CN115478040B - 一种复合菌剂、其制备方法及其在河道水体治理中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合菌剂、其制备方法及其在河道水体治理中的应用。该复合菌剂原料包括复合菌种发酵液和载体，其中复合菌种发酵液由质量比为（10～20）：（10～20）：（10～20）：（5～15）：（5~10）：（5~10）的酵母菌发酵液、地衣芽胞杆菌发酵液、栗褐芽胞杆菌发酵液、蜡状芽胞杆菌发酵液、鞘氨醇杆菌发酵液和不动杆菌发酵液组成，载体由硅藻土、钠基膨润土、玉米粉和秸秆粉组成。本发明通过上述菌种复配形成优势菌群，相互之间共生协调，对污水中氨氮、总磷均具有良好的降解效果。结合硅藻土、钠基膨润土、玉米粉和秸秆粉复配形成的载体，增强复合菌体的生物活性和适应性，稳定河道水体净化效果，实现长期有效运行。

Description

一种复合菌剂、其制备方法及其在河道水体治理中的应用
技术领域
本发明具体涉及一种复合菌剂、其制备方法及其在河道水体治理中的应用。
背景技术
随着经济和社会的快速发展，大量生活或生产废水被排放至河道中，造成河道水体污染。
由于河道水体处于连续进水和出水状态，源源不断的废水进入河道中，给河道水体治理带来很大的困难。现有污水治理方法包括物理治理、化学治理和生物治理。物理治理直接将污染或污染源转移，用于河道水体治理时成本高、周期长，对人们的生产生活影响较大。化学治理方法虽然在一定时间内能够有效改善水质，但是投入成本高且容易带来二次污染，也不能从根本上解决问题。生物治理方法投入成本相对更低，可以避免二次污染。生物治理方法中的微生物治理绿色环保，能够长期对河道污染进行治理，但是河道水体中难降解有机物、氨氮等有害物质的含量处于动态变化的过程中，对现有河道水体治理菌剂的存活率、生物活性等影响较大，并且由于河道水体处于持续进水出水状态，需要在更短的时间内将水体指标降至排放标准。因此，需要开发一种能够适应河道水体变化，快速改善水体水质并对河道水体治理长期稳定有效的微生物菌剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种适应性强，能够快速改善河道水体水质且对河道污染治理长期有效的复合菌剂。
本发明的另一目的是提供上述复合菌剂的制备方法。
本发明的再一目的是提供上述复合菌剂在河道水体治理中的应用。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种复合菌剂，其原料包括复合菌种发酵液和载体，且所述的复合菌种发酵液和所述的载体的质量比为1：（1~5）；所述的复合菌种发酵液由酵母菌发酵液、地衣芽胞杆菌发酵液、栗褐芽胞杆菌发酵液、蜡状芽胞杆菌发酵液、鞘氨醇杆菌发酵液和不动杆菌发酵液组成，所述的酵母菌为保藏编号为CCTCC NO：M2022868的Rhodotorula sp. QS27菌株，所述的地衣芽胞杆菌为保藏编号为CCTCC NO：M2022862的Bacillus paralicheniformis QS21菌株，所述的栗褐芽胞杆菌为保藏编号为CCTCC NO：M2022863的Bacillus badius QS22菌株，所述的蜡状芽胞杆菌为保藏编号为CCTCC NO：M2022867的Bacillus cereus QS26菌株，所述的鞘氨醇杆菌为保藏编号为CCTCC NO：M2022864的Sphingobacterium sp. QS23菌株，所述的不动杆菌为保藏编号为CCTCC NO：M2022865的Acinetobacter sp. QS24菌株，所述的酵母菌发酵液、所述的地衣芽胞杆菌发酵液、所述的栗褐芽胞杆菌发酵液、所述的蜡状芽胞杆菌发酵液、所述的鞘氨醇杆菌发酵液和所述的不动杆菌发酵液的质量比为（10～20）：（10～20）：（10～20）：（5～15）：（5~10）：（5~10）；所述的载体由硅藻土、钠基膨润土、玉米粉和秸秆粉组成。
