CN114656031A - 一种活性锰氧化菌生物填料及降解压舱水中藻毒素的方法 - Google Patents

一种活性锰氧化菌生物填料及降解压舱水中藻毒素的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于海洋污水处理技术领域，尤其涉及一种活性锰氧化菌生物填料及降解压舱水中藻毒素的方法。所述活性锰氧化菌生物填料包括多孔生物填料和活性锰氧化菌，所述活性锰氧化菌被所述多孔生物填料固定。本发明利用海边丰富的贝壳资源为主基材，辅助磁浮选后的高铁锂矿渣和锰砂材料，采用一种硅胶粘结和酸处理的微孔形成工艺，研制出来多孔锰氧化菌群专用生物基填料，具有强大的比表面积和吸附能力，可高效富集低浓度藻毒素，填料中富含锰氧化物，为锰氧化菌群固定活化附着提供条件，耐受盐水的浸蚀，无重金属危害离子释放，且生产原材料来源丰富，生产成本低，同时也有效为解决贝壳和锂矿渣的处置提供了有效渠道，适合大规模推广使用。

Description

一种活性锰氧化菌生物填料及降解压舱水中藻毒素的方法
技术领域
本发明属于海洋污水处理技术领域，尤其涉及一种活性锰氧化菌生物填料及降解压舱水中藻毒素的方法。
背景技术
船舶压舱水来源于启运口岸海域，含有大量生物，包括浮游生物、细菌、虫卵等，甚至会含有污染物，像微塑料、重金属、底泥等，当船舶到达目的地，将压舱水排放到目的地海域，会对当地海洋生态系统及环境安全产生严重威胁，随着洋流扩散的浮游藻类的活动范围有限，通过船舶压载水可将浮游藻类扩散至全球海域，而外来藻类生存能力较强，极易引发赤潮。赤潮藻恶性繁殖对海洋生态系统、人类健康及海洋渔业资源等造成诸多危害。国际航行船舶压舱水排放引发了外来生物入侵，已受到各国公众的指责，被联合国全球环保基金组织(GEF)列为海洋面临的“四大危害”之一，船舶压舱水排放已经成为困扰国际海运业可持续发展的一道难题。
压舱水在经过消毒（紫外、电解、化学消毒剂）杀灭各种藻类过程中，各种藻类细胞破裂释放到水体中的藻毒素，就成为重大环境隐患。如果直接排放到海岸水域中，经滤食性贝类摄食后，能够在贝类体内累积，引发人类中毒甚至死亡事件，会导致附近沿海海水养殖业、滨海旅游等产业的巨大经济损失。
海洋藻毒素主要是由海洋有毒微藻产生的活性物质，贝类等摄食了有毒微藻，就会将毒素富集于体内，人类食用了藻毒素污染的贝类等海产品就会中毒甚至死亡。
目前，我国是世界上海产品生产和消费第一大国，近海有毒赤潮频发。近几年，渤海和福建沿岸海域麻痹性贝类毒素污染较重。主要产毒微藻有亚历山大藻和链状裸甲藻。按中毒症状，藻毒素分为麻痹性贝类毒素(Paralytic Shellfish Poisoning，PSP)、腹泻性贝类毒素(Diarrhetic Shellfish Poisoning，DSP)、神经性贝类毒素(NeurotoxicShellfish Poisoning，NSP)、失忆性贝类毒素(Amnesic Shellfish Poisoning，ASP)和西加鱼毒(Ciguatera Fish Poisoning，CFP)。2004年，联合国粮农组织、联合国政府间海洋学委会和世界健康组织，按化学结构将贝类毒素分为8组，即石房蛤毒素组(saxitoxin，STX)、软骨藻酸组(domoic acid，DA)、大田软海绵酸毒素组(okadaic acid，OA) ,氮杂螺环毒素组(azaspiracid，AZA)、短裸甲藻毒素组(brevetoxin，BTX)、蛤毒素组(pecenotoxin，PTX)、虾夷扇贝毒素组(yessotoxin，YTX)和环亚胺类毒素(cyclic imine，CI)，除STX和DA为水溶性的，其他毒素均为脂溶性的，具热稳定性，易溶解于甲醇和乙醚等有机试剂。大量研究表明，麻痹性贝毒毒素(paralytic shellfish toxins，PSTs)和腹泻性贝毒毒素(diarrhetic shellfish toxins，DSTs)是我国近海最为常见的藻毒素，麻痹性贝毒主要来自有毒的亚历山大藻(Alexandri umspp)，大田软海绵酸(okadaic acid，OA)和扇贝毒素(pectenotoxins，PTXs)等腹泻性贝毒毒素则主要来自有毒鳍藻(Dinophysis spp)。
