CN109319943B

CN109319943B - 基于群体感应的黑臭水治理菌剂及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN109319943B
Application number: CN201811151331.XA
Authority: CN
Inventors: 赖柏民; 张保安; 杨秋婵; 黄来云; 陈浩鹏; 罗仕宽
Original assignee: Guangdong Zhongwei Environmental Protection Biotechnology Co ltd
Current assignee: Guangdong Zhongwei Environmental Protection Biotechnology Co ltd
Priority date: 2018-09-29
Filing date: 2018-09-29
Publication date: 2021-09-03
Anticipated expiration: 2038-09-29
Also published as: CN109319943A

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种基于群体感应的黑臭水治理菌剂及其制备方法与应用。黑臭水治理菌剂由以下重量份的组分制成：黑臭水治理菌泥30～50份、干燥保护剂50～70份、群体感应信号分子复合物0.001～0.1份,其制备方法包括以下步骤：(1)制得黑臭水治理菌泥；(2)制得哈维式弧菌BB170的离心上清菌液；(3)制得黑臭水治理菌剂。黑臭水体治理菌剂不仅具有对黑臭水体高效的处理能力，同时在黑臭水体底部淤泥中快速形成生物膜能够实现对黑臭水体长期有效的治理，其生产过程成本低，设备工艺操作简单，可实现工业规模化生产，具有显著的环境和经济效益。

Description

基于群体感应的黑臭水治理菌剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种基于群体感应的黑臭水治理菌剂及其制备方法与应用。

背景技术

在快速城镇化和工业化的进程中，由于城镇基础建设严重滞后，部分城市河道沦为工业废水、生活污水和农田退水集中排污的主要通道，污染物排放量大且空间分布集中，河流污净比高，水体自净能力弱，容易造成缺氧和富营养化，形成黑臭水体。城市黑臭水体已经成为一种城市病，所有城市几乎无一幸免。黑臭水体会向环境中释放H₂S和NH₃等恶臭气体，同时滋生蚊虫和致病细菌，严重破坏人们的生活环境以及威胁人体健康。

目前，中、小型城市和乡镇黑臭水体的修复已经成为备受关注的热点问题。

微生物强化技术是一种有效的黑臭水体修复技术，具有成本低，操作简单，无二次污染，水质净化显著等优点。但是由于投加的微生物菌剂只能投放于静止河流中。一旦河流水重新恢复流动，投加微生物的有效浓度就会快速减低，导致无法对水体尤其是黑臭底泥进行长期有效的处理。最终导致微生物强化技术在黑臭水修复领域中，一般用于小型封闭水体，不适于大规模应用。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种用于黑臭水体上覆水体以及底部淤泥治理和削减的高效黑臭水治理菌剂。

本发明的另一目的是提供黑臭水治理菌剂的制备方法，该方法所制得的微生物菌剂能对黑臭水体上覆水体进行有效处理，同时将微生物定植在底泥当中，实现对黑臭水体底泥的长期有效处理，其工艺简单高效，利于工业生产。

本发明的又一目在于提供基于群体感应的黑臭水治理菌剂制备方法在治理黑臭水的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于群体感应的黑臭水治理菌剂，由以下重量份的组分制成：黑臭水治理菌泥30～50份、干燥保护剂50～70份、群体感应信号分子复合物 0.001～0.1份。

本发明菌剂采用黑臭水治理菌泥为主，黑臭水治理菌泥包括黑臭水体高效处理微生物，同时辅以多种相应的微生物群体感应信号分子，黑臭水体高效处理微生物通过分泌和感应环境中的信号分子，实现了微生物之间的信息的交流，并调控部分微生物的行为。本发明菌剂不仅具有对黑臭水体高效的处理能力，同时在黑臭水体底部淤泥中快速形成生物膜，具备较高抗水流冲击能力，能够实现对黑臭水体长期有效的治理。