优选地，所述的硅藻土、所述的钠基膨润土、所述的玉米粉和所述的秸秆粉的质量比为（1～5）：（1～5）：（1～3）：（1～3）。
优选地，所述的酵母菌发酵液、所述的地衣芽胞杆菌发酵液、所述的栗褐芽胞杆菌发酵液、所述的蜡状芽胞杆菌发酵液、所述的鞘氨醇杆菌发酵液和所述的不动杆菌发酵液中的活菌浓度≥1×1010CFU/mL。
本发明还提供所述的复合菌剂的制备方法，将所述的酵母菌发酵液、所述的地衣芽胞杆菌发酵液、所述的栗褐芽胞杆菌发酵液、所述的蜡状芽胞杆菌发酵液、所述的鞘氨醇杆菌发酵液和所述的不动杆菌发酵液混合得到所述的复合菌种发酵液，再将所述的复合菌种发酵液和所述的载体混合均匀，室温下静置2h~5h，然后干燥得到所述的复合菌剂。
优选地，所述的干燥的温度为35℃~50℃，干燥后的复合菌剂的含水量为2%~10%。
本发明还提供所述的复合菌剂在河道水体治理中的应用。
本发明还提供一种河道水体治理方法，将河道水体通入投加有所述的复合菌剂的曝气池，从所述的曝气池中排出的水体即为处理后的水体。
优选地，所述的复合菌剂按照每立方米水体5g~30g的投加量进行投加。
优选地，曝气气源为空气，气水比为1﹕（1~5），水力停留时间为3h~6h。
优选地，待处理河道水体的COD浓度为15mg/L~80mg/L，氨氮浓度为0.01mg/L~6mg/L，总磷浓度为0.02mg/L~0.6mg/L。
本发明中，酵母菌具有细菌单细胞、生长快、能形成很好的絮体、代谢旺盛、耐高渗透压、耐高浓度等特性，对河道水体中的氨氮类化合物有很好的降解效果。栗褐芽胞杆菌能够快速形成生物膜，具有强的产嗜铁素、几丁质酶、纤维素酶和蛋白酶能力，具有稳定、高效、广谱的抗菌性能，能够快速促进水体中有机物的分解，并促进水生植物的生长，抑制病原微生物生长。地衣芽胞杆菌能分泌出蛋白酶、淀粉酶和半纤维素水解酶等多种高活性胞外酶，这些酶能够分解并吸收水环境中的有机物，改善富营养化的水体，能很好的去除水体中COD等污染物。蜡状芽胞杆菌可分泌蛋白酶和淀粉酶，产生抗菌物质，抑制有害微生物的繁殖，降解水体中的营养成分，还原硝酸盐等，改善水生态环境。鞘氨醇杆菌能够将水体中氨基类化合物转化为植物可吸收的硝酸盐或者亚硝酸盐类化合物。不动杆菌具有反硝化能力。通过上述菌种复配，形成优势菌群，充分利用它们之间互相牵制、互相利用、功能互补的特性，对河道水体中COD、氨氮、总磷均具有良好的降解效果。
本发明中，采用硅藻土、钠基膨润土、玉米粉和秸秆粉复配作载体，能够充分吸附微生物菌体，秸秆粉能够增加纤维素含量，玉米粉能够提高基质营养成分，有利于功能菌株的生长繁殖，提高菌剂菌群存活率和含量高，获得更强的生物活性和适应性，具有高效、稳定、快速繁殖的特性，能够长期对河道水体进行治理。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明通过酵母菌、地衣芽胞杆菌、栗褐芽胞杆菌、蜡状芽胞杆菌、鞘氨醇杆菌和不动杆菌复配形成优势菌群，相互之间共生协调，对污水中氨氮、总磷均具有良好的降解效果。同时结合硅藻土、钠基膨润土、玉米粉和秸秆粉复配形成的载体，进一步增强复合菌体的生物活性和适应性，稳定河道水体净化效果，实现长期有效运行。
附图说明
图1为复合菌剂1对河道水体COD去除效果变化图；
图2为复合菌剂1对河道水体氨氮去除效果变化图；
图3为复合菌剂1对河道水体总磷去除效果变化图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
本发明中，全部所述的原料均可以通过商购或/和采取已知手段制备得到，没有加以特别说明时，均满足标准化工产品要求。
本发明中采用的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
本发明中，室温是指25±5℃。
本发明中，氨氮检测方法参考国标HJ535-2009水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法；COD检测方法参考国标HJ 828-2017水质化学需氧量的测定重铬酸盐法。总磷检测方法参考：过硫酸钾消解钼酸铵分光光度法（GB11893-89）。