因此，寻求高效经济可行的海水环境降解藻毒素支撑技术迫在眉睫。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了活性锰氧化菌生物填料制备及其用于处理压舱水中藻毒素的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种活性锰氧化菌生物填料，包括多孔生物填料和锰氧化细菌，所述锰氧化细菌被所述多孔生物填料固定。
所述锰氧化细菌为锰氧化细菌泛菌Pantoea eucrinaSS01，来源于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC M 2021491，为现有技术中已有菌株。该菌株在专利CN113528372A一株泛菌及菌锰混合物及在降解孔雀石绿中的应用中已经披露。
作为优选，所述多孔生物填料包括以下组分：100-300目贝壳粉末、2-5mm贝壳微晶颗粒、磁选后的锂矿渣粉、100-500目锰矿砂粉、液体泡花碱。
作为优选，所述多孔生物填料包括以下重量份的组分：100-300目贝壳粉末25份、2-5mm贝壳微晶颗粒20份、磁选后的锂矿渣粉25份、100-500目锰矿砂粉20份、液体泡花碱10份。
作为优选，所述活性锰氧化菌生物填料由以下方法制备：
（1）多孔生物填料的制备；
（2）锰氧化工程菌剂的制备；
（3）锰氧化工程菌剂在多孔生物填料中固定活化，即得到所述活性锰氧化菌生物填料。
作为优选，步骤（1）中所述多孔生物填料的具体制备方法如下：
将各组分按比例投入到造粒机中，开动转筒电机，控制转筒速度50-80转/分钟下，搅拌15-30min,混合均匀，打成粉状颗粒物；
然后在搅拌状态下，接着将滚筒速度调整至100-150转/分钟，然后喷洒10%稀盐酸到粉状颗粒物表面，控制时间在10-30min内完成，维持转速继续搅拌反应30min，便形成了以贝壳微颗粒为中心包裹的球形颗粒物，直径在5-20mm；
然后进入滚筒干燥机进行干燥和煅烧处置，控制滚筒烘干机内前段烘干区域温度200-400℃，烘干煅烧时间为30分钟，后段煅烧区域温度控制在500-600℃，烘干煅烧时间为20-30分钟，即得到球形的多孔生物填料。
作为优选，步骤（2）中所述锰氧化工程菌剂的具体制备方法如下：
种子液培养：取斜面筛选保存的锰氧化菌菌种，将锰氧化菌菌种接种于种子液培养基中，接种后，在30℃，pH＝7、160rpm摇床培养24-36h，即制得种子液；
锰氧化工程菌扩大培养：将发酵培养基装在发酵罐中，将种子液按10％的体积比例加入发酵罐中，在30℃、220rpm 进行发酵培养，36-48h后，监控Mn2+浓度为20mM，为反应终点，获得锰氧化工程菌剂。
作为优选，所述种子液培养基包括以下组分：虫草真菌滤液TOC（Total OrganicCarbon，总有机碳）=4万-5万mg/L、TN（Total Nitrogen，总含氮量）=4000mg/L、TP（Totalphosphorus, 总含磷量）=100-200mg/L）、酵母浸出物、氯化钠、氯化锰；所述发酵培养基包括以下组分：所述虫草真菌滤液为虫草头孢菌菌株工业发酵回收菌丝体后的滤液，所述虫草头孢菌的拉丁文学名为：蝙蝠蛾拟青霉Paecilomyces hepiali，为现有技术中已有菌株，该菌株已于2020年10月29日在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中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，其保藏号为 CGMCC No.20758，该菌株在专利CN112746022A一种预防蝙蝠蛾拟青霉发酵菌丝体中腺苷流失的方法中已经披露；虫草真菌滤液（TOC=4万-5万mg/L、TN=4000mg/L、TP=100-200mg/L）、NaCl，用0.1mol/L NaOH溶液调节pH值至7.0。
