專利名稱：一種低溫硝化菌劑及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微生物菌劑技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，它涉及一種耐低溫硝化菌劑，該低溫硝化菌劑涉及漢堡硝化桿菌Nitrobacter hamburgensis AS1.2729，維氏硝化桿菌Nitrobacter winogradskyi AS 1.2730，Nitrobactervulgaris AS 1.2775，蠟狀芽孢桿菌Bacillus cereus AS 1.230，地衣芽孢桿菌Bacillus licheniformis AS 1.518，和釀酒酵母Saccharomyces cerevisiaeAS 2.412共六種菌株，這些菌株經(jīng)培養(yǎng)后，按照其培養(yǎng)物同等體積比例配比組成為耐低溫硝化菌劑，在較低溫度下具有去除超低濃度氨氮的作用，同時(shí)還具有一定的去除COD和BOD的作用。與相應(yīng)的生物反應(yīng)器適配，適用于一般海水養(yǎng)殖和工廠化循環(huán)海水高密度養(yǎng)殖的氨氮去除和COD的去除處理。
背景技術(shù)：
海產(chǎn)品的人工養(yǎng)殖在我國的近10年得到了迅猛的發(fā)展，養(yǎng)殖品種不斷增加，養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大，極大地豐富了市場和滿足了人們對(duì)海產(chǎn)品的需求。但在很多方面也造成了一些負(fù)面影響。如近岸海域的污染、養(yǎng)殖動(dòng)物的病害的爆發(fā)和流行等。在海水養(yǎng)殖方面，目前國內(nèi)很多的養(yǎng)殖場和育苗場一般采用換水(流水)的方法，即抽取新鮮海水經(jīng)過簡單的過濾和消毒(冬天還要經(jīng)過提溫)，作為養(yǎng)殖水體，經(jīng)養(yǎng)殖一定時(shí)間(一天或更短)就直接排放，有些地方甚至是上一個(gè)養(yǎng)殖場的排水口就是下一個(gè)養(yǎng)殖場的抽水口。開放式養(yǎng)殖不僅造成海水資源、和能源的巨大浪費(fèi)(如冬天的海水提溫)，而且污染近岸海域，威脅海洋生態(tài)環(huán)境和養(yǎng)殖海水資源的匱乏，甚至造成養(yǎng)殖動(dòng)物的大規(guī)模的病害的發(fā)生和流行。大規(guī)模海水養(yǎng)殖，增加了溶解態(tài)和懸浮態(tài)物質(zhì)的輸出，在一定程度上可以引起近岸海水的污染，同時(shí)被污染的海水也制約了海水養(yǎng)殖的進(jìn)一步發(fā)展，因此開發(fā)并采用工廠化循環(huán)海水高密度養(yǎng)殖技術(shù)正受到廣泛重視和應(yīng)用，對(duì)于解決局部海水污染問題和過冬養(yǎng)殖以及節(jié)約能源具有重要意義。而要實(shí)現(xiàn)循環(huán)海水高密度養(yǎng)殖的關(guān)鍵就在于循環(huán)海水的保養(yǎng)和處理，這中間的關(guān)鍵又是對(duì)養(yǎng)殖循環(huán)水中的氨氮的去除處理。一般來說，海水養(yǎng)殖對(duì)氨氮濃度都要求嚴(yán)格的限制，養(yǎng)魚通常要求氨氮濃度低于0.5mg/L(非離子氨濃度低于0.02mg/L)，育苗期間對(duì)氨氮的要求更加苛刻，如扇貝育苗要求氨氮濃度低于0.1mg/L。要解決養(yǎng)殖海水的含氨氮問題，目前只有兩種辦法1)換水；2)氨氮的去除處理。采用換水的方法其弊端和危害如如前所述，在此不作重復(fù)，因此它不是解決海水養(yǎng)殖問題的出路，也不符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求，因此必須淘汰這種粗泛式的養(yǎng)殖技術(shù)。