本发明中，酵母菌菌株（Rhodotorula sp. QS27），于2022年6月13日保藏于中国典型培养物保藏中心，中国，武汉，武汉大学，保藏编号为：CCTCC M 2022868；
地衣芽胞杆菌菌株（Bacillus paralicheniformis QS21），于2022年6月13日保藏于中国典型培养物保藏中心，中国，武汉，武汉大学，保藏编号为CCTCC NO：M2022862；
栗褐芽胞杆菌菌株（Bacillus badius QS22），于2022年6月13日保藏于中国典型培养物保藏中心，中国，武汉，武汉大学，保藏编号为：CCTCC M 2022863；
蜡状芽胞杆菌菌株（Bacillus cereus QS26），于2022年6月13日保藏于中国典型培养物保藏中心，中国，武汉，武汉大学，保藏编号为CCTCC NO：M2022867；
鞘氨醇杆菌菌株（Sphingobacterium sp. QS23），于2022年6月13日保藏于中国典型培养物保藏中心，中国，武汉，武汉大学，保藏编号为：CCTCC M 2022864；
不动杆菌菌株（Acinetobacter sp. QS24），于2022年6月13日保藏于中国典型培养物保藏中心，中国，武汉，武汉大学，保藏编号为：CCTCC M 2022865。
本发明中，各菌种的发酵液的制备方法如下：
（1）菌株活化：分别取各功能菌种无菌条件下划线接种于试管斜面或者平板培养基（培养基配方：葡萄糖5g/L，蛋白胨5g/L，牛肉膏0.5g/L，氯化钠3g/L，琼脂20g/L，pH=7.2），在恒温培养箱30℃培养24h；
（2）菌株种子液的制备：挑取2环试管斜面或平板中功能菌株菌落接种于装有200mL培养液（培养液组成：葡萄糖5g/L，蛋白胨5g/L，牛肉膏0.5g/L，氯化钠3g/L，pH=7.2）的1000mL三角瓶，30℃培养12h~18h，镜检，菌种处于对数生长期，且无杂菌，为一级种子液，无菌条件下将一级种子液转接于50L发酵罐，培养12h~18h，镜检，菌种处于对数生长期，且无杂菌，获得二级种子液；
（3）培养物料准备：称量培养基各组分（酵母菌发酵培养基：葡萄糖5g/L，蛋白胨5g/L，牛肉膏0.5g/L，氯化钠3g/L，pH=7.2；地衣芽胞杆菌发酵培养基：蔗糖35g/L，豆粕30g/L；硫酸铵5g/L，磷酸氢二钾6g/L，磷酸二氢钾2g/L，硫酸镁0.5g/L，硫酸锰0.05g/L，pH=7.2；栗褐芽胞杆菌发酵培养基：蛋白胨10g/L，牛肉膏3g/L，氯化钠5g/L，pH=7.0；蜡状芽胞杆菌发酵培养基：可溶性淀粉30g/L，豆饼粉20g/L，磷酸氢二钾2g/L，七水硫酸镁0.5g/L，氯化钙0.1g/L，pH=7.0；鞘氨醇杆菌发酵培养基：葡萄糖5g/L，蛋白胨5g/L，牛肉膏0.5g/L，氯化钠3g/L，pH=7.2；不动杆菌发酵培养基：糖蜜10g/L，葡萄糖5g/L，蛋白胨5g/L，牛肉膏3g/L，硝酸钠2g/L，氯化钠3g/L，pH=7.0。）及豆油消泡剂投加到发酵罐中；
（4）发酵培养：发酵系统高温高压灭菌，接种，于30~32℃，pH=7.0~7.5，DO≥25%的条件培养28h~36h，镜检，功能菌株生长状态及发酵菌量（>109个/mL）和（或）芽胞率水平（>90%）；（5）发酵液浓缩：发酵培养结束后，浓缩发酵液，平板菌落计数法测定含菌量，菌量大于1×1011CFU/mL，获得高密度菌株发酵液。
实施例1
本实施例提供一种复合菌剂1，由复合菌种发酵液和载体组成，复合菌种发酵液和载体的质量比为1:1。
按照如下方法制备复合菌剂：
（1）将酵母菌发酵液、地衣芽胞杆菌发酵液、栗褐芽胞杆菌发酵液、蜡状芽胞杆菌发酵液、鞘氨醇杆菌发酵液和不动杆菌发酵液按照质量比为10：10：10：10：5：5混合配制复合菌种发酵液；
（2）按照质量比为5：4：2：2称取硅藻土、钠基膨润土、玉米粉和秸秆粉，混合后作为载体。
