CN111924984A - 一种治理开放性水域沉积污染物的复合菌剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种治理开放性水域沉积污染物的复合菌剂及其制备方法，该复合菌剂由芽孢杆菌、酵母菌、光合细菌、硅藻土和膨润土组成；制备方法的步骤包括：将将芽孢杆菌发酵液、酵母菌发酵液、光合细菌发酵液以20份~30份：20份~40份：30份~50份的体积份数进行混合，离心后得到混合菌体；再向混合菌体添加膨润土、硅藻土和水，混合均匀，然后进行造粒，即得复合菌剂。本发明复合菌剂直接作用于沉积物表面，通过各组分的协同作用，对开放性水体沉积污染物具有很强的治理作用，可在短时间内显著降低COD、氨氮、总氮、有机物等污染指标。而且，该复合菌剂无需活化，用于水体沉积污染物治理时直接投放即可，使用非常简单、便利。

Description

一种治理开放性水域沉积污染物的复合菌剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及水环境治理领域，具体涉及一种治理开放性水域沉积污染物的复合菌剂及其制备方法。
背景技术
河湖等开放性水体的沉积污染物又叫底泥，是自然水域的重要组成部分。当水域受到污染后，水中部分污染物可通过沉淀或颗粒物吸附而蓄存在底泥中，适当条件下重新释放，成为二次污染源，这种污染称为底泥污染。
在河流湖泊污染治理过程中，底泥污染整治是主要的难点之一，也是较为普遍存在的环境问题。水体和底泥之间存在着吸收和释放的动态平衡，当水体存在较严重污染时，一部分污染物能够通过沉淀、吸附等作用进人底泥中；当外源造成的污染得到控制后，累积于底泥中的各种有机和无机污染物通过与上覆水体间的物理、化学、生物交换作用，重新进入到上覆水体中，成为影响水体水质的二次污染源。
底泥主要通过4种方式影响上覆水体水质：
(1)由于底泥与间隙水中浓度差引起的污染物向上覆水体的释放过程，从而使上覆水体中主要污染物浓度增加；
(2)底泥微生物降解有机物的过程消耗上覆水体中的溶解氧；
(3)底泥再悬浮过程中，吸附的污染物向上覆水体的扩散、释放，增加了上覆水体中的有机污染物；
(4)底泥扰动，增加了底泥中污染物向上扩散速率。
污染底泥的原位修复技术，是在不通过疏浚，就在原位进行污染物治理的技术。原位修复技术主要有：原位掩蔽技术、原位化学处理技术、原位生物修复技术。原位生物修复技术包括植物修复技术和微生物修复技术，其中，微生物修复技术是利用天然的或经驯化的微生物通过氧化、还原、水解作用等有机污染物降解成CO2和H2，或转化成其他无害物质。采用人工驯化、固定化微生物和转基因工程菌能够成功降解底泥中的有机污染物，但是要将其制成能方便使用的生物修复产品，还需要进行大量的研究。比如，目前市面上销售的产品，普遍存在修复效果不佳，对污染物分解、去除效率低，使用不方便，使用前需要先进行菌剂活化等问题。
发明内容
基于现有技术存在的问题，本发明提供一种治理开放性水域沉积污染物的复合菌剂及其制备方法，便于用生物技术的手段对开放性水域污染底泥进行方便、高效地原位修复。
首先，本发明提供了一种治理开放性水域沉积污染物的复合菌剂，由重量比为4:3:3的混合菌体、膨润土、硅藻土组成，所述混合菌体由芽孢杆菌、酵母菌、光合细菌组成。
进一步地，所述混合菌体以如下方法制得：将芽孢杆菌发酵液、酵母菌发酵液、光合细菌发酵液以20份~30份：20份~40份：30份~50份的体积份数进行混合，得到混合菌液，对混合菌液进行离心，收集得到混合菌体。
进一步地，芽孢杆菌发酵液的菌体密度为3.58～6.25×1010CFU/mL，酵母菌体密度为7.25～9.98×109CFU/mL，光合细菌的菌体密度为2.55～4.25×108 CFU/mL。