氨氮的去除處理可以為養(yǎng)殖海水的循環(huán)使用提供技術(shù)保障，對(duì)于減少養(yǎng)殖污染物的排放以及減少對(duì)近岸海域的污染、減少或避免養(yǎng)殖動(dòng)物的病害的發(fā)生和流行、減少對(duì)養(yǎng)殖養(yǎng)殖水源和能源的浪費(fèi)等都具有重要意義，同時(shí)更是符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。目前對(duì)于養(yǎng)殖海水的氨氮去除處理目前還沒有其他方法，唯有生物方法，即生物反應(yīng)器方法。生物反應(yīng)器對(duì)于消除養(yǎng)殖水體的氮、磷和有機(jī)物的高效性已被許多研究成果所證明。Ackefors和Enell報(bào)道利用生物反應(yīng)器和過濾器的組合可以有效去除養(yǎng)殖海水的懸浮物和氮、磷，其懸浮物減少了67～97％，COD減少了13～84％，TN和TP分別減少了4～89％和21～86％。很多因素可以影響生物反應(yīng)器的效率，如運(yùn)行條件、工藝及其他一些理化因素，但決定性的因素取決于存在于其中的微生物的數(shù)量及其效率的高低。在工廠化循環(huán)海水高密度養(yǎng)殖(30kg/m2)或育苗(20個(gè)貝苗/mL或以上)中，特別是為了維持冬季養(yǎng)殖和節(jié)約能耗，通常維持較低的養(yǎng)殖溫度(一般18攝氏度左右)，要求養(yǎng)殖水體較高的循環(huán)次數(shù)，通常在4～6次/天，而用于去除氨氮處理的生物反應(yīng)器的總體積為養(yǎng)殖水體總體積的1/10或更小的情況下，每次循環(huán)出水的氨氮應(yīng)達(dá)到養(yǎng)殖或育苗的要求，也就是說在較低的溫度和水利停留時(shí)間在20～30min的時(shí)間內(nèi)要達(dá)到50％或更高的氨氮去除效率，因此在工廠化循環(huán)海水高密度養(yǎng)殖和育苗海水的氨氮去除處理中的核心技術(shù)就是與生物反應(yīng)器適配的高效硝化菌劑的開發(fā)與應(yīng)用。針對(duì)海水養(yǎng)殖中的氨氮處理問題和需求，目前國內(nèi)外也開發(fā)了一些菌劑，如美國的硝化菌劑、丁永良等報(bào)道的水族館凈水微生物、吳偉等曾報(bào)道的固定化微生物對(duì)養(yǎng)殖水體中NH4+-N和NO2--N的轉(zhuǎn)化作用等。這些菌劑雖然具有一定的去除氨氮和凈化養(yǎng)殖海水的作用，但都存在著明顯的缺點(diǎn)，如美國的硝化菌劑去除氨氮的效率并不能令人滿意，此外它的成本太高，還要求經(jīng)常性的投加，國內(nèi)的關(guān)的海產(chǎn)品養(yǎng)殖業(yè)主難以承受，同時(shí)該菌劑在溫度低于20攝氏度時(shí)其去除氨氮的能力和效率明顯不能滿足要求；水族館凈水微生物和固定化微生物都是實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果，離實(shí)際應(yīng)用還有相當(dāng)?shù)木嚯x，同時(shí)他們?cè)诘陀?0攝氏度的條件下其去除氨氮的效率和能力也明顯不足。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種與生物反應(yīng)器適配的耐低溫硝化菌劑，能夠適應(yīng)低溫條件、水力停留時(shí)間短、成本較低的工廠化循環(huán)海水高密度養(yǎng)殖水體的超低濃度的氨氮處理。具體地講，耐低溫硝化菌劑是由Nitrobacter hamburgensis AS 1.2729，Nitrobacter winogradskyi AS1.2730，Nitrobacter vulgaris AS 1.2775，Bacillus cereus AS 1.230，Bacilluslicheniformis AS 1.518，和Saccharomyces cerevisiae AS 2.412六種菌株，經(jīng)過分別培養(yǎng)后，按照其培養(yǎng)物同等體積比例配比組成的一種耐低溫硝化菌劑，這六種菌株和其使用的培養(yǎng)基配方均來源于中國普通微生物菌種保藏管理中心(China General Microbiological Culture Collection Center，CGMCC)。