CN112322570A - 一种腐殖质还原菌促生剂制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微生物技术领域，特别是涉及一种腐殖质还原菌促生剂制备方法及其应用。所述促生剂采用胞外聚合物(EPS)制备，该制备方法具有成本低、操作简单等优点。创新点：胞外聚合物(EPS)本身含有利于微生物生长的碳源及生长因子，因此可以减少碳源、氮源的投量，具有更低的成本，更具经济效益；胞外聚合物(EPS)是微生物在新陈代谢过程中分泌在细胞外的一些大分子聚合物，是生物膜的主要组成部分，因此不会有二次污染水体的可能性，对环境友好；胞外聚合物(EPS)本身含有胞外酶以及腐殖质类物质，以其作为生物促生剂与腐殖质还原菌的协同效果更好，腐殖质还原菌活性增强更明显，对有机污染物利用率更高。

Description

一种腐殖质还原菌促生剂制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及微生物技术领域，特别是涉及一种腐殖质还原菌促生剂制备方法及其应用。
背景技术
腐殖质还原菌是具有腐殖质呼吸特性的厌氧微生物，广泛存在于沉积物中，且可以利用环境中的有机污染物作为电子供体，因此腐殖质还原菌在水体自净，沉积物修复，污水处理等方面具有广阔的应用前景。但在有机质含量低的沉积物中，腐殖质还原菌活性降低，不利于其在底泥生物修复中的应用。
基于此种情况，可以向沉积物中投加生物促生剂来提高腐殖质还原菌活性及其代谢能力，使得腐殖质还原菌能够在较差环境中大量生长繁殖，并形成良好的菌胶团，以达到改善水质，降低污染物浓度的作用。但是目前没有对腐殖质还原均促生剂方面的研究。
而胞外聚合物(EPS)是微生物在新陈代谢过程中分泌在细胞外的一些大分子聚合物，是生物膜的主要组成部分，呈三维网状结构上，其在细胞外形成一个缓冲层，为微生物的生存提供稳定的环境。EPS通常包括微生物分泌物、细胞自溶物以及脱落的细胞表面和黏附的周围物质。EPS能够保证生物膜的功能正常进行以及其结构完整性，保持代谢物质传质通道顺畅，在贫营养状态下还可以为微生物提供碳源及能源。EPS可生物降解，因此应用在环境治理中不会造成二次污染现象。
因此本发明旨在以胞外聚合物(EPS)作为一种腐殖质还原菌促生剂，以期提高腐植酸还原菌的活性及降解能力。
发明内容
本发明的目的是针对在有机质含量低的沉积物中，腐殖质还原菌活性降低，不利于其在底泥生物修复的问题，而提供一种基于胞外聚合物(EPS)制备的腐殖质还原菌促生剂制备方法及其应用。
基于胞外聚合物(EPS)制备一种腐殖质还原菌促生剂，所述腐殖质还原菌促生剂由以下质量百分比的原料制成：EPS 20-30％、有机酸1-3％、生长激素1-2％、矿物质1-2％、有机盐1-2％、氮营养液1-3％、磷营养液0.5-1％、微量元素0.5-1％、纯净水65％，其具体步骤如下：
1)在反应器中加入纯净水，且反应器内为常温状态30摄氏度，随后加入EPS，静态放置40分钟，随后充分搅拌20分钟；
2)在反应器内溶液还在振荡时，加入有机酸、生长激素、矿物质、有机盐、氮营养液、磷营养液、微量元素静态放置30分钟，随后充分搅拌20分钟；
3)反应器密封保存2天，在取反应器内的生物促生剂检验合格后，装瓶保存，制得液态促生剂。
作为本发明进一步的方案：由于胞外聚合物(EPS)的主要组成部分为蛋白质和多糖，除此之外还包含少量的类脂类、核酸、腐殖质以及糖醛酸，其本身就含有适合微生物生长的碳源及生长因子，所述促生剂里面酶、有机盐、氮磷营养素的投量比之其它促生剂更低。
作为本发明进一步的方案：所述EPS获取方式如下：
1)获取活性污泥；
2)将获取到的活性污泥在4000r/min下离心，倾去上清液，完成污泥的清洗及浓缩。
3)将浓缩后的污泥重新悬浮于缓冲液(PH＝7)中，在4℃、12000r/min条件下离心15min，所得上清液即为EPS原液。
4)把所提取的EPS原液经0.22um滤膜真空抽滤，去除微生物的影响，滤过的上清液即为EPS溶液。
