吸附、生物法修复锌污染具有操作简便、修复效率高、无二次污染等优点。
本发明是这样实现的：
本发明首先提供了一种生物炭基微生物菌剂，包括生物炭，以及生物炭上吸附的罗尔斯通氏菌(Ralstonia sp.)Ralstonia Bcul-1，该菌株保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，保藏日期为2019年04月12日，保藏编号为CGMCC NO.17565。
所述生物炭，与所述罗尔斯通氏菌(Ralstonia sp.)Ralstonia Bcul-1的菌液混合，通过造粒制得颗粒菌剂。
所述颗粒菌剂通过氯化钙和海藻酸钠的交联作用进行造粒。
所述颗粒菌剂的制备方法包括如下步骤：
(1)制备生物炭-罗尔斯通氏菌混合溶液：所述混合溶液中包括所述生物炭、海藻酸钠和罗尔斯通氏菌Ralstonia Bcul-1种子液；其中，生物炭的质量浓度为5％-10％，海藻酸钠的质量浓度为0.5％-1％，罗尔斯通氏菌Ralstonia Bcul-1种子液占比5％-10％(体积比)，所制备的混合溶液室温下静置过夜；
(2)将上述生物炭-罗尔斯通氏菌混合溶液缓慢滴入质量浓度为1％的氯化钙溶液中，同时不断搅拌，交联后得到的产物用去离子水洗净后得到生物炭基微生物菌剂。
所述生物炭的制备方法如下：将有机废弃物在缺氧的环境下经高温慢热解，制得生物炭材料并过60目筛。
所述罗尔斯通氏菌Ralstonia Bcul-1种子液的制备方法如下：罗尔斯通氏菌Ralstonia Bcul-1菌株在LB液体培养基中于30℃150r·min-1条件下培养9-24h，然后12000r·min-1下离心5min收集菌体，菌体用无菌水冲液清洗3次后重悬于等体积的无菌水中制得种子液。
本发明还提供了一种生物炭基微生物菌剂的用途，用于重金属污染水体的修复。
所述重金属包括锌。
本发明具有如下优点：本发明采用生物炭联合罗尔斯通氏菌的吸附材料，可用于去除水体中重金属，采用物理吸附、生物法修复锌污染，具有操作简便、修复效率高、无二次污染等优点，具有非常大的应用潜力。
具体实施方式
实施例1
一种生物炭基微生物菌剂的制备方法，步骤如下：
步骤1：小麦秸秆、玉米秸秆、玉米芯、花生壳、竹(木)屑等有机废弃物在N2惰性气体氛围下350℃-700℃下高温裂解3-5h,制得生物炭材料过60目筛备用；
步骤2：制备罗尔斯通氏菌(Ralstonia sp.)Ralstonia Bcul-1的种子液(该罗尔斯通氏菌是从福建尤溪铅锌矿区周边农田土壤中分离纯化的，具有耐重金属微生物特征的细菌菌株。该菌株保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，简称CGMCC，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，保藏日期为2019年04月12日，保藏编号为CGMCC NO.17565)。制备过程为：罗尔斯通氏菌Ralstonia Bcul-1菌株在LB液体培养基中于30℃150r·min-1条件下培养9-24h，然后12000r·min-1下离心5min收集菌体，菌体用无菌水冲液清洗3次后重新悬于等体积的无菌水中制得种子液，种子液中有效活菌数>109cfu/ml。
上述罗尔斯通氏菌的菌种菌学特征描述如下：
该罗尔斯通氏菌Bcul-1在PDA培养基上28℃培养24小时观察到菌株群落为圆形，菌株为杆状。对该菌株进行革兰氏染色，显示为革兰氏阴性菌。
步骤3：制备生物炭-罗尔斯通氏菌混合溶液：将所述生物炭材料、海藻酸钠和罗尔斯通氏菌Ralstonia Bcul-1种子液混合；混合溶液中，生物炭材料的质量浓度为5％-10％，海藻酸钠的质量浓度为0.5％-1％；罗尔斯通氏菌Ralstonia Bcul-1种子液占比5％-10％(体积比)，其余为水。所制备的混合液室温下静置过夜。