這些菌株單獨(dú)使用時(shí)，雖然在較高氨氮濃度(80～400mg/L)的情況下，具有一定的去除氨氮的能力，但對(duì)于超低濃度的氨氮?jiǎng)t沒有去除效果，無法滿足工廠化循環(huán)海水高密度養(yǎng)殖水體的超低濃度的氨氮處理。然而，本發(fā)明將這六種菌株分別培養(yǎng)后組合成菌劑，由于菌株之間具有協(xié)同作用，它們之間可以相互促進(jìn)、提供和創(chuàng)造良好的生長和發(fā)揮作用的條件，可以有效硝化超低濃度的氨氮，清除了養(yǎng)殖水體超低濃度氨氮，產(chǎn)生了與其單獨(dú)作用意想不到的效果，可以使超低濃度污染氨氮(＜0.5mg/L)的水體得到了凈化處理。本發(fā)明低溫硝化菌劑的制備，首先是按照CGMCC提供的培養(yǎng)基配方將六株菌分別接種于各自的培養(yǎng)基，本發(fā)明將培養(yǎng)溫度調(diào)正為15℃左右進(jìn)行培養(yǎng)，然后，將它們培養(yǎng)物按等體積混合，成為本發(fā)明所述的低溫硝化菌劑。該低溫硝化菌劑可以硝化的方式以及同化的方式去除水體中的氨氮，尤其適合于具有與本硝化菌劑適配的生物反應(yīng)器的養(yǎng)殖水體超低濃度氨氮的去除處理，采用低溫硝化菌劑直接掛膜或采用擴(kuò)大培養(yǎng)物掛膜，在擴(kuò)大培養(yǎng)的同時(shí)也可將部分填料放在培養(yǎng)池中掛膜。按5％的量將低溫硝化菌劑或擴(kuò)大培養(yǎng)物加到生物反應(yīng)器中，如接觸氧化反應(yīng)器、或SBR反應(yīng)器、或UASB反應(yīng)器，反應(yīng)器中裝有浸沒式填料，掛膜和生物反應(yīng)器所用材料主要是親水的低表面勢(shì)能的高分子聚乙烯、聚乙烯衍生體材料制成的彈性填料、球形填料以及天然植物，如竹片等載體填料，并保證比表面積達(dá)到300m2/m3。本發(fā)明的低溫硝化菌劑具有適應(yīng)低溫(水溫15℃)發(fā)揮較高效率的去除氨氮的能力，解決較低溫度條件下的養(yǎng)殖水體的氨氮處理，使出水達(dá)到海產(chǎn)品養(yǎng)殖和育苗的水質(zhì)要求，實(shí)現(xiàn)越冬循環(huán)海水養(yǎng)殖和育苗以及常溫下工廠化循環(huán)海水的高密度養(yǎng)殖和育苗，具有廣闊的應(yīng)用前景。
本發(fā)明涉及的技術(shù)內(nèi)容還有菌種的培養(yǎng)上述六株菌種分別接種于由CGMCC提供的培養(yǎng)基，培養(yǎng)基配方培養(yǎng)基配方如下1、用于漢堡硝化桿菌Nitrobacter hamburgensis AS 1.2729，維氏硝化桿菌Nitrobacter winogradskyi AS 1.2730，Nitrobacter vulgaris AS 1.2775菌株的培養(yǎng)(g/L)硫酸銨2.0，亞硝酸鈉1.0，磷酸二氫鈉0.25，磷酸氫二鉀0.75，硫酸錳0.01，硫酸鎂0.03，碳酸鈣5.0，蒸餾水或海水1升，pH8.0。
2、用于蠟狀芽孢桿菌Bacillus cereus AS 1.230，地衣芽孢桿菌Bacilluslicheniformis AS 1.518的培養(yǎng)(g/L)蛋白胨10.0，牛肉提取物3.0，NaCl5.0，蒸餾水或海水1升，pH8.0。
3、用于釀酒酵母Saccharomyces cerevisiae AS 2.412的培養(yǎng)12Brix.麥芽汁1升，pH自然。
4、用于蠟狀芽孢桿菌Bacillus cereus AS 1.230，地衣芽孢桿菌Bacilluslicheniformis AS 1.518和釀酒酵母Saccharomyces cerevisiae AS 2.412菌種的培養(yǎng)(g/L)