进一步地，所述芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧胞芽孢杆菌中的一种或多种。
进一步地，所述酵母菌为胶红酵母和/或假丝酵母。
进一步地，所述光合细菌为沼泽红假单胞菌。
本发明还提供了一种治理开放性水域沉积污染物的复合菌剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备芽孢杆菌发酵液：对芽孢杆菌进行活化，得到活化芽孢杆菌；对活化芽孢杆菌进行扩大培养，得到芽孢杆菌种子菌；将芽孢杆菌种子菌接种至发酵罐中进行培养，培养温度37℃，培养时间48h，得到芽孢杆菌发酵液；
S2：制备酵母菌发酵液：对酵母菌进行活化，得到活化酵母菌；对活化酵母菌进行扩大培养，得到酵母菌种子菌；将酵母菌种子菌接种至发酵罐中进行培养，培养温度30℃，培养时间48h，得到酵母菌发酵液；
S3：制备光合细菌发酵液：对光合细菌进行活化，得到活化光合细菌；对活化光合细菌进行扩大培养，得到光合细菌种子菌；将光合细菌种子菌接种至发酵袋中厌氧培养，培养温度37℃，光照强度3000-4000LX，培养时间72h-84h，得到光合细菌发酵液；
S4：将步骤S1、S2、S3制得的芽孢杆菌发酵液、酵母菌发酵液、光合细菌发酵液按照20份~30份：20份~40份：30份~50份的体积份数进行混合，得到混合菌液，对混合菌液进行离心，收集得到混合菌体；
S5：按4:3:3的重量比例将混合菌体、膨润土、硅藻土进行混合，得到混合物料，再向所述混合物料中以15%~20%的重量比加水，并混合均匀，得到复合菌物料；
S6：将步骤S5中得到的复合菌物料进行造粒，即得到复合菌剂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明复合菌剂中的芽孢杆菌对生长条件要求低，能够快速在水体中定植；并且能够释放出高活性分解酵素，将水体中的大分子物质分解成可利用的小分子物质。
2、本发明复合菌剂中的酵母菌能够利用水体中的糖类、有机酸、氨态氮、硫化氢等物质作为自身生长的营养物质进行繁殖，降低水体中的有害物质，提升水质。
3、本发明复合菌剂中的光合细菌兼性厌氧，能够在底泥层定植，能耐受高浓度的有机废水，具有高效生物降解能力，能够快速分解水体中氨氮、亚硝酸盐、硫化物等，同时对水体中的COD具有良好的去除效果。
4、本发明复合菌剂中的硅藻土吸附效果好，不仅可以作为菌剂的载体，而且被投入污染水体后，又能够完全地释放菌剂，同时还能够起到吸附水体污染物的作用。
5、本发明复合菌剂中，由于制粒时添加的辅料是膨润土和硅藻土，这两者制出来的颗粒放入水体后膨润土和硅藻土会缓慢吸水并膨胀，导致颗粒体积变大进而缓慢崩解，从而持续释放微生物，使得微生物量能够维持在一定范围内，保证治理效果的持续性。
6、由于本复合菌剂中的光合细菌是兼性厌氧菌，酵母是兼性好氧菌，能够在底泥这种特殊的环境下存活，而芽孢杆菌虽然是好氧菌，但是通过光合细菌和酵母菌的作用，能够促进芽孢杆菌在水体中复苏存活，因此，本发明的复合菌剂无需活化，用于水体沉积污染物治理时直接投放即可，使用非常简单、便利。
7、本发明复合菌剂直接作用于沉积物表面，通过各组分的协同作用，对开放性水体沉积污染物具有很强的治理作用，可在短时间内显著降低COD、氨氮、总氮、有机物等污染指标，5天时间即可将劣V类水质改善为三类水质。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
（1）芽孢杆菌发酵液的制备：将枯草芽孢杆菌的菌株在固体培养基上进行划线培养，得到活化菌；挑选单菌落的活化菌接种至液体培养基中进行扩大培养，得到种子菌；将种子菌接种至发酵罐中进行培养，发酵温度37℃，发酵时间48h，得到菌体密度为7.34～9.59×1010CFU/mL的枯草芽孢杆菌发酵液；