进一步地，所述黑臭水治理菌剂的有效生物量在1×10⁷～1×10¹⁰CFU/g。

进一步地，所述黑臭水治理菌泥制备方法包括以下步骤：将黑臭水体治理菌种进行活化，接种到LB培养基中，在36～38℃培养23-25小时，对所得菌液进行离心，移取上清液，收集剩余菌泥，进行干燥，所述干燥温度为25～35℃，压力0.1～0.3MPa，干燥6～12h，制得待用的菌黑臭水治理菌泥。

进一步地，所述黑臭水治理菌种包括以下组分：不动杆菌属(Acinetobactersp.)、芽孢杆菌属(Bacillus sp.)、假单胞菌属(Pseudomonas sp.)、厌氧粘杆菌属(Anaeromyxobacter sp.)、产碱杆菌属(Alcaligenes sp.)、酸枣菌属 (Acidovorax sp.)以及微小杆菌属(Exiguobacterium sp.)。

进一步地，所述黑臭水治理菌种包括以下重量份的组分：不动杆菌属13～ 28份、芽孢杆菌属4～17份、假单胞菌属2～13份、厌氧粘杆菌属1～8份、产碱杆菌属3～14份、酸枣菌属2～10份以及微小杆菌属9～26份。

进一步地，所述干燥保护剂为草木灰、青玉米秸秆粉和硅藻土中的至少一种。通过采用干燥保护剂，可以在干燥过程中对黑臭水体处理微生物的保护效果好，微生物的存活率高，便于储存和运输，且干燥保护剂的成本低对环境无害。

进一步地，所述群体感应信号分子复合物包括以下组分：C4-HSL、 C6-HSL、C12-HSL、3OC8-HSL、3OC12-HSL和AI-2。所述AI-2群体感应信号分子，由哈维式弧菌BB170生产所得，采用哈维式弧菌BB170培养菌液的离心上清菌液。所述AI-2的分子结构式如下：

本发明通过将C4-HSL(N-Butanoyl-L-homoserine lactone，N-丁酰-L-高丝氨酸内酯)、C6-HSL(N-hexanoyl-L-Homoserine lactone，N-己酰-L-高丝氨酸内酯)、C12-HSL(N-dodecanoyl-L-homoserine lactone，N-十二烷酰基-L-高丝氨酸内酯)、3OC8-HSL(N-3-oxo-hexanoyl-homoserine lactone，N-3-氧代-己酰-高丝氨酸内酯)、3OC12-HSL(N-3-oxo-dodecanoyl homoserine lactone， N-3-氧代-十二烷酰-高丝氨酸内酯)以及AI-2配合，可以促进黑臭水治理菌剂的微生物种内和种间的信号传递与交流，并调控微生物的行为。通过合理投加这几类信号分子，大大加强微生物在黑臭水体底部淤泥中的生物膜的形成，从而有效将强化微生物固定在黑臭水体中，同时具备较高抗水流冲击能力，从而实现对黑臭水体长期有效的治理。

本发明的另一目的通过下述技术方案实现：

(1)将黑臭水治理菌种进行活化，接种到LB培养基中，在36～38℃培养23-25小时，对所得菌液进行离心，移取上清液，收集剩余菌泥，进行干燥，制得黑臭水治理菌泥。

(2)将哈维式弧菌BB170接种到LB培养基中，在36～38℃培养23-25 小时，对所得的培养菌液进行离心，收集上清液，制得培养菌液哈维式弧菌 BB170的离心上清菌液；

(3)将C4-HSL、C6-HSL，C12-HSL，3OC8-HSL、3OC12-HSL溶解于水中，然后加入到步骤(1)黑臭水治理菌泥中，然后再加入哈维式弧菌BB170 的离心上清菌液，搅拌，加入干燥保护剂，搅拌，将所得的混合物进行干燥，压片，制得黑臭水治理菌剂。

进一步地，所述步骤(2)中，哈维式弧菌BB170的离心上清菌液OD₆₀₀值为0.8～3.0；所述步骤(3)所得的黑臭水治理菌剂中，哈维式弧菌BB170的离心上清菌液的添加量为0.1～5mL/g。