作为优选，步骤（3）中所述锰氧化工程菌剂在多孔生物填料中固定活化的具体方法如下：将海水、氯化锰、多孔生物填料加入反应容器中，底部曝气充氧气，温度30℃、pH=7.0，锰氧化工程菌剂分2天加入，溶解氧控制在2-3mg/L，第2天开始监控水质中Mn2+含量降低至0.5mg/L，即完成了锰氧化菌在填料中的固定活化工序，得到活性锰氧化菌生物填料。
作为优选，所述多孔生物填料与锰氧化工程菌剂的体积比为100:1。
上述任一所述的活性锰氧化菌生物填料用于处理压舱水中藻毒素的方法，具体方法如下：采用生物滤池的形式，设计为低进高出，曝气池进行预充氧，曝气池停留时间为2-3h,保持水体中的溶解氧浓度在1mg/L以上即可，使用多级过滤坝结构，过滤坝主要填充料为上述的活性锰氧化菌生物填料，设计水力停留时间不低于3h，待处理的压舱水流经这些填料床时，便可完成了对藻毒素等新型有机污染物的吸附降解。
为了解决现有技术中船舶压舱水中灭活菌藻类后释放出来的藻毒素去除难题，本发明研制了一种新型的固定吸附生物填料，固定一类耐盐性高、具有锰氧化活性的细菌被称为锰氧化细菌（来源于盐地碱蓬叶片）来解决这一难题。其降解机理如下：锰氧化细菌能够氧化Mn(II)生成的锰氧化物被称为生物锰氧化物，生物氧化锰包含了Mn(III/IV)氧化物、Mn(II)碳酸盐的形式，它们发生在细菌的细胞外或者内生孢子的表面，菌锰混合物是由锰氧化细菌及其锰氧化产物混合而成的，在降解藻毒素等有机污染物时效率会明显提升，降解有机物生成的Mn(II)可以被锰氧化细菌再次氧化成Mn(III/IV)，生成Mn(III/IV)氧化物又可以继续氧化降解藻毒素等有机污染物，即锰氧化菌群及其锰氧化产物形成闭环协同作用。锰氧化菌混合物的高氧化性能决定了对藻毒素等新型有机污染物的高效降解能力，最大优点是无需外加化学氧化剂，而是利用空气中的氧气，生产出氧化能力强的锰氧化物而达到良好的降解效果。
如何破解生物锰氧化菌物对压舱水中低浓度藻毒素进行有效降解这一难题，最重要的一个环节是研制一种比表面积大的多孔生物填料，可实现对海水中微量的藻毒素具有很高的吸附捕捉能力，同时对锰氧化菌物具有很好的生物兼容性和固定效果，且该多孔生物填料的原材料来源丰富、制作成本低、本身无环境危害，固液分离效率高，在大流量含藻毒素的压舱水经过固定了锰氧化菌物的多孔填料层过程中，在多孔填料层表面吸附富集海水中的藻毒素等新型污染物和锰氧化反应同时完成。
有益效果
本发明利用海边丰富的贝壳资源为主基材，辅助磁浮选后的高铁锂矿渣和锰砂材料，采用一种硅胶粘结和酸处理的微孔形成工艺，研制出来多孔锰氧化菌群专用生物基填料，具有强大的比表面积和吸附能力，可高效富集低浓度藻毒素，填料中富含锰氧化物，为锰氧化菌群固定活化附着提供条件，耐受盐水的浸蚀，无重金属危害离子释放，且生产原材料来源丰富，生产成本低，同时也有效为解决贝壳和锂矿渣的处置提供了有效渠道，适合大规模推广使用。
附图说明
图1：本发明所述活性锰氧化菌生物填料的制备工艺流程图；
图2：本发明所述活性锰氧化菌生物填料用于降解压舱水藻毒素的工艺流程图；
图3：本发明实施例1制备的多孔生物填料的照片；
图4：海水中几种常见的藻毒素的化学结构式（a）麻痹性贝毒毒素；(b) 大田软海绵酸毒素(okadaic acid，OA)；(c)SPX（石房蛤毒素，saxitoxin）类毒素；(d)PTX（蛤毒素组，pecenotoxin)类毒素；(e)AZA（氮杂螺环毒素，azaspiracid）类毒素；(f)GYM（螺旋形亚胺，gymnodimine）类毒素；(g)YTX（虾夷扇贝毒素，yessotoxin）类毒素；
图5：本发明实施例2中活化锰氧化菌填料对大田软海绵酸毒素(okadaic acid，OA)、鳍藻毒素(dinophysistoxin，DTX)、蛤毒素-2 (pecenotoxin，PTX2)三种藻毒素的降解情况图；
图6：本发明实施例2中活化锰氧化菌填料对压舱水中TC（Total Carbon，总碳）、TIC（Total Inorganic Carbon，总无机碳）、TOC（Total Organic Carbon，总有机碳）指标随时间的降解情况图；
图7：本发明实施例3中活化锰氧化菌填料对OA（大田软海绵酸毒素，okadaicacid）、DTX（鳍藻毒素，dinophysistoxin)、PTX2（蛤毒素-2， pecenotoxin)三种藻毒素的降解情况图；
