一種微污染水源固定化生物菌劑的構(gòu)建方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種微污染水源固定化生物菌劑的構(gòu)建方法及其應(yīng)用，它屬于水環(huán)境生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域。該方法是通過構(gòu)建生物菌劑進(jìn)而達(dá)到水體凈化的處理工藝，可以有效提去除水體中氨氮、鐵錳、微囊藻類及藻毒素等。本發(fā)明是通過以下步驟實現(xiàn)的：(1)多功能貧營養(yǎng)氨氮菌的復(fù)篩和復(fù)配；(2)高效溶藻產(chǎn)生菌篩選；(3)菌劑的發(fā)酵和構(gòu)建；(4)菌劑固定化生物強化；(5)菌劑的投加方式方法的研究，實現(xiàn)微污染飲用水水源的處理和生物強化。采用固定化工藝構(gòu)建生物菌劑，系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，氨氮去除率大于80％，微囊藻和微囊藻毒素去除率大于40％，水中鐵的去除率為50％，錳的去除率為51％。本發(fā)明可以結(jié)合實際的工程，具有較好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種微污染水源固定化生物菌劑的構(gòu)建方法及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明為一種微污染水源固定化生物菌劑的構(gòu)建及其應(yīng)用，屬于環(huán)境污水處理菌 劑開發(fā)及其實際工程應(yīng)用方法。 技術(shù)背景
[0002] 現(xiàn)階段飲用水水源水質(zhì)污染主要包括有機物（天然有機物（Ν0Μ)和人工合成有機 物（S0C))、氮（水體中常以有機氮、氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽形式存在）、磷、嗅味、三致物質(zhì)、 鐵、錳等。一般來說，受工業(yè)污染的水體中主要包括石油烴、揮發(fā)酚、氨氮、農(nóng)藥、C0D、重金 屬、砷、氰化物等，這些污染物種類多、性質(zhì)復(fù)雜、危害性大，尤其一些難于降解、易于生物積 累和具有三致作用的優(yōu)先控制有毒有機污染物，對人體健康的毒害威脅極強。同時，氮、磷 和有機物含量超標(biāo)以及由此造成的水質(zhì)富營養(yǎng)化也是目前我國飲用水水源，尤其是活潑水 庫水源水污染的主要問題。富營養(yǎng)化水體一方面造成藻類爆發(fā)，影響到水生生態(tài)系統(tǒng)和人 文景觀，甚至通過給水系統(tǒng)危害到公眾的健康；另一方面，藻類產(chǎn)生大量能夠致癌病的嚴(yán)重 威脅健康的微囊藻毒素，微囊藻毒素具有水溶性、耐熱性、不揮發(fā)、抗pH變化及易溶于水的 特點，在水中的溶解度大于lg/L，極易對飲水安全造成嚴(yán)重威脅。同時，水體中藻毒素污染 已成為一個全球性環(huán)境問題而日益受到人們的關(guān)注，繼多個發(fā)達(dá)國家之后，我國也將微囊 藻毒素作為飲用水水質(zhì)指標(biāo)，以保證飲用水健康。
[0003] 傳統(tǒng)的處理工藝（混凝、沉淀、過濾、消毒）已不能有效去除水中氨氮等這些微污 染物和有機物；而液氯消毒易與原水中的腐殖質(zhì)等有機物結(jié)合產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷等 三致物。同時，水中藻類產(chǎn)生的藻毒素化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，不易沉淀或吸附于懸浮顆粒物 中。傳統(tǒng)自來水處理工藝的混凝沉淀、過濾、加氯也不能將其去除。因此，傳統(tǒng)的水處理工 藝已不適應(yīng)當(dāng)前飲水處理的要求，要對飲水進(jìn)行安全有效的處理，保證飲用水水質(zhì)，開發(fā)新 型、高效的水處理工藝勢在必行。