进一步地，所述步骤(3)所得的黑臭水治理菌剂中，C4-HSL的添加量为 0.01～0.25mg/g、C6-HSL的添加量为0.01～0.1mg/g、C12-HSL的添加量为 0.01～0.25mg/g、3OC8-HSL的添加量为0.01～0.5mg/g、3OC12～HSL的添加量为0.01～0.25mg/g。

本发明通过采用黑臭水治理菌泥为主，同时辅以多种相应的微生物群体感应信号分子，不仅具有对黑臭水体高效的处理能力，并通过合理配置各信号分子的加入量和配比，大大促进黑臭水体高效处理微生物在黑臭水体底部淤泥中快速形成生物膜，并使生物膜具备较高抗水流冲击能力，能够实现对黑臭水体长期有效的治理，简单高效且治理成本低。

本发明还提供基于群体感应的黑臭水治理菌剂的应用，所述黑臭水治理菌剂用于治理黑臭水，所述黑臭水治理菌剂在黑臭水的投加量为20-40mg/L。所述黑臭水治理菌剂在实际应用中简单便捷高效，通过上述投加量，不仅具有对黑臭水体实现高效和长期的处理能力，且不需要使用特殊装置，治理成本低。

本发明的有益效果：本发明的黑臭水体治理菌剂以黑臭水体高效处理微生物为主，同时辅以多种相应的微生物群体感应信号分子，黑臭水体治理菌剂不仅具有对黑臭水体高效的处理能力，同时在黑臭水体底部淤泥中快速形成生物膜，具备较高抗水流冲击能力，能够实现对黑臭水体长期有效的治理。黑臭水体高效处理微生物生产过程成本低，设备工艺操作简单，可实现工业规模化生产，具有显著的环境和经济效益，不需要依赖任何特殊装置，在实际应用中简单便捷，能广泛应用于各种黑臭水体的治理。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

实施例1

本实施例中，一种基于群体感应的黑臭水治理菌剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将黑臭水治理菌种进行活化，接种到LB培养基中，所述LB培养基包括NaCl10g/L，酵母粉5g/L和蛋白胨10g/L，在37℃培养24小时，对所得菌液进行离心，移取上清液，收集剩余菌泥，进行干燥，所述干燥温度为30℃，压力0.2MPa，干燥9h，制得黑臭水治理菌泥；所述黑臭水治理菌种包括以下重量份的组分：不动杆菌属28份、芽孢杆菌属17份、假单胞菌属12份、厌氧粘杆菌属12份、产碱杆菌属8份、酸枣菌属13份以及微小杆菌属10份；

(2)将哈维式弧菌BB170接种到LB培养基中，在37℃培养24小时，对所得的培养菌液进行离心，收集上清液，制得哈维式弧菌BB170的离心上清菌液；

(3)将2.5mg C4-HSL、1mg C6-HSL、2.5mg C12-HSL、5mg 3OC8-HSL、 2.5mg 3OC12-HSL溶解中蒸馏水中，然后加入到5g黑臭水治理菌泥中，然后再加入20mL哈维式弧菌BB170的离心上清菌液，搅拌40分钟，加入5g干草灰，搅拌40分钟，将所得菌剂进行干燥，压片，制得黑臭水治理菌剂。

实施例2

(1)将黑臭水治理菌种进行活化，接种到LB培养基中，所述LB培养基包括NaCl10g/L，酵母粉5g/L和蛋白胨10g/L，在37℃培养24小时，对所得菌液进行离心，移取上清液，收集剩余菌泥，进行干燥，所述干燥温度为35℃，压力0.1MPa，干燥6h，制得黑臭水治理菌泥；所述黑臭水治理菌种包括以下重量份的组分：不动杆菌属23份、芽孢杆菌属16份、假单胞菌属13份、厌氧粘杆菌属1份、产碱杆菌属14份、酸枣菌属8份以及微小杆菌属2份；