图8：本发明实施例3中不同HRT（Hydraulic Retention Time，水力停留时间）下TOC去除情况表；
图9：本发明实施例4中二级生物滤坝运行对三种毒素指标去除抗冲击情况图；
图10：本发明实施例4中二级生物滤坝运行对TOC（Total Organic Carbon，总有机碳）指标去除抗冲击情况图。
具体实施方式
以下，将详细地描述本发明。在进行描述之前，应当理解的是，在本说明书和所附的权利要求书中使用的术语不应解释为限制于一般含义和字典含义，而应当在允许发明人适当定义术语以进行最佳解释的原则的基础上，根据与本发明的技术方面相应的含义和概念进行解释。因此，这里提出的描述仅仅是出于举例说明目的的优选实例，并非意图限制本发明的范围，从而应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以由其获得其他等价方式或改进方式。
以下实施例仅是作为本发明的实施方案的例子列举，并不对本发明构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本发明的实质和构思的范围内的修改均落入本发明的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。
实施例1
1、多孔生物填料的制备
所述多孔生物填料的原材料来源、作用、配比及详见表1。
表1、多孔生物填料的原料配方
Figure DEST_PATH_IMAGE002
所述多孔生物填料由以下方法制备：
100-300目贝壳粉末、2-5mm贝壳微晶颗粒、磁选后的锂矿渣粉（湿品）、100-500目锰矿砂粉、液体泡花碱，按照表1中的重量比投入到造粒机中，开动转筒电机，控制转筒速度50-80转/分钟下，搅拌15-30min，混合均匀，打成粉状颗粒物，然后在搅拌状态下，接着将滚筒速度调整至100-150转/分钟，然后喷洒10%稀盐酸到粉状颗粒物表面，控制时间在10-30min内完成，维持转速继续搅拌反应30min，便形成了以贝壳微颗粒为中心包裹的球形颗粒物，直径在5-20mm，然后进入滚筒干燥机进行干燥和煅烧处置，滚筒干燥机热源一般选用天然气，由天然气火炬烟气来提供，控制滚筒烘干机内前段烘干区域温度200-400℃，烘干煅烧时间为30分钟，后段煅烧区域温度控制在500-600℃，烘干煅烧时间为20-30分钟，可得到较为均匀的球形多孔填料，滚筒烘干煅烧机产生的尾气经过碱液喷淋装置进行处置达标后排放。
制得的多孔生物填料的主要指标见表2。
表2、实施例1制备的多孔生物填料的主要性能参数
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表3、实施例1制备的多孔生物填料的主要化学成份表
Figure DEST_PATH_IMAGE004
2、活性锰氧化菌生物填料的制备
2.1种子液培养
种子液培养基：
300mL虫草真菌滤液（TOC=4万-5万mg/L、TN=4000mg/L、TP=100-200mg/L）、3g/L酵母浸出物、8g/L氯化钠、5g/L氯化锰，90-100℃下灭菌10-15min。
取斜面筛选保存的锰氧化菌菌种（锰氧化细菌泛PantoeaeucrinaSS01，来源于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC M2021491），将锰氧化菌菌种接种于装有300ml种子液培养基的1L三角瓶中，接种后，在30℃，pH＝7、160rpm摇床培养24-36h，即制得种子液。
2.2锰氧化工程菌扩大培养
工程菌液体发酵培养基：
30L虫草真菌滤液（TOC=4万-5万mg/L、TN=4000mg/L、TP=100-200mg/L），加30g/LNaCl，用0.1mol/L NaOH 溶液调节pH值至7.0，90-100℃高温灭菌15min，备用。
发酵培养：
将30L的所述发酵培养基装在50L发酵罐中，将种子液按10％的体积比例加入发酵罐中，在30℃、220rpm 进行发酵培养，36-48h后，监控Mn 2+浓度为20mM，为反应终点，获得耐盐锰氧化工程菌剂，本发明产品活菌数大于1亿/CFU/mL，保存温度20℃下。
