CN108641976A - 一种复合微生物净水剂及其制备方法 - Google Patents

一种复合微生物净水剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合微生物净水剂，由解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌组成，菌数数量比为0.8‑1.2∶1.8‑2.3∶1.8‑2.3，总菌数达到100亿/g。本发明采用解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌配合制成，它们复配在一起发挥微生物的协同作用和增效功能，对有机质进行强烈分解，特别是针对水体浑浊现象，在短期内增加水体透明度，有效降低氨氮、总磷及有机物的含量，达到净化水质修复水体的目的，在水体修复中见效快、周期短且无毒、高效、无二次污染、容易降解。

Description

一种复合微生物净水剂及其制备方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，尤其是涉及一种复合微生物净水剂及其制备方法。
背景技术
随着工业和科学技术的发展，环境保护越来越受到人们的重视，工业污水净化排放已成必然。对于水资源贫乏地区，净化工业废水使之能够循环使用又显得格外重要。目前我国工业用净水剂主要有无机和有机两大类，无机和有机高分子净水剂越来越广泛的应用于各种水质的处理。然而其在取得长足发展的同时，使用过程中的不安全性和给环境造成的二次污染也越来越引起人们的重视。如无机净水剂，铝盐加入水体中使水中的Al3+增加，会引发老年痴呆症；铁盐的加入使水体颜色加深，水体中如有硫化物存在，将形成混合物胶体，很难形成沉淀。另外，合成有机高分子净水剂很难避免丙烯酰胺的存在，若加入水体中，将增加水体中的丙烯酰胺浓度，丙烯酰胺又是剧毒物质，给人体健康造成危害。因此，开发一种安全无毒、絮凝活性高、无二次污染的新型净水剂，对人类的健康和环境保护都有很重要的现实意义。
随着生物技术的发展，微生物净水剂应运而生。与传统的无机和有机合成高分子絮凝剂相比，微生物净水剂具有许多独特的性质和优点：被微生物降解，无毒无害，安全性高；无二次污染。此外，产生净水作用的微生物绝大多数来自于人类关系十分密切的环境中，资源极其丰富，获得的方法也比较简单，成本低廉。因此，微生物净水剂作为一类高效安全净水剂，在人们亟待寻求一种新型净水剂代替传统净水剂的今天，已得到了诸多研究者的重视和认可。可以预料，微生物净水剂将使彻底消除污染成为现实，它取代有机和无机的合成高分子净水剂是大势所趋，将微生物净水剂作为新一代高效无毒水处理剂进行研究开发，是一件必然的事情。但是目前的微生物净水剂还存在如下缺陷：用量大，效果不稳定，菌种来源不明确(如市售)，使用条件受限，不能满足所有污水处理。
中国专利号ZL201310755713.4，名称“一种生物法处理剩余污泥产污泥蛋白的方法”公开了使用由枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌组成的混合菌种用于处理剩余污泥产污泥蛋白。但上述组合在处理污水的净水效果中还未达到最佳。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种复合微生物净水剂。该净水剂能自然降解无二次污染，能够有效净化水质，且具有无毒、安全、高效等特点，对城市生活污水处理等方面都有很好的处理效果。本发明净水剂除降解蛋白、淀粉、脂肪等有机物外，产生的胞外产物可达到生物絮凝作用，使水中大颗粒不溶性物质絮凝沉积。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种上述复合微生物净水剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种复合微生物净水剂，由解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌组成，菌数数量比为0.8-1.2∶1.8-2.2∶1.8-2.2，总菌数达到100亿/g。
作为技术方案的进一步改进，所述解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的菌数数量比为1∶2∶2。
作为技术方案的进一步改进，所述复合微生物菌群在污水中的添加量为3-8ppm。
为解决上述第二个技术问题，本发明上述一种复合微生物净水剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、筛选自水质严重浑浊水体，采集底泥和水样，离心取上清液，将上清液接种于营养肉汤培养基中，28-31℃，200rpm富集培养24h；
S2、取富集培养后的菌液做系列稀释，取菌液1mL放入装有9mL无菌水并放有玻璃珠的50mL三角瓶中，置摇床上振荡20min使微生物细胞分散，静置30s即成10-1稀释液；用1mL无菌吸管吸取10-1稀释液1mL，移入装有9mL无菌水的试管中，吸吹3次，混合菌液，即成10-2稀释液。以此类推，连续稀释，制成10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8一系列的稀释菌液。取10-6、10-7、10-8稀释菌液涂布于营养肉汤琼脂培养基，反复划线分离至获得纯菌株；