(2)将哈维式弧菌BB170接种到LB培养基中，在37℃培养25小时，对所得的培养菌液进行离心，收集上清液，制得哈维式弧菌BB170的离心上清菌液；

(3)将1mg C4-HSL、1mg C6-HSL、1mg C12-HSL、1mg 3OC8-HSL、1mg 3OC12-HSL溶解中蒸馏水中，然后加入到5g黑臭水治理菌泥中，然后再加入 1mL哈维式弧菌BB170的离心上清菌液，搅拌60分钟后，加入2.5g青玉米秸秆粉和2.5g硅藻土，搅拌60分钟，将所得菌剂进行干燥，压片，制得黑臭水治理菌剂。

实施例3

(1)将黑臭水治理菌种进行活化，接种到LB培养基中，所述LB培养基包括NaCl10g/L，酵母粉5g/L和蛋白胨10g/L，在37℃培养24小时，对所得菌液进行离心，移取上清液，收集剩余菌泥，进行干燥，所述干燥温度为25℃，压力0.3MPa，干燥12h，制得黑臭水治理菌泥；所述黑臭水治理菌种组成与实施例1相同；

(3)将0.1mg C4-HSL、0.1mg C6-HSL、0.1mg C12-HSL、0.1mg 3OC8-HSL、0.1mg3OC12-HSL溶解中蒸馏水中，然后加入到5g黑臭水治理菌泥中，然后再加入50mL哈维式弧菌BB170的离心上清菌液，搅拌40分钟， 2.5g干草灰和2.5g硅藻土,搅拌30分钟，将所得菌剂进行干燥，压片，制得黑臭水治理菌剂。

对比例1

本对比例中，一种基于群体感应的黑臭水治理菌剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将黑臭水治理菌种进行活化，接种到LB培养基中，所述LB培养基包括NaCl10g/L，酵母粉5g/L和蛋白胨10g/L，在37℃培养24小时，对所得菌液进行离心，移取上清液，收集剩余菌泥，进行干燥，制得黑臭水治理菌泥；所述黑臭水治理菌种组成与实施例1相同；

(2)称取5g菌泥，加入5g干草灰，搅拌40分钟，将所得菌剂进行干燥，压片，制得黑臭水治理菌剂。

对比例2

(2)将5mg C4-HSL溶解中蒸馏水中，然后加入到5g黑臭水治理菌泥中，搅拌40分钟，加入5g干草灰,搅拌40分钟，将所得菌剂进行干燥，压片，制得黑臭水治理菌剂。

对比例3

本对比例与对比例2的不同之处在于：将信号分子更换5mg C6-HSL。

对比例4

本对比例与对比例2的不同之处在于：将信号分子更换5mg C12-HSL。

对比例5

本对比例与对比例2的不同之处在于：将信号分子更换5mg 3OC8-HSL。

对比例6

本对比例与对比例2的不同之处在于：将信号分子更换5mg 3OC12-HSL。

对比例7

本对比例的微生物菌剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将黑臭水治理菌种进行活化，接种到LB培养基中，所述LB培养基包括NaCl10g/L，酵母粉5g/L和蛋白胨10g/L，在37℃培养24小时，对所得菌液进行离心，移取上清液，收集剩余菌泥，进行干燥，制得黑臭水治理菌泥；所述黑臭水治理菌种组成与实施例1相同，

(2)将加入50mL哈维式弧菌BB170的离心上清菌液加入到5g菌泥中，然后搅拌40分钟，加入5g干草灰,搅拌40分钟，将所得菌剂进行干燥，压片，制得黑臭水治理菌剂。

对比例8

本对比例与实施例1的不同之处在于：将实施例1的黑臭水治理菌种替换为对照微生物菌种，所述对照微生物菌种包括以下重量份的组分：乳杆菌属 12份，短杆菌属9份、弧菌属6份、不动杆菌属9份、芽孢杆菌属4份、假单胞菌属4份、厌氧粘杆菌属8份、酸枣菌属3份以及微小杆菌属1份。

对实施例1-3和对比例1-8进行生物膜厚度的测定：取少量煮沸后并恢复到常温的黑臭水体上覆水，投加制得的菌剂(1L污水投加菌剂30mg)，然后用定性滤纸过滤，置于生物膜形成测定反应器，24小时后测定生物膜厚度，实验结果如表1所示：