作为本发明进一步的方案：所述有机酸为黄腐酸、棕腐酸和黑腐酸。
作为本发明进一步的方案：所述生长激素为赤霉素。
作为本发明进一步的方案：有机盐为氯化钠，提高微生物所需的矿物质。
作为本发明进一步的方案：所述微量元素为三价铁离子和二价锌离子的混合物。
本发明的另一方面，利用所制备的促生剂协同腐殖质还原菌削减底泥营养盐。
腐殖质还原菌是具有腐殖质呼吸能力的一种厌氧微生物，天然环境中可能存在众多的腐殖质还原菌，在腐殖质以及代谢物条件合适的情况下，腐殖质还原菌可以在地球化学循环中发挥重要角色。腐殖质呼吸过程可将腐殖质还原，而还原态腐殖质可以进一步作为电子供体，在腐殖质还原菌的作用下参与反硝化过程，并发挥生物脱氮作用，从而影响水体及底泥中C/N的迁移转化。
自然环境中的腐殖质多与矿物结合，以络合态形式存在，生物利用率低；而本发明以胞外多聚物制备的促生剂内含有易被生物利用的腐殖质，可通过促生剂与腐殖质还原菌的协同作用，为腐殖质还原菌提供适宜的代谢条件，提高腐殖质还原菌削减河道底泥营养盐的效果。
具体步骤如下：
1)取约400mL河道底泥注入广口瓶中，加入自来水至1L，静置7天；
2)待稳定后，向底泥中投加所述腐殖质湖还原菌促生剂及驯化活性污泥(腐殖质还原菌浓度5×108-5×109mpn/mL)；
3)驯化活性污泥的投加比例0.5-1.5mL/L(污泥体积与底泥体积之比)，促生剂投加比例0.5-1.5mL/L(促生剂体积与底泥体积)，均采用散点注射法注入底泥中。
4)从上覆水及间隙水：TN、NH4 +-N、NO3 --N、NO2 --N、TP、ORP、DO、pH；沉积物：ORP、DO、pH、全氮、总磷、微生物活性、微生物群落结构等方面衡量削减河道营养盐效果。
本发明的另一方面，利用所制备的促生剂协同腐殖质还原菌修复河道水体，降解有机质。
腐殖质结构中的醌类基团可作为电子穿梭体，在腐殖质呼吸作用下，腐殖质还原菌氧化环境中的有机质等电子供体，将电子传递给腐殖质。本发明制备的促生剂可以作为强化措施，为腐殖质还原菌提供适宜的代谢条件，提高腐殖质还原菌的介导能力，提高降解河道有机质的效果。
具体步骤如下：
1)取约400mL河道底泥注入广口瓶中，加入自来水至1L，静置7天；
2)待稳定后，向底泥中投加所述腐殖质湖还原菌促生剂及驯化活性污泥(腐殖质还原菌浓度5×108-5×109mpn/mL)；
3)设置实验组，每个实验组中驯化活性污泥的投加比例均为0.5-1.5mL/L(污泥体积与底泥体积之比)，促生剂投加比例为0.5-1.5mL/L(促生剂体积与底泥体积)，均采用散点注射法注入底泥中。
4)从底泥ORP、总有机质(TOM)、重组有机质(HFOM)、轻组有机质(LFOM)、溶解性有机质(DOM)、活性有机质(LOM)等方面衡量沉积物有机质修复效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.胞外聚合物(EPS)的主要组成部分为蛋白质和多糖，除此之外还包含少量的类脂类、核酸、腐殖质以及糖醛酸，其本身含有利于微生物生长的碳源及生长因子，因此以胞外聚合物(EPS)作为生物促生剂，可以减少碳源、氮源的投量，具有更低的成本，更具有经济效益；
2.胞外聚合物(EPS)是微生物在新陈代谢过程中分泌在细胞外的一些大分子聚合物，是生物膜的主要组成部分，因此不会有二次污染水体的可能性，对环境友好；
3.胞外聚合物(EPS)本身含有胞外酶以及腐殖质类物质，以其作为生物促生剂，可使腐殖质还原菌活性增强更明显，修复水体效果更好，对有机污染物利用率更高。
附图说明
图1是本发明的促生剂的不同投量对腐殖质还原菌的生长情况。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
利用所制备的促生剂，探究其对腐殖质还原菌的生长情况。
具体步骤如下：
1.取实验室冰箱保存的腐殖质还原菌作为实验对象，考察促生剂注射对其生长性能的影响。
2.直接接种腐殖质还原菌到250ml培养基中，接种量为5％。