S3、根据细菌的生理生化特征对分离的优势菌进行鉴定，从细菌的菌落形态和生理生化实验确定优势菌种为解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌或地衣芽孢杆菌后，将此3种菌均进行单菌株发酵，然后解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌按比例混合，菌数数量比为0.8-1.2∶1.8-2.2∶1.8-2.2，总菌数达到100亿/g。
如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
本发明采用解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌配合制成，它们复配在一起发挥微生物的协同作用和增效功能，对有机质进行强烈分解，特别是针对水体浑浊现象，在短期内增加水体透明度，有效降低氨氮、总磷及有机物的含量，达到净化水质修复水体的目的，在水体修复中见效快、周期短且无毒、高效、无二次污染、容易降解。本发明有针对性地对菌种进行筛选，使用效果显著，适应范围更广。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。
本发明一种复合微生物净水剂，由解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌组成，菌数数量比为0.8-1.2∶1.8-2.3∶1.8-2.3，总菌数达到100亿/g。
所述解淀粉芽孢杆菌可产生多种α-淀粉酶及蛋白酶，与枯草芽孢杆菌在形态、培养特征及生理生化特性方面非常相似；属兼性厌氧菌，菌落在LB培养基上和牛肉膏蛋白胨培养基上呈淡黄色不透明菌落，表面粗糙，有***，边缘不规则，在多种培养基上均不产色素；液体培养静止时有菌膜形成；革兰氏染色呈阳性，杆状，可形成内生芽孢，呈椭圆形，两端钝圆，芽孢囊不膨大，中生到次端生，有运动性；水解淀粉和明胶，乙酰甲基甲醇(V-P)试验阴性，硝酸盐还原试验阴性，苯丙氨酸脱氨酶试验、吲哚试验、甲基红(MR)试验、硫化氢试验均为阴性。该菌在自然界分布广泛，易分离培养，对人畜无毒无害，不污染环境。其代谢产物较为丰富，具有广谱抗菌活性和较强的抗逆能力，生长快，稳定性较好。李超等从滇池富营养化水体中分离得到1株解淀粉芽孢杆菌DC1，并探讨了其对鱼腥藻的抑藻效果及机理，发现解淀粉芽孢杆菌DC1菌体浓度越大，对鱼腥藻的去除效果越明显，其主要抑藻机理是通过分泌胞外物质的间接方式起到溶藻作用，该物质具有很强的热稳定性，是非蛋白质类物质。谭文捷等研究了解淀粉芽孢杆菌对水中丁草胺的降解效果，发现丁草胺初始质量浓度越高，其降解速率和降解效率也越高，碱性条件下丁草胺的降解率明显比酸性条件下高，腐殖酸对丁草胺的微生物降解有很大的促进作用。高大响等从鸡粪中分离到1株解淀粉芽孢杆菌，具有除臭作用。
所述枯草芽孢杆菌形态特征从生物学特性来讲，具有典型的芽孢杆菌特征，其细胞呈直杆状，大小(0.8-1.2)μm×(1.5-4.0)μm，单个，革兰氏染色阳性，着色均匀，可产荚膜，运动(周生鞭毛)；芽孢中生或近中生，小于或等于细胞宽，呈椭圆至圆柱状；菌落粗糙，不透明，扩张，污白色或微带黄色；能液化明胶，胨化牛奶，还原硝酸盐，水解淀粉，为典型好氧菌。枯草芽孢杆菌耐热抗逆性强，在土壤和植物的表面普遍存在，对人畜无毒无害，不污染环境。由于枯草芽孢杆菌生长速度快、营养需求简单，易于存活、定殖与繁殖，无致病性，并可以分泌多种酶和抗生素，而且还具有良好的发酵基础，用途十分广泛，能够改善有害蓝藻泛溢造成的水质浑浊问题，水质由浑变清，具有很强的净化水质功能。枯草芽孢杆菌能产生具有良好絮凝性能的γ-聚谷氨酸，能吸附和富集水体中的污染物和重金属，对水体的净化起到重要作用。万俊杰等利用γ-聚谷氨酸絮凝剂对含铬(VI)废水进行铬(VI)去除处理，结果显示：pH值为4，30mL，30mg/L废水中γ-聚谷氨酸的添加量为1.5mL和1％CaCl2用量为2.4mL时，铬(VI)去除效果最佳，铬(VI)去除率可达55％。另外，万俊杰等研究还发现利用谷氨酸废水培养枯草芽孢杆菌可以产出有效吸附(Cr(VI))的絮凝剂；絮凝剂主要由γ-PGA和多糖组成，固定后的絮凝剂最大Cr(VI)吸附容量为4.2mg/g，最佳Cr(VI)吸附pH值为4。
所述地衣芽孢杆菌为中生芽孢的革兰氏阳性需氧菌，它能分解水体中的有毒有害物质，净化水质。胡洪波等利用微生物吸附回收金、银、铂、铅等重金属的研究结果表明，地衣芽孢杆菌R08死菌体吸附Pd2+的最高吸附量可达到每克菌体吸附224.8mg Pd2+。
在本发明某些实施例中，所述解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的菌数数量比为1∶2∶2。
在本发明某些实施例中，所述复合微生物菌群在污水中的添加量为3-8ppm。