（2）酵母菌发酵液的制备：将胶红酵母菌在固体培养基上进行划线培养，得到活化菌；挑选单菌落的活化菌接种至液体培养基中进行扩大培养，得到种子菌；将种子菌接种至发酵罐中进行培养，发酵温度30℃，发酵时间48h，得到菌体密度为1.67～2.59×1010CFU/mL的酵母菌发酵液；
（3）光合细菌发酵液的制备：将沼泽红假单胞菌的菌株在固体培养基上进行划线培养，得到活化菌；挑选单菌落的活化菌接种至液体培养基中进行扩大培养，得到种子菌；将种子菌接种至发酵袋中厌氧培养，培养温度37℃，光照强度3000-4000LX，培养时间72h，得到菌体密度为2.55～4.25×108CFU/mL的光合菌液；
（4）将步骤（1）所得的芽孢杆菌发酵液、步骤（2）所得的酵母发酵液、步骤（3）所得的光合细菌发酵液按照20份：40份：40份的体积份数量取后进行混合，离心收集菌剂，得到混合菌体；
（5）按4:3:3的重量比例将混合菌体、膨润土、硅藻土进行混合，得到混合物料，再向所述混合物料中以15%的重量比加水，并混合均匀，得到复合菌物料；
（6）将步骤（5）中得到的复合菌物料用造粒机进行造粒，最终得到复合菌剂。
将本实施例获得的复合菌剂应用于开放性水域沉积污染物治理。取污染河道水175L放置于200L水箱中，底泥厚度20cm，初始水质COD 48.92mg/L、氨氮12.38mg/L、总氮43.40mg/L。按照20mg/L的添加量将复合菌剂投入水中，于曝气(30L/min)条件下处理5天，以相同曝气量不加菌剂作为对照。5天后经测定，COD 19.89mg/L、氨氮0.82mg/L、总氮32.40mg/L，对照基本无变化。
实施例二：
（1）芽孢杆菌发酵液的制备：将地衣芽孢杆菌的菌株在固体培养基上进行划线培养，得到活化菌；挑选单菌落的活化菌接种至液体培养基中进行扩大培养，得到种子菌；将种子菌接种至发酵罐中进行培养，发酵温度37℃，发酵时间48h，得到菌体密度为7.34～9.59×1010CFU/mL的枯草芽孢杆菌发酵液；
（2）酵母菌发酵液的制备：将假丝酵母在固体培养基上进行划线培养，得到活化菌；挑选单菌落的活化菌接种至液体培养基中进行扩大培养，得到种子菌；将种子菌接种至发酵罐中进行培养，发酵温度30℃，发酵时间48h，得到菌体密度为1.67～2.59×1010CFU/mL的酵母菌发酵液；
（3）光合细菌发酵液的制备：将沼泽红假单胞菌的菌株在固体培养基上进行划线培养，得到活化菌；挑选单菌落的活化菌接种至液体培养基中进行扩大培养，得到种子菌；将种子菌接种至发酵袋中厌氧培养，培养温度37℃，光照强度3000-4000LX，培养时间84h，得到菌体密度为2.55～4.25×108CFU/mL的光合菌液；
（4）将步骤（1）所得的芽孢杆菌发酵液、步骤（2）所得的酵母发酵液、步骤（3）所得的光合细菌发酵液按照30份：20份：50份的体积份数量取后进行混合，离心收集菌剂，得到混合菌体；
（5）按4:3:3的重量比例将混合菌体、膨润土、硅藻土进行混合，得到混合物料，再向所述混合物料中以20%的重量比加水，并混合均匀，得到复合菌物料；
（6）将步骤（5）中得到的复合菌物料用造粒机进行造粒，最终得到复合菌剂。
将本实施例获得的复合菌剂应用于开放性水域沉积污染物治理。取污染河道水175L放置于200L水箱中，底泥厚度20cm，初始水质COD 50.56mg/L、氨氮12.17mg/L、总氮43.04mg/L。按照35mg/L的添加量将复合菌剂投入水中，于曝气(30L/min)条件下处理5天，以相同曝气量不加菌剂作为对照。5天后经测定COD 18.20mg/L、氨氮0.68mg/L、总氮30.40mg/L，对照组基本无变化。