2.3锰氧化菌在多孔生物填料中的固定活化
海水（取自青岛胶州湾海域）1000L，氯化锰5kg，本发明制备的多孔生物填料300L，底部曝气充氧气，温度30℃、pH=7.0，上述培养的锰氧化工程菌剂添加量10L，分2天加入（5+5L），溶解氧控制在2-3mg/L，第2天开始监控水质中Mn2+含量降低至0.5mg/L，即完成了锰氧化菌在填料中的固定活化工序，得到活性锰氧化菌生物填料。
3、活性锰氧化菌生物填料降解压舱水藻毒素的使用方法
经过固定活化后的活性锰氧化菌生物填料可直接投入使用，使用过程中无需再添加锰盐，使用方法为生物滤池的形式，设计为低进高出，曝气池进行预充氧，曝气池停留时间为2-3h，保持水体中的溶解氧浓度在1mg/L以上即可，在使用工程中设计多级过滤坝结构，过滤坝主要填充料为活性锰氧化菌生物填料，设计水力停留时间不低于3h，待处理的压舱水流经这些填料床时，便可完成了对三种典型藻毒素新型有机污染物的吸附降解。
实施例2
1、多孔生物填料的制备
按照表1配比要求，准备好各种原材料，100-300目贝壳粉末250g、2-5mm贝壳微晶颗粒200g、磁选后的锂矿渣粉（湿品）250g、100-500目锰矿砂粉200g、液体泡花碱100g，先投入到搅拌机中，控制搅拌速度50-80转/分钟下，搅拌15-30min，混合均匀，接着转移至滚筒抛丸机，进行反应成型造粒，将滚筒抛丸机速度调整至150转/分钟，然后喷洒10%稀盐酸到粉状颗粒物表面，控制时间在10-15min内完成，维持转速继续搅拌反应30min，便形成了以贝壳微颗粒为中心包裹的球形颗粒物，直径在5-20mm，然后进入马弗炉中进行烘干和煅烧处置，前期烘干区域温度200℃，烘干煅烧时间为30分钟，后期煅烧区域温度控制在500-600℃，烘干煅烧时间为30分钟，可得到较为均匀的球形多孔填料，制得的多孔生物填料的主要指标见表4、5。
表4、实施例2制备的多孔生物填料的主要性能参数
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表5、实施例2制备的多孔生物填料的主要化学成份表
Figure DEST_PATH_IMAGE006
2、活性锰氧化菌生物填料的制备
2.1种子液培养：
种子液培养基：
300mL虫草真菌滤液（TOC=4万-5万mg/L、TN=4000mg/L、TP=100-200mg/L）、3 g/L酵母浸出物，8 g/L氯化钠，5 g/L氯化锰，90-100℃下灭菌10-15min。
取斜面筛选保存的锰氧化菌种（锰氧化细菌泛PantoeaeucrinaSS01，来源于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC M2021491），将锰氧化菌菌种接种于装有300ml种子培养基的1L三角瓶中，接种后，在30℃，pH＝7、160rpm摇床培养24-36h，即制得种子液；
2.2锰氧化工程菌扩大培养
工程菌液体发酵培养基：
30L虫草真菌滤液（TOC=4万-5万mg/L、TN=4000mg/L、TP=100-200mg/L），加30g/LNaCl，用0.1mol/L NaOH 溶液调节pH值至7.0,90-100℃高温灭菌15min，备用。
发酵培养 ：
将30L的所述发酵培养基装在50L发酵罐中，将种子液按10％的体积比例加入发酵罐中，在30℃、220rpm 进行发酵培养，36-48h后，监控Mn 2+浓度为20mM，为反应终点，获得耐盐锰氧化工程菌剂，本发明产品活菌数大于1亿/CFU/mL，保存温度20℃下。
2.3 锰氧化菌在多孔生物填料中的固定活化
海水（取自青岛胶州湾海域）1L，氯化锰5g，本发明制备的锰氧化菌群生物填料300mL，底部曝气充氧气，温度30℃、pH=7.0，上述培养的锰氧化工程菌剂添加量10mL，分2天加入（5+5mL），溶解氧控制在2mg/L，第2天开始监控水质中Mn2+含量降低至0.5mg/L，即完成了锰氧化菌在填料中的固定活化工序，得到活性锰氧化菌生物填料。