[0004] 生物接觸氧化法對源水中氨氮、溶解性可生物降解有機物、鐵、錳、濁度和藻類等 均有較好的去除效果，不僅改善了水的混凝沉淀性能，使后續(xù)的常規(guī)處理更好的發(fā)揮作用， 也減輕了常規(guī)處理和后續(xù)深度處理的負(fù)荷，延長了過濾或活性炭吸附等物化處理工藝的使 用周期和使用容量，最大效能的發(fā)揮水處理整體作用，降低水處理費用，更好的控制水質(zhì)。 另外，生物降解不僅減少了三致物前體物的含量，改善出水水質(zhì)，也減少了細(xì)菌在配水管網(wǎng) 中重新滋生的可能性。在藻類的去除實踐中，傳統(tǒng)的物理方法、化學(xué)方法、混凝沉淀等方法 都存在一定的局限性，同時微囊藻毒素（MC)是一種環(huán)狀多肽，化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，主要去 除方法有吸附、生物富集及生物降解等。其中生物降解是最為安全有效的方法之一，具有低 成本、安全性強、利于生態(tài)修復(fù)、無二次污染等優(yōu)點，且經(jīng)過生物強化的微囊藻毒素降解菌 固著在生物載體上，能夠更有效的去除水中的微囊藻毒素，保證水質(zhì)安全。因此，與物化工 藝相比，利用生物處理法去除水源水中的有機物、氨氮、鐵錳以及藻類和藻毒素，具有經(jīng)濟(jì) 有效且簡單易行的特點，具有廣闊的研究的價值與應(yīng)用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種微污染水源固定化生物菌劑的構(gòu)建方法及其應(yīng)用，以解 決現(xiàn)存的生物法處理水源水中氨氮、有機物、鐵錳以及藻類和藻毒素處理效果差的問題。
[0006] 本發(fā)明的一種微污染水源固定化生物菌劑的構(gòu)建方法是通過以下步驟實現(xiàn)的：
[0007] (1)多功能貧營養(yǎng)菌的復(fù)篩和復(fù)配；（2)高效溶藻產(chǎn)生菌篩選；（3)菌劑的發(fā)酵和 構(gòu)建；（4)菌劑固定化生物強化；（5)工藝的優(yōu)化，最終實現(xiàn)微污染水源的處理和生物強化。 技術(shù)路線如圖1所示。
[0008] 本發(fā)明的一種微污染水源固定化生物菌劑的構(gòu)建方法是按照以下步驟進(jìn)行的：
[0009] (1)多功能貧營養(yǎng)菌的復(fù)篩和復(fù)配：將高效C0D降解菌、氨氮細(xì)菌與除磷細(xì)菌單獨 發(fā)酵后，將上述三種菌的菌液濃度維持在CFU為10 6個/mL，然后按體積比為2 :2 :1的比例 混合，即得到多功能貧營養(yǎng)菌；其中，所述的高效C0D降解菌、氨氮細(xì)菌與除磷細(xì)菌均是從 貧營養(yǎng)馴化的活性炭生物膜上獲取后，再通過耐饑餓實驗和凈化效果實驗分離獲得；
[0010] ⑵高效溶藻產(chǎn)生菌篩選：在培養(yǎng)時間為8?16h、pH值為6?7、培養(yǎng)溫度為28? 32°C、接菌量為5%和搖床轉(zhuǎn)數(shù)為120?140rpm的條件下，將溶藻菌置于高效溶藻菌的培養(yǎng) 基中進(jìn)行培養(yǎng)；
[0011] (3)生物菌劑的構(gòu)建：將步驟（1)中得到的多功能貧營養(yǎng)菌與步驟（2)中得到的 高效溶藻菌按體積比為2:1的比例混合后，即構(gòu)建出生物菌劑。
[0012] 本發(fā)明中微污染水源固定化生物菌劑的應(yīng)用是按照以下步驟進(jìn)行的：