本发明在实践中发现，按照特定比例使用本发明组合的枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌，比使用枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌的组合反而有更好的效果。
本发明上述一种复合微生物净水剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、筛选自水质严重浑浊水体，采集底泥和水样，离心取上清液，将上清液接种于营养肉汤培养基中，28-31℃，200rpm富集培养24h；
S2、取富集培养后的菌液做系列稀释，取菌液1mL放入装有9mL无菌水并放有玻璃珠的50mL三角瓶中，置摇床上振荡20min使微生物细胞分散，静置30s即成10-1稀释液；用1mL无菌吸管吸取10-1稀释液1mL，移入装有9mL无菌水的试管中，吸吹3次，混合菌液，即成10-2稀释液。以此类推，连续稀释，制成10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8一系列的稀释菌液。取10-6、10-7、10-8稀释菌液涂布于营养肉汤琼脂培养基，反复划线分离至获得纯菌株；
S3、根据细菌的生理生化特征对分离的优势菌进行鉴定，从细菌的菌落形态和生理生化实验确定优势菌种为解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌或地衣芽孢杆菌后，将此3种菌均进行单菌株发酵，然后解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌按比例混合，菌数数量比为0.8-1.2∶1.8-2.2∶1.8-2.2，总菌数达到100亿/g。
实施例1
一种复合微生物净水剂，由如下菌数数量配比的组分组成：解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌，菌数数量比为1∶2∶2，添加量为5ppm。
上述复合微生物净水剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、筛选自水质严重浑浊水体，采集底泥和水样，离心取上清液，将上清液接种于营养肉汤培养基中，28-31℃，200rpm富集培养24h；
S2、取富集培养后的菌液做系列稀释，取菌液1mL放入装有9mL无菌水并放有玻璃珠的50mL三角瓶中，置摇床上振荡20min使微生物细胞分散，静置30s即成10-1稀释液；用1mL无菌吸管吸取10-1稀释液1mL，移入装有9mL无菌水的试管中，吸吹3次，混合菌液，即成10-2稀释液。以此类推，连续稀释，制成10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8一系列的稀释菌液。取10-6、10-7、10-8稀释菌液涂布于营养肉汤琼脂培养基，反复划线分离至获得纯菌株；
S3、根据细菌的生理生化特征对分离的优势菌进行鉴定，从细菌的菌落形态和生理生化实验确定优势菌种为解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌或地衣芽孢杆菌后，将此3种菌均进行单菌株发酵，然后解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌按比例混合，菌数数量比为1∶2∶2，总菌数达到100亿/g。
对比例1
重复实施例1，不同之处在于：一种复合微生物净水剂，包括如下菌数数量配比的组分：解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌，菌数数量比为1∶2∶2∶2，添加量为5ppm。
对比例2
重复实施例1，不同之处在于：一种复合微生物净水剂，包括如下菌数数量配比的组分：解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌，菌数数量比为1∶2，添加量为5ppm。
对比例3
重复实施例1，不同之处在于：一种复合微生物净水剂，包括如下菌数数量配比的组分：枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌，菌数数量比为1∶1，添加量为5ppm。
对比例4
重复实施例1，不同之处在于：一种复合微生物净水剂，包括如下菌数数量配比的组分：枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌，各菌种质量份数比为5∶3∶5∶3，添加量为质量比3％。
对比例5
重复实施例1，不同之处在于：一种复合微生物净水剂，包括如下菌数数量配比的组分：枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌，各菌种质量份数比为8∶5∶5∶5，添加量为质量比5％。
实验报告：
1、河北唐山某地蓝藻滋生水体
1)设置三个组：空白组、对照组、本发明组。
空白组不投放任何处理剂；
对照组1投放按对比例1；对照组2投放按对比例4；对照组3投放按对比例5；