（3）按照复合菌种发酵液和载体的质量比为1:1的标准混合，搅拌均匀后静置3小时，然后在约45℃下干燥至含水量<8%，即得到复合菌剂1。
实施例2
本实施例提供一种复合菌剂2，其基本同实施例1，区别在于酵母菌发酵液、地衣芽胞杆菌发酵液、栗褐芽胞杆菌发酵液、蜡状芽胞杆菌发酵液、鞘氨醇杆菌发酵液和不动杆菌发酵液的质量比为15：15：12：5：6：10。
实施例3
本实施例提供一种复合菌剂3，其基本同实施例1，区别在于酵母菌发酵液、地衣芽胞杆菌发酵液、栗褐芽胞杆菌发酵液、蜡状芽胞杆菌发酵液、鞘氨醇杆菌发酵液和不动杆菌发酵液的质量比为12：18：18：12：8：6。
实施例4
本实施例提供一种复合菌剂4，其基本同实施例1，区别在于酵母菌发酵液、地衣芽胞杆菌发酵液、栗褐芽胞杆菌发酵液、蜡状芽胞杆菌发酵液、鞘氨醇杆菌发酵液和不动杆菌发酵液的质量比为18：12：15：10：6：8。
实施例5
本实施例提供一种复合菌剂5，其基本同实施例1，区别在于酵母菌发酵液、地衣芽胞杆菌发酵液、栗褐芽胞杆菌发酵液、蜡状芽胞杆菌发酵液、鞘氨醇杆菌发酵液和不动杆菌发酵液的质量比为15：12：18：6：9：9。
实施例6
本实施例提供一种复合菌剂6，其基本同实施例1，区别在于酵母菌发酵液、地衣芽胞杆菌发酵液、栗褐芽胞杆菌发酵液、蜡状芽胞杆菌发酵液、鞘氨醇杆菌发酵液和不动杆菌发酵液的质量比为20：20：20：15：10：10。
实施例7
本实施例提供一种复合菌剂7，其基本同实施例1，区别在于复合菌种发酵液和载体的质量比为1:5。
实施例8
本实施例提供一种复合菌剂8，其基本同实施例1，区别在于硅藻土、钠基膨润土、玉米粉和秸秆粉的质量比为2：2：1：1。
对比例1
本对比例提供一种复合菌剂9，其基本同实施例1，区别在于未使用栗褐芽胞杆菌发酵液，
酵母菌发酵液、地衣芽胞杆菌发酵液、蜡状芽胞杆菌发酵液、鞘氨醇杆菌发酵液和不动杆菌发酵液的质量比为15：15：5：6：10。
对比例2
本对比例提供一种复合菌剂10，其基本同实施例1，区别在于未使用鞘氨醇杆菌发酵液及栗褐芽胞杆菌发酵液，
酵母菌发酵液、地衣芽胞杆菌发酵液、蜡状芽胞杆菌发酵液和不动杆菌发酵液的质量比为15：15：5：10。
对比例3
本对比例提供一种复合菌剂11，其基本同实施例1，区别在于将蜡状芽孢杆菌发酵液换成功能类似的蜡状芽孢杆菌菌株（上海保藏生物技术中心，SHBCC D53304）发酵液，鞘氨醇杆菌发酵液换成功能类似的鞘氨醇杆菌属菌株（上海帛科生物技术有限公司，BK-J63539）发酵液。
对比例4
本对比例提供一种复合菌剂12，其基本同实施例1，区别在于载体中未使用玉米粉，硅藻土、钠基膨润土和秸秆粉的质量比为3：2：2。
实验一：
取河水水样，分为13组，每组400mL，其中12组为实验组，分别加入复合菌剂1~复合菌剂12，投加量为2mg，剩余一组为对照组，加入等量的无菌水。室温静置48h，测量水体中COD含量、氨氮含量和总磷含量，结果见表1。所取河水的水质指标为：COD浓度、氨氮浓度和总磷浓度分别是75mg/L、4.9mg/L和0.5mg/L。
Figure 843807DEST_PATH_IMAGE001
表1显示，复合菌剂1~复合菌剂8投加24h时，模拟污水COD值已经降至20mg/L及以下，氨氮值已经降至1mg/L及以下，总磷值已经降至0.2mg/L及以下。复合菌剂9~复合菌剂12的污水处理效果偏弱。而目前市售复合菌株至少需要静置3天才能达到上述效果。
实验二：
将河道水体通入生物氧化反应池中，将复合菌剂1投加到生物氧化反应池中，投加量为每立方米水体一次性投加复合菌剂10g，水力停留时间3h~6h，同时开启曝气处理，气源为空气，控制气水比1﹕2。