[0013] 將生物載體置于反應(yīng)器或者池體底部，向生物載體上噴灑本發(fā)明得到的生物菌 齊IJ，待形式生物膜后，進(jìn)行走水運行，然后采用間歇性投加菌劑的方法，進(jìn)行生物菌劑的強 化處理，即完成菌劑的投加使用；其中，間歇性投加菌劑的菌劑投加量為5%。
[0014] 所述的形成生物膜可通過鏡檢和靜態(tài)試驗驗證生物膜的形成后的處理效果。
[0015] 本發(fā)明包含以下有益效果：
[0016] 由于不同的地域以及地理環(huán)境中微生物在適應(yīng)性具有一定差異，本發(fā)明的核心即 對不同功能菌株的分離培養(yǎng)，強化分離本地優(yōu)勢的菌群，用于生物的強化處理。最終目標(biāo)在 于通過功能培養(yǎng)基，分離具有降解優(yōu)勢的微生物功能菌。
[0017] 生物活性炭深度處理技術(shù)是利用生長在活性炭上的微生物的生物氧化作用，從而 達(dá)到去除污染物的技術(shù)。該技術(shù)可以增加水中溶解性有機物的去除效率；延長活性炭的再 生周期，減少運行費用；而且能夠?qū)⑺械陌钡D(zhuǎn)化為硝酸鹽，進(jìn)而加強了水中溶解性有機 物的去除，降低了后氯化時的氯劑投加量，降低了三鹵甲烷的生成量，而且延長了活性炭的 再生周期，減少運行費用。
[0018] 而對生物活性炭深度處理中的一個關(guān)鍵因素：固定化微生物菌劑構(gòu)建。其具體方 法是首先篩選得到貧營養(yǎng)菌、溶藻菌和藻毒素降解菌，進(jìn)而將三種菌有機的固定在載體上， 從而為飲用水的生物處理技術(shù)提供高效的固定化微生物菌劑，實現(xiàn)對水源水中有機物、藻 類和藻毒素的去除。
[0019] 另外，將本發(fā)明與國內(nèi)專利進(jìn)行比較分析，其結(jié)果如下：
[0020] 本發(fā)明的內(nèi)容有別于專利（CN200910071592--種微生物復(fù)合菌劑和微生物復(fù)合 菌劑的制備及用途），該專利是從低溫水體中氨氮的去除的角度出發(fā)，分離菌株，然后進(jìn)行 的菌劑的生物去除研究。其分離的細(xì)菌，只是本發(fā)明菌劑的一部分，并且該專利沒有給出具 體的投加以及施用方法。
[0021] 本發(fā)明同樣不同于專利（CN201310126043- -種用于凈化河道污水的微生物菌劑 及其制備方法）。該專利分離菌劑的方法與本發(fā)明的研究思路尚不一致，同時該菌劑的沒有 溶藻菌，也不是貧營養(yǎng)菌劑，且沒有給出具體的應(yīng)用方法。
[0022] 專利（CN200810197203-河流、湖泊、景觀水水體污染物生物方式強化削減方法） 只是簡單的給出了一個工程實施案例，沒有給出具體的菌劑以及投加方式，同時采用的固 定化填料也不同于本發(fā)明的填料。
[0023] 專利（CN200710057625-微污染原水富氧生物預(yù)處理除污染工藝）基于富氧的條 件下進(jìn)行的菌劑開發(fā)，而本發(fā)明是以常規(guī)水體為基礎(chǔ)，水中溶解氧在〇. 2?4mg/L，兩個發(fā) 明的研究對象不同。本發(fā)明適合北方低溫下的水體的生物菌劑的構(gòu)建。
[0024] 專利（CN200610047905--種修復(fù)有機污染水體的菌劑及其制備和使用方法）是 針對硝基芳香烴化合物處理開發(fā)的菌劑，而本發(fā)明是針對微污染水源水開發(fā)的菌劑。
[0025] 專利（CN200410026930- -種用于控制河道底泥二次污染的固定化復(fù)合菌劑的制 備方法），所用的細(xì)菌為光合細(xì)菌，有別于本發(fā)明所使用的菌劑。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明的技術(shù)路線圖；