3、活性锰氧化菌生物填料降解压舱水藻毒素的使用方法
取1000mL灭菌后含藻毒素压舱水与活性锰氧化菌生物填料，体积比1:0.3，无需再添加锰盐，适当充氧，保持水体中的溶解氧浓度在2mg/L以上即可，曝气时间为2h，检测水体中三种典型藻毒素新型有机污染物的吸附降解情况如图5所示，水体中藻毒素分析方法采用液相-质谱连用分析法。
图5数据为在处理过程中，不同时间点取水样，经过液相-质谱法分析，该水样中主要含有OA、DTX、PTX2三种毒素，使用本发明活化锰氧化菌物填料，效果非常明显，60min内完成绝大部分的毒素吸附和降解，最终5h三种毒素的含量均可降低至0.5μg/L，单类毒素极限值可达到0.2μg/L。说明经过固定附着锰氧化物生物填料，具有强的吸附和降解能力。
图6为TC、TIC、TOC指标随着时间的降解情况，TC为水中总碳指标，TIC为无机碳指标，TOC为有机碳指标，TC=TOC+TIC，图5显示固定一定量的处理水量条件下，表明随着处理时间的延长，船舶压舱水中的TIC指标基本没有大的变动，而TOC指标去除效率明显，180min可降低至1mg/L以下，说明活性锰氧化菌物填料对海水中有机物有强的吸附与降解能力。从侧面反映出该工艺的技术可行性。
实施例3
1、多孔生物填料的制备
按照表1配比要求，准备好各种原材料，100-300目贝壳粉末25kg、2-5mm贝壳微晶颗粒20kg、磁选后的锂矿渣粉（湿品）25kg、100-500目锰矿砂粉20kg、液体泡花碱10kg，先投入到搅拌机中，控制搅拌速度50-80转/分钟下，搅拌15-30min，混合均匀，然后喷洒10%稀盐酸到粉状颗粒物表面，控制时间在10-15min内完成，维持转速继续搅拌反应30min，接着转移至挤压造粒机，进行反应成型造粒，将挤压造粒机速度调整至30转/分钟，便形成了以贝壳微颗粒为中心包裹的圆柱状颗粒物，直径在10mm，长度20-50mm，然后进入马弗炉中进行烘干和煅烧处置，前期烘干区域温度200℃，烘干煅烧时间为30分钟，后期煅烧区域温度控制在500-600℃，烘干煅烧时间为30分钟，可得到较为均匀的球形多孔填料，主要指标见表6
表6、实施例3制备的多孔生物填料的主要性能参数
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2、活性锰氧化菌生物填料的制备
2.1种子菌剂培养：
种子液培养基：
300mL虫草真菌滤液（TOC=4万-5万mg/L、TN=4000mg/L、TP=100-200mg/L）、30g/L酵母浸出物，80g/L氯化钠，50g/L氯化锰，90℃下灭菌15min。
取斜面筛选保存的锰氧化菌种（锰氧化细菌泛PantoeaeucrinaSS01，来源于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC M2021491），将锰氧化菌菌种接种于装有30L种子培养基的1L三角瓶中，接种后，在30℃，pH＝7、160rpm摇床培养24-36h，即制得种子液。
2.2锰氧化工程菌扩大培养
工程菌液体发酵培养基：
3L虫草真菌滤液（TOC=4万-5万mg/L、TN=4000mg/L、TP=100-200mg/L），加30g/LNaCl，用0.1mol/L NaOH 溶液调节pH值至7.0，90-100℃高温灭菌15min，备用。
发酵培养：
将3L的所述发酵培养基装在5L发酵罐中，将种子液300mL加入发酵罐中，在30℃、220rpm 进行发酵培养，36h后，监控Mn 2+浓度为20mM，为反应终点，获得耐盐锰氧化工程菌剂，本发明产品活菌数大于1亿/CFU/mL，保存温度20℃下。
2.3 锰氧化菌在多孔生物填料中的固定活化
海水（取自青岛胶州湾海域）1000L，氯化锰5kg，本发明制备的锰氧化菌群生物填料100Kg，底部曝气充氧气，温度30℃、pH=7.0，上述培养的锰氧化菌工程菌物添加量10L，分2天加入（5+5L），溶解氧控制在2mg/L，第2天开始监控水质中Mn2+含量，约3-4天时间便可降低至0.5mg/L，即完成了锰氧化菌群在填料中的固定活化工序，得到活性锰氧化菌生物填料。
3、活性锰氧化菌生物填料降解压舱水藻毒素的使用方法