表1实施例1-3和对比例1-8对生物膜影响的实验结果

对实施例1-3和对比例1、11-13进行COD去除率和氨氮去除率的测定：首先取少量煮沸后并恢复到常温的黑臭水体上覆水，投加前述步骤所得的菌剂 (1L污水投加菌剂30mg)，振荡2天，然后采集水样，并进行高速离心处理，取上清液进行测定，对比培养前后COD和氨氮降解情况，实验结果如表2所示：

表2 COD去除率和氨氮去除率的测定结果

由表1-2可知，本发明的实施例1-3通过将黑臭水治理菌泥、干燥保护剂以及群体感应信号分子复合物相互配合，制得的黑臭水治理菌剂具有优异的 COD去除率和氨氮去除率，并能快速形成生物膜，具备较高抗水流冲击能力，能够实现对黑臭水体长期有效的治理。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于群体感应的黑臭水治理菌剂，其特征在于：由以下重量份的组分制成：黑臭水治理菌泥30～50份、干燥保护剂50～70份、群体感应信号分子复合物0.001～0.1份；所述黑臭水治理菌泥的制备方法包括以下步骤：将黑臭水体治理菌种进行活化，接种到LB培养基中，在36～38℃培养23-25小时，对所得菌液进行离心，移取上清液，收集剩余菌泥，进行干燥，制得待用的菌黑臭水治理菌泥；所述黑臭水治理菌种包括以下重量份的组分：不动杆菌属13～28份、芽孢杆菌属4～17份、假单胞菌属2～13份、厌氧粘杆菌属1～8份、产碱杆菌属3～14份、酸枣菌属2～10份以及微小杆菌属9～26份；所述群体感应信号分子复合物包括以下组分：C4-HSL、C6-HSL、C12-HSL、3OC8-HSL、3OC12-HSL和AI-2。

2.根据权利要求1所述的基于群体感应的黑臭水治理菌剂，其特征在于：所述干燥保护剂为草木灰、青玉米秸秆粉和硅藻土中的至少一种。

3.根据权利要求1-2任一项所述的基于群体感应的黑臭水治理菌剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将黑臭水治理菌种进行活化，接种到LB培养基中，在36～38℃培养23-25小时，对所得菌液进行离心，移取上清液，收集剩余菌泥，进行干燥，制得黑臭水治理菌泥；

（2）将哈维式弧菌BB170接种到LB培养基中，在36～38℃培养23-25小时，对所得的培养菌液进行离心，收集上清液，制得哈维式弧菌BB170的离心上清菌液；

（3）将C4-HSL、C6-HSL，C12-HSL，3OC8-HSL、3OC12-HSL溶解于水中，然后加入到步骤（1）黑臭水治理菌泥中，然后再加入哈维式弧菌BB170的离心上清菌液，搅拌，加入干燥保护剂，搅拌，将所得的菌剂混合物进行干燥，压片，制得黑臭水治理菌剂。

4.根据权利要求3所述的基于群体感应的黑臭水治理菌剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，哈维式弧菌BB170的离心上清菌液OD600值为0.8～3.0；所述步骤（3）所得的黑臭水治理菌剂中，哈维式弧菌BB170的离心上清菌液的添加量为0.1～5mL/g。

5.根据权利要求4所述的基于群体感应的黑臭水治理菌剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）所得的黑臭水治理菌剂中，C4-HSL的添加量为0.01～0.25 mg/g、C6-HSL的添加量为0.01～0.1 mg/g、C12-HSL的添加量为 0.01～0.25 mg/g、3OC8-HSL的添加量为0.01～0.5 mg/g、3OC12～HSL的添加量为0.01～0.25 mg/g。

6.权利要求1-2任一项所述的基于群体感应的黑臭水治理菌剂的应用，其特征在于：所述黑臭水治理菌剂用于治理黑臭水，所述黑臭水治理菌剂在黑臭水的投加量为20-40mg/L。