[0027] 圖2為活性污泥內(nèi)部形態(tài)變化的掃描電子顯微鏡照片；
[0028] 圖3為實施例一制得的固定化生物菌劑對松花江和馬家溝河水的C0D去除效果 圖；其中，

【權(quán)利要求】
1. 一種微污染水源固定化生物菌劑的構(gòu)建方法，其特征在于它是按照以下步驟進(jìn)行 的： (1) 多功能貧營養(yǎng)菌的復(fù)篩和復(fù)配：將高效的COD降解菌、氨氮細(xì)菌與除磷細(xì)菌單獨發(fā) 酵后，將上述三種菌的菌液濃度維持在CFU為10 6個/mL，然后按體積比為2 :2 :1的比例混 合，即得到多功能貧營養(yǎng)菌；其中，所述的高效COD降解菌、氨氮細(xì)菌與除磷細(xì)菌均是從貧 營養(yǎng)馴化的活性炭生物膜上獲取后，再通過耐饑餓實驗和凈化效果實驗分離獲得； (2) 高效溶藻產(chǎn)生菌篩選：在培養(yǎng)時間為8?16h、pH值為6?7、培養(yǎng)溫度為28? 32°C、接菌量為5%和搖床轉(zhuǎn)數(shù)為120?140rpm的條件下，將溶藻菌置于高效溶藻菌的培養(yǎng) 基中進(jìn)行培養(yǎng)； (3) 生物菌劑的構(gòu)建：將步驟（1)中得到的多功能貧營養(yǎng)菌與步驟（2)中得到的高效 溶藻菌按體積比為2:1的比例混合，即構(gòu)建出生物菌劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微污染水源固定化生物菌劑的構(gòu)建方法，其特征在于 所述的高效COD降解菌包括短小芽孢桿菌屬和不動桿菌屬；所述的氨氮細(xì)菌包括亞硝酸菌 屬、硝酸菌屬和惡臭假單胞菌；所述的除磷細(xì)菌包括假單胞菌屬細(xì)菌和短桿菌屬。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微污染水源固定化生物菌劑的構(gòu)建方法，其特征在于 高效COD降解菌通過耐饑餓實驗和凈化效果實驗分離時，所需的培養(yǎng)基是由0. 5g/L的 葡萄糖、0· 5g/L 的 NHC1、0. 5g/L 的 ΚΗ2Ρ04、0· 5g/L 的 Κ2ΗΡ04、0· 05g/L 的 CaCl2、0. 5g/L 的 MgS04 · 7H20、lmL/L的微量元素溶液、2g/L的酵母膏和余量的水組成，其中，所述的微量元 素溶液是由 〇· 2g/L 的 CoCl2 · 6Η20、0· 3g/L 的 MnCl2 · 4Η20、0· 04g/L 的 ZnCl2、0. 01g/L 的 NiCl2 · 6Η20、0· 02g/L 的 CuS04 · 5Η20、0· Olg/L 的 Na2Mo04 · 2Η20、0· Olg/L 的 Na2Se04 · 2H20 和0· 2g/L的FeS04組成，培養(yǎng)基pH為L 0?L 5。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微污染水源固定化生物菌劑的構(gòu)建方法，其特征在于 氨氮細(xì)菌通過耐饑餓實驗和凈化效果實驗分離時，所需的培養(yǎng)基是由〇.5g/L的葡萄糖、
1. 〇g/L 的 NHC1、1. Og/L 的 NaN03、0. 5g/L 的 ΚΗ2Ρ04、0· 5g/I^3K2HP04、0. 05g/L 的 CaCl2、0. 5g/ L的MgS04 ·7Η20、1πιΙν1的微量元素溶液、2g/L的酵母膏和余量的水組成，其中，所述的微量 元素溶液是由 〇· 2g/L 的 CoCl2 · 6Η20、0· 3g/L 的 MnCl2 · 4Η20、0· 04g/L 的 ZnCl2、0. Olg/L 的 NiCl2 · 6Η20、0· 02g/L 的 CuS04 · 5Η20、0· Olg/L 的 Na2Mo04 · 2Η20、0· Olg/L 的 Na2Se04 · 2H20 和0· 2g/L的FeS04組成，培養(yǎng)基pH為L 0?L 5。