本发明组投放实施例1。
2)结果：
本发明组的透明度、溶解氧明显高于空白组和对照组，NH3-N、总磷明显低于空白组和对照组。
各组透明度、溶解氧、NH3-N、总磷等指标
空白组 对照组1 对照组2 对照组3 本发明组
透明度(m) 0.3 0.5 0.4 0.5 0.7
溶解氧(mg/L) 1.9 2.7 2.8 2.6 5.0
NH3-N(mg/L) 2.40 0.93 0.75 0.85 0.30
总磷(以P计，mg/L) 0.66 0.25 0.28 0.23 0.04
注：透明度测定采用塞氏盘法；溶解氧测定采用碘量法；NH3-N测定采用纳氏试剂比色法；总磷测定采用钼酸铵分光光度法。
由此可见，本发明的组合在现有技术的基础上，减少了巨大芽孢杆菌，其透明度、溶解氧、NH3-N、总磷等指标反而有更好的效果。
2、北京某地水质严重浑浊水体
1)设置三个组：空白组、对照组、本发明组。
空白组不投放任何处理剂；
对照组1投放按对比例2；对照组2投放按对比例4；对照组3投放按对比例5；
本发明组投放实施例1。
2)结果：
本发明组的透明度、溶解氧明显高于空白组和对照组，NH3-N、总磷明显低于空白组和对照组。
各组透明度、溶解氧、NH3-N、总磷等指标
注：透明度测定采用塞氏盘法；溶解氧测定采用碘量法；NH3-N测定采用纳氏试剂比色法；总磷测定采用钼酸铵分光光度法。
3、天津某地水质黑臭水体
1)设置三个组：空白组、对照组、本发明组。
空白组不投放任何处理剂；
对照组1投放按对比例3；对照组2投放按对比例4；对照组3投放按对比例5；
本发明组投放实施例1。
2)结果：
本发明组的透明度、溶解氧明显高于空白组和对照组，NH3-N、总磷明显低于空白组和对照组。
各组透明度、溶解氧、NH3-N、总磷等指标
空白组 对照组1 对照组2 对照组3 本发明组
透明度(m) 0.2 0.3 0.4 0.4 0.6
溶解氧(mg/L) 0.5 1.9 2.5 2.3 4.0
NH3-N(mg/L) 8.05 2.80 1.95 2.25 0.35
总磷(以P计，mg/L) 0.82 0.33 0.20 0.25 0.03
注：透明度测定采用塞氏盘法；溶解氧测定采用碘量法；NH3-N测定采用纳氏试剂比色法；总磷测定采用钼酸铵分光光度法。
本发明采用解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌配合制成，它们复配在一起发挥微生物的协同作用和增效功能，其效果既好于再增加菌种的组合，也好于只有两种菌种的组合。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种复合微生物净水剂，其特征在于：由解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌组成，菌数数量比为0.8-1.2∶1.8-2.3∶1.8-2.3，总菌数达到100亿/g。
2.根据权利要求1所述复合微生物净水剂，其特征在于：所述解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的菌数数量比为1∶2∶2。
3.根据权利要求1所述复合微生物净水剂，其特征在于：所述复合微生物菌群在污水中的添加量为3-8ppm。
4.根据权利要求1-3中任一所述复合微生物净水剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、筛选自水质严重浑浊水体，采集底泥和水样，离心取上清液，将上清液接种于营养肉汤培养基中，28-31℃，200rpm富集培养24h；
S2、取富集培养后的菌液做系列稀释，取菌液1mL放入装有9mL无菌水并放有玻璃珠的50mL三角瓶中，置摇床上振荡20min使微生物细胞分散，静置30s即成10-1稀释液；用1mL无菌吸管吸取10-1稀释液1mL，移入装有9mL无菌水的试管中，吸吹3次，混合菌液，即成10-2稀释液。以此类推，连续稀释，制成10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8一系列的稀释菌液。取10-6、10-7、10-8稀释菌液涂布于营养肉汤琼脂培养基，反复划线分离至获得纯菌株；
S3、根据细菌的生理生化特征对分离的优势菌进行鉴定，从细菌的菌落形态和生理生化实验确定优势菌种为解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌或地衣芽孢杆菌后，将此3种菌均进行单菌株发酵，然后解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌按比例混合，菌数数量比为0.8-1.2∶1.8-2.2∶1.8-2.2，总菌数达到100亿/g。
5.根据权利要求4所述复合微生物净水剂的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的菌数数量比为1∶2∶2。
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