步骤4：利用蠕动泵将上述生物炭-罗尔斯通氏菌混合溶液缓慢滴入质量浓度为1％的CaCl2溶液中同时不断搅拌，交联后得到的产物用去离子水洗净后得到生物炭联合罗尔斯通氏菌的吸附材料，即可用于去除水体中重金属的吸附材料。
将3g生物炭微球、生物炭联合罗尔斯通氏菌微球材料分别投入到Zn2+浓度为20、60和100mg/L溶液50mL中，吸附24h后测定溶液Zn2+浓度，并计算Zn2+去除效率。如表1和表2所示，本发明制备的生物炭联合罗尔斯通氏菌微球，对Zn2+的去除率大大超过了单一使用生物炭微球和单一采用罗尔斯通氏菌Ralstonia Bcul-1。
表1不同吸附材料对Zn2+的去除率(％)
Figure BDA0002291687850000041
表2罗尔斯通氏菌Ralstonia Bcul-1对Zn2+的去除率(％)
100mg/L Zn<sup>2+</sup>溶液 200mg/L Zn<sup>2+</sup>溶液 400mg/L Zn<sup>2+</sup>溶液
12.2 12.6 29.1
将单一的罗尔斯通氏菌Ralstonia Bcul-1接种到100mg/LCu2+水溶液中，16h对Cu2 +的吸收率可达29.2％，其余重金属的吸附效果见表3。
表3菌株对不同重金属污染水体16小时的吸附效果
Figure BDA0002291687850000042
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种生物炭基微生物菌剂，其特征在于：包括生物炭，以及生物炭上吸附的罗尔斯通氏菌(Ralstonia sp.)Ralstonia Bcul-1，该菌株保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，简称CGMCC，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，保藏日期为2019年04月12日，保藏编号为CGMCC NO.17565；
所述生物炭，与所述罗尔斯通氏菌(Ralstonia sp.)Ralstonia Bcul-1的菌液混合，通过造粒制得颗粒菌剂；
所述颗粒菌剂通过氯化钙和海藻酸钠的交联作用进行造粒。
2.一种如权利要求1所述的生物炭基微生物菌剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)制备生物炭-罗尔斯通氏菌混合溶液：所述混合溶液中包括所述生物炭、海藻酸钠和罗尔斯通氏菌Ralstonia Bcul-1种子液；其中，生物炭的质量浓度为5％-10％，海藻酸钠的质量浓度为0.5％-1％，罗尔斯通氏菌Ralstonia Bcul-1种子液占比5％-10％体积比，所制备的混合溶液室温下静置过夜；
(2)将上述生物炭-罗尔斯通氏菌混合溶液缓慢滴入质量浓度为1％的氯化钙溶液中，同时不断搅拌，交联后得到的产物用去离子水洗净后得到生物炭基微生物菌剂。
3.根据权利要求2所述的生物炭基微生物菌剂的制备方法，其特征在于：所述生物炭的制备方法如下：将有机废弃物在缺氧的环境下经高温慢热解，制得生物炭材料并过60目筛。
4.根据权利要求2所述的生物炭基微生物菌剂的制备方法，其特征在于：所述罗尔斯通氏菌Ralstonia Bcul-1种子液的制备方法如下：罗尔斯通氏菌Ralstonia Bcul-1菌株在LB液体培养基中于30℃150r·min-1条件下培养9-24h，然后12000r·min-1下离心5min收集菌体，菌体用无菌水冲液清洗3次后重悬于等体积的无菌水中制得种子液。
5.一种如权利要求1所述的生物炭基微生物菌剂在重金属污染水体修复中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述重金属包括锌。
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