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微污染水源固定化生物菌劑的構(gòu)建方法，其特征在于 除磷細(xì)菌通過耐饑餓實驗和凈化效果實驗分離時，所需的培養(yǎng)基是由〇. 5g/L的葡萄糖、 〇· 5g/L 的 NHC1、2. Og/L 的比卩04、0· 5g/L 的 ΚΗ2Ρ04、0· 5g/L 的1(2即04、0· 05g/L 的 CaCl2、0. 5g/ L的MgS04 · 7H20、lmL/L的微量元素溶液、2g/L的酵母膏和余量的水組成,所述的微量元 素溶液是由 〇· 2g/L 的 CoCl2 · 6Η20、0· 3g/L 的 MnCl2 · 4Η20、0· 04g/L 的 ZnCl2、0. Olg/L 的 NiCl2 · 6Η20、0· 02g/L 的 CuS04 · 5Η20、0· Olg/L 的 Na2Mo04 · 2Η20、0· Olg/L 的 Na2Se04 · 2H20 和0· 2g/L的FeS04組成，培養(yǎng)基pH為L 0?L 5。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微污染水源固定化生物菌劑的構(gòu)建方法，其特征在于步 驟（2)中所述的高效溶藻菌的培養(yǎng)基是由1. 0g的葡萄糖、5. 0g的氮源、5. 0g的NaCl、4. 0g 的K2HP04、6. 0g的KH2P04、lmL的微量元素溶液和1000mL去離子水混合后于121°C下滅菌 20min制成；其中，所述的微量元素溶液是由lOOOmg的CaCl 2 ·2Η20、1000π^的FeS04 ·7Η20、 1400mg的EDTA和lOOOmL的去離子水組成；所述的氮源為NH4C1、NH4S0 4、尿素或玉米漿；所 述的高效溶藻菌的培養(yǎng)基pH為7. 0。
7. -種微污染水源固定化生物菌劑的應(yīng)用，其特征在于它是按照以下步驟進(jìn)行的： 將生物載體置于反應(yīng)器或者池體底部，向生物載體上噴灑權(quán)利要求1中得到的生物菌 齊U，待形式生物膜后，進(jìn)行走水運行，然后采用間歇性投加菌劑的方法，進(jìn)行生物菌劑的強 化處理，即完成菌劑的投加使用；其中，間歇性投加菌劑的菌劑投加量為5%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種微污染水源固定化生物菌劑的應(yīng)用，其特征在于生物載 體為火山巖、生物活性碳、沸石、電氣石或PVC。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種微污染水源固定化生物菌劑的應(yīng)用，其特征在于間歇性 投加菌劑的方法具體操作為： (1) 根據(jù)實際的處理效果和水利停留時間，按5%的體積比進(jìn)行菌劑投加，投加期間， 污水停止運行5?8h ; (2) 若菌劑的處理效果不穩(wěn)定，則再次按照步驟（1)的操作進(jìn)行，直至菌劑的處理效果 穩(wěn)定為止。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種微污染水源固定化生物菌劑的應(yīng)用，其特征在于步驟 ⑴中的根據(jù)實際的處理效果和水利停留時間，其中，所述的時間為6?8天。
【文檔編號】C12R1/01GK104232546SQ201410478822
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】鄭國臣, 張靜波, 魏民, 李環(huán), 魏利, 項麗君 申請人:松遼流域水資源保護(hù)局松遼流域水環(huán)境監(jiān)測中心, 哈爾濱工業(yè)大學(xué)