将活性锰氧化菌生物填料（湿重约130kg）装填到过滤柱中，过滤层高度为1.2m，底部连续进水，同时空气曝气，将含藻毒素待处理的压舱水泵入本发明生物填料过滤柱内，控制进水流量20-120L/h，从而控制了水力停留时间HRT，控制曝气强度，使得水体中的溶解氧浓度在2mg/L以上即可，改变不同的HRT下取样检测水体中藻毒素等新型有机污染物的吸附降解情况如图7、8所示，水体中藻毒素分析方法采用液相-质谱连用分析法。
实施例4
1、多孔生物填料的制备
按照表1配比要求，100-300目贝壳粉末2500kg、2-5mm贝壳微晶颗粒2000kg、磁选后的锂矿渣粉（湿品）2500kg、100-500目锰矿砂粉2000kg、液体泡花碱1000kg，投入到滚筒造粒机中，开动转筒电机，控制转筒速度50-80转/分钟下，搅拌15-30min，混合均匀，打成粉状颗粒物，然后在搅拌状态下，
接着将滚筒速度调整至100转/分钟，然后喷洒10%稀盐酸到粉状颗粒物表面，控制时间在30min内完成，维持转速继续搅拌反应30min，便形成了以贝壳微颗粒为中心包裹的球形颗粒物，直径在5-20mm，然后进入滚筒干燥机进行干燥和煅烧处置，滚筒干燥机热源选用天然气，由天然气火炬来提供，控制滚筒烘干机内前段烘干区域温度300℃，烘干煅烧时间为30分钟，后段煅烧区域温度控制在600℃，烘干煅烧时间为30分钟，可得到较为均匀的球形多孔填料，滚筒烘干煅烧机产生的尾气经过碱液喷淋装置进行处置达标后排放。
2、活性锰氧化菌群的制备方法
2.1种子菌剂培养：
种子液培养基：
300mL虫草真菌滤液（TOC=4万-5万mg/L、TN=4000mg/L、TP=100-200mg/L）、3 g/L酵母浸出物，8 g/L氯化钠，5 g/L氯化锰，90-100℃下灭菌10-15min。
取斜面筛选保存的锰氧化菌种（来源于盐地碱蓬叶片），将锰氧化菌菌种接种于装有300ml种子培养基的1L三角瓶中，接种后，在30℃，pH＝7、160rpm摇床培养36h，即制得种子液；
2.2锰氧化工程菌扩大培养
工程菌液体发酵培养基：
300L虫草真菌滤液（TOC=4万-5万mg/L、TN=4000mg/L、TP=100-200mg/L），加3kg/LNaCl，用0.1mol/L NaOH 溶液调节pH值至7.0，90℃高温灭菌15min，备用。
发酵培养：
将300L的所述发酵培养基装在500L发酵罐中，将种子液按10％的体积比例加入发酵罐中，在30℃、220rpm 进行发酵培养，36-48h后，监控Mn 2+浓度为20mM，为反应终点，获得耐盐锰氧化工程菌剂本发明产品活菌数大于1亿/CFU/mL，保存温度20℃下。
2.3锰氧化菌在多孔生物填料中的固定活化
海水（取自青岛胶州湾海域）50m3，氯化锰500kg，本发明制备的多孔生物填料10吨，底部曝气充氧气，温度30℃、pH=7.0，上述培养的锰氧化菌工程菌物添加量1000kg，分2天加入（500+500kg），溶解氧控制在2mg/L，第2天开始监控水质中Mn2+含量，约4-5天时间便可降低至0.5mg/L，即完成了锰氧化菌群在填料中的固定活化工序，得到活性锰氧化菌生物填料。
3、活性锰氧化菌生物填料降解压舱水藻毒素的使用方法
本实施例制得的活性锰氧化菌生物填料可直接投入使用，使用方法为二级生物滤坝的形式，设计为每级生物滤坝前置曝气池，进行预曝气充氧，使用过程中无需再添加锰盐，保持水体中的溶解氧浓度在2mg/L以上即可，每级生物滤坝停留时间HRT为1.5h，本案例工程设计为二级生物过滤坝结构，过滤坝主要填充料为活性锰氧化菌生物填料，总的水力停留时间HRT不低于3h，待处理的压舱水流经二级曝气池和生物滤坝时，耐冲击试验测试二级生物滤坝对藻毒素等新型有机污染物的吸附降解效能及运行系统的稳定性。
本实施例为较大规模的处理运行的情况，主要考察长期运行过程中，进水的毒素指标、TOC指标变动较大时，活性锰氧化菌填料处理效率的变动情况，从而反映出本发明产品的耐冲击性能情况，图9、图10数据显示，进水水质指标发生较大变动冲击时，系统出水毒素指标和TOC指标维持在很低的水平上，三种典型毒素指标在0.5μg/L以下，TOC指标在2mg/L以下。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种活性锰氧化菌生物填料，其特征在于，包括多孔生物填料和锰氧化细菌，所述锰氧化细菌被所述多孔生物填料固定。