实施例三：
（1）芽孢杆菌发酵液的制备：将侧芽孢杆菌的菌株在固体培养基上进行划线培养，得到活化菌；挑选单菌落的活化菌接种至液体培养基中进行扩大培养，得到种子菌；将种子菌接种至发酵罐中进行培养，发酵温度37℃，发酵时间48h，得到菌体密度为7.34～9.59×1010CFU/mL的枯草芽孢杆菌发酵液；
（2）酵母菌发酵液的制备：将胶红酵母和假丝酵母在固体培养基上分别进行划线培养，得到活化菌；挑选单菌落的活化菌一起接种至液体培养基中进行扩大培养，得到种子菌；将种子菌接种至发酵罐中进行培养，发酵温度30℃，发酵时间48h，得到菌体密度为1.67～2.59×1010CFU/mL的酵母菌发酵液；
（3）光合细菌发酵液的制备：将沼泽红假单胞菌的菌株在固体培养基上进行划线培养，得到活化菌；挑选单菌落的活化菌接种至液体培养基中进行扩大培养，得到种子菌；将种子菌接种至发酵袋中厌氧培养，培养温度37℃，光照强度3000-4000LX，培养时间78h，得到菌体密度为2.55～4.25×108CFU/mL的光合菌液；
（4）将步骤（1）所得的芽孢杆菌发酵液、步骤（2）所得的酵母发酵液、步骤（3）所得的光合细菌发酵液按照25份：30份：45份的体积份数量取后进行混合，离心收集菌剂，得到混合菌体；
（5）按4:3:3的重量比例将混合菌体、膨润土、硅藻土进行混合，得到混合物料，再向所述混合物料中以20%的重量比加水，并混合均匀，得到复合菌物料；
（6）将步骤（5）中得到的复合菌物料用造粒机进行造粒，最终得到复合菌剂。
将本实施例获得的复合菌剂应用于开放性水域沉积污染物治理。取污染河道水175L放置于200L水箱中，底泥厚度20cm，初始水质COD 51.32mg/L、氨氮12.28mg/L、总氮43.39mg/L。按照35mg/L的添加量将复合菌剂投入水中，于曝气(30L/min)条件下处理5天，以相同曝气量不加菌剂作为对照。5天后经测定COD 19.35mg/L、氨氮0.65mg/L、总氮30.64mg/L，对照组基本无变化。
实施例四：
（1）芽孢杆菌发酵液的制备：将侧芽孢杆菌的菌株在固体培养基上进行划线培养，得到活化菌；挑选单菌落的活化菌接种至液体培养基中进行扩大培养，得到种子菌；将种子菌接种至发酵罐中进行培养，发酵温度37℃，发酵时间48h，得到菌体密度为7.34～9.59×1010CFU/mL的枯草芽孢杆菌发酵液；
（2）酵母菌发酵液的制备：将胶红酵母和假丝酵母在固体培养基上分别进行划线培养，得到活化菌；挑选单菌落的活化菌同时接种至液体培养基中进行扩大培养，得到种子菌；将种子菌接种至发酵罐中进行培养，发酵温度30℃，发酵时间48h，得到菌体密度为1.67～2.59×1010CFU/mL的酵母菌发酵液；
（3）光合细菌发酵液的制备：将沼泽红假单胞菌的菌株在固体培养基上进行划线培养，得到活化菌；挑选单菌落的活化菌接种至液体培养基中进行扩大培养，得到种子菌；将种子菌接种至发酵袋中厌氧培养，培养温度37℃，光照强度3000-4000LX，培养时间78h，得到菌体密度为2.55～4.25×108CFU/mL的光合菌液；
（4）将步骤（1）所得的芽孢杆菌发酵液、步骤（2）所得的酵母发酵液、步骤（3）所得的光合细菌发酵液按照30份：30份：40份的体积份数量取后进行混合，离心收集菌剂，得到混合菌体；
（5）按4:3:3的重量比例将混合菌体、膨润土、硅藻土进行混合，得到混合物料，再向所述混合物料中以20%的重量比加水，并混合均匀，得到复合菌物料；
（6）将步骤（5）中得到的复合菌物料用造粒机进行造粒，最终得到复合菌剂。