3.分别将1ml、5ml、10ml、20ml的促生剂注射到各自培养基中，将培养基置于37℃进行摇床震荡培养，
4.每隔12h测定OD600考查菌的生长状况。
实施例2
利用所制备的促生剂协同腐殖质还原菌削减底泥营养盐。
具体步骤如下：
1.取约400mL河道底泥注入广口瓶中，加入自来水至1L，静置7天；
2.待稳定后，向底泥中投加所述腐殖质湖还原菌促生剂及驯化活性污泥(腐殖质还原菌浓度5×108-5×109mpn/mL)；
3.驯化活性污泥的投加比例0.5-1.5mL/L(污泥体积与底泥体积之比)，促生剂投加比例0.5-1.5mL/L(促生剂体积与底泥体积)，均采用散点注射法注入底泥中。
4.从上覆水及间隙水：TN、NH4 +-N、NO3 --N、NO2 --N、TP、ORP、DO、pH；沉积物：ORP、DO、pH、全氮、总磷、微生物活性、微生物群落结构等方面衡量削减河道营养盐效果。
实施例3
利用所制备的促生剂协同腐殖质还原菌修复河道水体，降解有机质。
具体步骤如下：
1.取约400mL河道底泥注入广口瓶中，加入自来水至1L，静置7天；
2.待稳定后，向底泥中投加所述腐殖质湖还原菌促生剂及驯化活性污泥(腐殖质还原菌浓度5×108-5×109mpn/mL)；
3.设置实验组，每个实验组中驯化活性污泥的投加比例均为0.5-1.5mL/L(污泥体积与底泥体积之比)，促生剂投加比例为0.5-1.5mL/L(促生剂体积与底泥体积)，均采用散点注射法注入底泥中。
4.从底泥ORP、总有机质(TOM)、重组有机质(HFOM)、轻组有机质(LFOM)、溶解性有机质(DOM)、活性有机质(LOM)等方面衡量沉积物有机质修复效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种腐殖质还原菌促生剂制备方法及其应用
所述腐殖质还原菌促生剂由以下质量百分比的原料制成：EPS 20-30％、有机酸1-3％、生长激素1-2％、矿物质1-2％、有机盐1-2％、氮营养液1-3％、磷营养液0.5-1％、微量元素0.5-1％、纯净水65％，其具体步骤如下：
1)在反应器中加入纯净水，且反应器内为常温状态30摄氏度，随后加入EPS，静态放置40分钟，随后充分搅拌20分钟；
2)在反应器内溶液还在振荡时，加入有机酸、生长激素、矿物质、有机盐、氮营养液、磷营养液、微量元素静态放置30分钟，随后充分搅拌20分钟；
3)反应器密封保存2天，在取反应器内的生物促生剂检验合格后，装瓶保存，制得液态促生剂。
2.根据权利要求1所述，步骤1)中的EPS获取方式如下：
1)获取活性污泥；
2)将获取到的活性污泥在4000r/min下离心，倾去上清液，完成污泥的清洗及浓缩。
3)将浓缩后的污泥重新悬浮于缓冲液(PH＝7)中，在4℃、12000r/min条件下离心15min，所得上清液即为EPS原液。
4)把所提取的EPS原液经0.22um滤膜真空抽滤，滤过的上清液即为EPS溶液。
3.根据权利要求1所述，腐殖质还原菌促生剂在修复水体中的应用，具体步骤如下：
1)取约400mL河道底泥注入广口瓶中，加入自来水至1L，静置7天；
2)待稳定后，向底泥中投加所述腐殖质湖还原菌促生剂及驯化活性污泥(腐殖质还原菌浓度5×108-5×109mpn/mL)；
3)驯化活性污泥的投加比例0.5-1.5mL/L(污泥体积与底泥体积之比)，促生剂投加比例0.5-1.5mL/L(促生剂体积与底泥体积)，均采用散点注射法注入底泥中；
4)从上覆水及间隙水：TN、NH4 +-N、NO3 --N、NO2 --N、TP、ORP、DO、pH；底泥：ORP、DO、pH、全氮、总磷、微生物活性、微生物群落结构等方面衡量削减河道营养盐效果；
5)从底泥ORP、总有机质(TOM)、重组有机质(HFOM)、轻组有机质(LFOM)、溶解性有机质(DOM)、活性有机质(LOM)等方面衡量沉积物有机质修复效果。
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