2.根据权利要求1所述的活性锰氧化菌生物填料，其特征在于，所述多孔生物填料包括以下组分：100-300目贝壳粉末、2-5mm贝壳微晶颗粒、磁选后的锂矿渣粉、100-500目锰矿砂粉、液体泡花碱。
3.根据权利要求2所述的活性锰氧化菌生物填料，其特征在于，所述多孔生物填料包括以下重量份的组分：100-300目贝壳粉末25份、2-5mm贝壳微晶颗粒20份、磁选后的锂矿渣粉25份、100-500目锰矿砂粉20份、液体泡花碱10份。
4.根据权利要求1所述的活性锰氧化菌生物填料，其特征在于，所述活性锰氧化菌生物填料由以下方法制备：
（1）多孔生物填料的制备；
（2）锰氧化工程菌剂的制备；
（3）锰氧化工程菌剂在多孔生物填料中固定活化，即得到所述活性锰氧化菌生物填料。
5.根据权利要求4所述的活性锰氧化菌生物填料，其特征在于，步骤（1）中所述多孔生物填料的具体制备方法如下：
将各组分按比例投入到造粒机中，开动转筒电机，控制转筒速度50-80转/分钟下，搅拌15-30min，混合均匀，打成粉状颗粒物；
然后在搅拌状态下，接着将滚筒速度调整至100-150转/分钟，然后喷洒10%稀盐酸到粉状颗粒物表面，控制时间在10-30min内完成，维持转速继续搅拌反应30min，便形成了以贝壳微颗粒为中心包裹的球形颗粒物，直径在5-20mm；
然后进入滚筒干燥机进行干燥和煅烧处置，控制滚筒烘干机内前段烘干区域温度200-400℃，烘干煅烧时间为30分钟，后段煅烧区域温度控制在500-600℃，烘干煅烧时间为20-30分钟，即得到球形的多孔生物填料。
6.根据权利要求4述的活性锰氧化菌生物填料，其特征在于，步骤（2）中所述锰氧化工程菌剂的具体制备方法如下：
种子液培养：取斜面筛选保存的锰氧化菌菌种，将锰氧化菌菌种接种于种子液培养基中，接种后，在30℃，pH＝7、160rpm摇床培养24-36h，即制得种子液；
锰氧化工程菌扩大培养：将发酵培养基装在发酵罐中，将种子液按10％的体积比例加入发酵罐中，在30℃、220rpm进行发酵培养，36-48h后，监控Mn2+浓度为20mM，为反应终点，获得锰氧化工程菌剂。
7.根据权利要求6所述的活性锰氧化菌生物填料，其特征在于，所述种子液培养基包括以下组分：虫草真菌滤液、酵母浸出物、氯化钠、氯化锰；所述发酵培养基包括以下组分：虫草真菌滤液、NaCl，用0.1mol/L NaOH溶液调节pH值至7.0；所述虫草真菌滤液为虫草头孢菌菌株工业发酵回收菌丝体后的滤液；所述虫草头孢菌的拉丁文学名为：蝙蝠蛾拟青霉Paecilomyces hepiali；所述虫草真菌滤液的具体参数为TOC=4万-5万mg/L、TN=4000mg/L、TP=100-200mg/L。
8.根据权利要求4所述的活性锰氧化菌生物填料，其特征在于，步骤（3）中所述锰氧化工程菌剂在多孔生物填料中固定活化的具体方法如下：将海水、氯化锰、多孔生物填料加入反应容器中，底部曝气充氧气，温度30℃、pH=7.0，锰氧化工程菌剂分2天加入，溶解氧控制在2-3mg/L，第2天开始监控水质中Mn2+含量降低至0.5mg/L，即完成了锰氧化菌在填料中的固定活化工序，得到活性锰氧化菌生物填料。
9.根据权利要求8所述的活性锰氧化菌生物填料，其特征在于，所述多孔生物填料与锰氧化工程菌剂的体积比为100:1。
10.一种降解压舱水中藻毒素的方法，其特征在于，利用权利要求1-9任一所述的活性锰氧化菌生物填料进行降解，具体方法如下：采用生物滤池的形式，设计为低进高出，曝气池进行预充氧，曝气池停留时间为2-3h,保持水体中的溶解氧浓度在1mg/L以上即可，使用多级过滤坝结构，过滤坝主要填充料为权利要求1-9任一所述的活性锰氧化菌生物填料，设计水力停留时间不低于3h，待处理的压舱水流经这些填料床时，便可完成了对藻毒素新型有机污染物的吸附降解。
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