将本实施例获得的复合菌剂应用于开放性水域沉积污染物治理。取污染河道水175L放置于200L水箱中，底泥厚度20cm，初始水质COD52.14mg/L、氨氮12.38mg/L、总氮43.32mg/L。按照50mg/L的添加量将复合菌剂投入水中，于曝气(30L/min)条件下处理5天，以相同曝气量不加菌剂作为对照。5天后经测定COD 18.21mg/L、氨氮0.61mg/L、总氮29.40mg/L，对照组基本无变化。

Claims (10)

1.一种治理开放性水域沉积污染物的复合菌剂，其特征在于：该复合菌剂由重量比为4:3:3的混合菌体、膨润土、硅藻土组成，所述混合菌体由芽孢杆菌、酵母菌、光合细菌组成。
2.根据权利要求1所述的一种治理开放性水域沉积污染物的复合菌剂，其特征在于：所述混合菌体以如下方法制得：将芽孢杆菌发酵液、酵母菌发酵液、光合细菌发酵液以20份~30份：20份~40份：30份~50份的体积份数进行混合，得到混合菌液，对混合菌液进行离心，收集得到混合菌体；所述芽孢杆菌发酵液的菌体密度为3.58～6.25×1010CFU/mL，酵母菌发酵液的菌体密度为7.25～9.98×109CFU/mL，光合细菌发酵液的菌体密度为2.55～4.25×108 CFU/mL。
3.根据权利要求1所述的一种治理开放性水域沉积污染物的菌剂，其特征在于：所述芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧胞芽孢杆菌中的一种或多种；所述酵母菌为胶红酵母和/或假丝酵母；所述光合细菌为沼泽红假单胞菌。
4.一种治理开放性水域沉积污染物的复合菌剂的制备方法，其特征在于：用于制备权利要求1~3中任意一项所述的复合菌剂，包括以下步骤：
将芽孢杆菌、酵母菌、光合细菌分别经过发酵培养后分别得到芽孢杆菌发酵液、酵母菌发酵液、光合细菌发酵液；
将所述芽孢杆菌发酵液、酵母菌发酵液、光合细菌发酵液进行混合，得到混合发酵液；
对所述混合发酵液进行离心，收集得到混合菌体；
将所述混合菌体与膨润土、硅藻土和水混合均匀，得到复合菌物料；
将所述复合菌物料进行造粒，得到复合菌剂。
5.根据权利要求4所述的一种治理开放性水域沉积污染物的复合菌剂的制备方法，其特征在于：所述混合发酵液中芽孢杆菌发酵液、酵母菌发酵液、光合细菌发酵液的体积份数为：20份~30份：20份~40份：30份~50份。
6.根据权利要求4所述的一种治理开放性水域沉积污染物的复合菌剂的制备方法，其特征在于：所述混合菌体、膨润土、硅藻土的重量比为4:3:3。
7.根据权利要求4中任意一项所述的一种治理开放性水域沉积污染物的复合菌剂的制备方法，其特征在于：制备芽孢杆菌发酵液的步骤包括：
芽孢杆菌活化，得到活化菌；
活化菌扩大培养，得到种子菌；
将种子菌接种至发酵罐中进行培养，培养温度37℃，培养时间48h。
8.根据权利要求4中任意一项所述的一种治理开放性水域沉积污染物的复合菌剂的制备方法，其特征在于：制备酵母菌发酵液的步骤包括：
酵母菌活化，得到活化菌；
活化菌扩大培养，得到种子菌；
将种子菌接种至发酵罐中进行培养，培养温度30℃，培养时间48h。
9.根据权利要求4中任意一项所述的一种治理开放性水域沉积污染物的复合菌剂的制备方法，其特征在于：制备光合细菌发酵液的步骤包括：
光合细菌活化，得到活化菌；
活化菌扩大培养，得到种子菌；
将种子菌接种至发酵袋中厌氧培养，培养温度37℃，光照强度3000-4000LX，培养时间72h-84h。
10.一种治理开放性水域沉积污染物的复合菌剂的使用方法：将权利要求1~3中任意一项所述的复合菌剂直接投放至污染水体中，投放量为20-50g/m3。
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