投加复合菌剂1运行1天后开始每天连续监测曝气池进水和出水的COD值、氨氮值和总磷值，统计2021年8月12日起至2021年9月15日的进水和出水水质变化。COD值变化见图1，氨氮值变化见图2，总磷值变化见图3，结果显示，虽然由于每日都有新的河道水体进入，导致水质波动，但是自复合菌剂1投加运行7天后，出水COD值可保持在20mg/L以下，氨氮值保持在1mg/L以下，总磷值可保持在0.1mg/L左右，达到《中华人民共和国地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中的III类水指标。可见，复合菌剂1处理效率高，且具有良好的抗冲击性和效果持久性，一次投料至少可以稳定运行1个月，处理成本较低且无二次污染。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合菌剂，其特征在于：其原料包括复合菌种发酵液和载体，且所述的复合菌种发酵液和所述的载体的质量比为1：（1~5）；
所述的复合菌种发酵液由酵母菌发酵液、地衣芽胞杆菌发酵液、栗褐芽胞杆菌发酵液、蜡状芽胞杆菌发酵液、鞘氨醇杆菌发酵液和不动杆菌发酵液组成，所述的酵母菌为保藏编号为CCTCC NO：M2022868的Rhodotorula sp. QS27菌株，所述的地衣芽胞杆菌为保藏编号为CCTCC NO：M2022862的Bacillus paralicheniformis QS21菌株，所述的栗褐芽胞杆菌为保藏编号为CCTCC NO：M2022863的Bacillus badius QS22菌株，所述的蜡状芽胞杆菌为保藏编号为CCTCC NO：M2022867的Bacillus cereus QS26菌株，所述的鞘氨醇杆菌为保藏编号为CCTCC NO：M2022864的Sphingobacterium sp. QS23菌株，所述的不动杆菌为保藏编号为CCTCC NO：M2022865的Acinetobacter sp. QS24菌株，所述的酵母菌发酵液、所述的地衣芽胞杆菌发酵液、所述的栗褐芽胞杆菌发酵液、所述的蜡状芽胞杆菌发酵液、所述的鞘氨醇杆菌发酵液和所述的不动杆菌发酵液的质量比为（10～20）：（10～20）：（10～20）：（5～15）：（5~10）：（5~10）；
所述的载体由硅藻土、钠基膨润土、玉米粉和秸秆粉组成。
2.根据权利要求1所述的复合菌剂，其特征在于：所述的硅藻土、所述的钠基膨润土、所述的玉米粉和所述的秸秆粉的质量比为（1～5）：（1～5）：（1～3）：（1～3）。
3.根据权利要求1所述的复合菌剂，其特征在于：所述的酵母菌发酵液、所述的地衣芽胞杆菌发酵液、所述的栗褐芽胞杆菌发酵液、所述的蜡状芽胞杆菌发酵液、所述的鞘氨醇杆菌发酵液和所述的不动杆菌发酵液中的活菌浓度≥1×1010CFU/mL。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合菌剂的制备方法，其特征在于：将所述的酵母菌发酵液、所述的地衣芽胞杆菌发酵液、所述的栗褐芽胞杆菌发酵液、所述的蜡状芽胞杆菌发酵液、所述的鞘氨醇杆菌发酵液和所述的不动杆菌发酵液混合得到所述的复合菌种发酵液，再将所述的复合菌种发酵液和所述的载体混合均匀，室温下静置2h~5h，然后干燥得到所述的复合菌剂。
5.根据权利要求4所述的复合菌剂的制备方法，其特征在于：所述的干燥的温度为35℃~50℃，干燥后的复合菌剂的含水量为2%~10%。
6.如权利要求1至5中任一项所述的复合菌剂在河道水体治理中的应用。
7.一种河道水体治理方法，其特征在于：将河道水体通入投加有权利要求1至3中任一项所述的复合菌剂的曝气池，从所述的曝气池中排出的水体即为处理后的水体。
8.根据权利要求7所述的河道水体治理方法，其特征在于：所述的复合菌剂按照每立方米水体5g~30g的投加量进行投加。
9.根据权利要求7所述的河道水体治理方法，其特征在于：曝气气源为空气，气水比为1﹕（1~5），水力停留时间为3h~6h。
10.根据权利要求7所述的河道水体治理方法，其特征在于：待处理河道水体的COD浓度为15mg/L~80mg/L，氨氮浓度为0.01mg/L~6mg/L，总磷浓度为0.02mg/L~0.6mg/L。
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