硫酸銨2.0，葡萄糖5.0，蛋白胨1.0，酵母粉0.5，蒸餾水或海水1升，pH8.0。
培養(yǎng)溫度范圍為15℃至20℃，進(jìn)行搖床200rpm好氣培養(yǎng)，對(duì)于漢堡硝化桿菌Nitrobacter hamburgensis AS 1.2729，維氏硝化桿菌Nitrobacter winogradskyi AS 1.2730，Nitrobacter vulgaris AS 1.2775菌種的培養(yǎng)周期為3～4周，對(duì)于蠟狀芽孢桿菌Bacillus cereus AS 1.230，地衣芽孢桿菌Bacillus licheniformis AS 1.518和釀酒酵母Saccharomycescerevisiae AS 2.412菌種的培養(yǎng)周期為1周。
菌種的配伍及低溫硝化菌劑的制備六株菌種經(jīng)過分別培養(yǎng)后，將其各自的培養(yǎng)物按照等體積的比例混合，即制成低溫硝化菌劑。由此制成的低溫硝化菌劑也可直接用于養(yǎng)殖海水的氨氮去除處理之用。該低溫硝化菌劑按5％的接種量接種于人工配制的含氨氮5mg/L的模擬養(yǎng)殖海水中，在25℃條件下?lián)u床培養(yǎng)進(jìn)行去除氨氮實(shí)驗(yàn)，結(jié)果，5mg/L的氨氮經(jīng)50分鐘的反應(yīng)即可被完被全去除。
如圖1所示。
擴(kuò)大培養(yǎng)和掛膜擴(kuò)大培養(yǎng)現(xiàn)場試驗(yàn)視情況而定是否需要進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，若需要擴(kuò)大培養(yǎng)則使用如下培養(yǎng)基葡萄糖0.5％，碳酸鈣0.3％，氯化銨0.5％，蛋白胨0.05％，磷酸鹽0.03％，硫酸鎂0.01％，海水配制。按10％的接種量接種，曝氣培養(yǎng)，夏天室溫、冬天控制擴(kuò)大培養(yǎng)溫度20℃，2周為一個(gè)培養(yǎng)周期。
掛膜采用低溫硝化菌劑直接掛膜或采用擴(kuò)大培養(yǎng)物掛膜(在擴(kuò)大培養(yǎng)的同時(shí)也可將部分填料放在培養(yǎng)池中掛膜)。按5％的量將低溫硝化菌劑或擴(kuò)大培養(yǎng)物加到生物反應(yīng)器中(接觸氧化反應(yīng)器、或SBR反應(yīng)器、或UASB反應(yīng)器)，反應(yīng)器中裝有浸沒式填料(所用材料不限，主要是低表面勢(shì)能的高分子材料制成的彈性填料、球形填料，天然植物載體填料等)并保證比表面積達(dá)到300m2/m3以上，悶曝掛膜2周，使硝化菌劑均勻、充分地附著在載體填料的表面。期間控制溶氧4mg/L左右。
生物處理系統(tǒng)的啟動(dòng)與預(yù)運(yùn)行生物反應(yīng)器填料掛膜完成后，先控制水力停留時(shí)間200min流量進(jìn)水運(yùn)行2天，然后逐步均勻加大流量，至預(yù)運(yùn)行2周達(dá)到設(shè)計(jì)流量即控制水力停留時(shí)間40min并繼續(xù)預(yù)運(yùn)行1～2周，期間控制溶氧4mg/L左右并維持氨氮濃度2mg/L左右。
生物處理系統(tǒng)的運(yùn)行和管理預(yù)運(yùn)行完成后即可進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)行，進(jìn)行海水養(yǎng)殖或育苗循環(huán)水的氨氮去除處理。在海產(chǎn)品的養(yǎng)殖或育苗期間由于溶氧較高，生物處理系統(tǒng)可以不曝氣。在運(yùn)行期間應(yīng)不定期地往生物反應(yīng)器中投加適量的碳酸鈣，同時(shí)最好能每月補(bǔ)充適量的硝化菌劑(生物反應(yīng)器有效容積的3ppm)，如果處于養(yǎng)殖或育苗間斷期，應(yīng)按預(yù)運(yùn)行方案維持運(yùn)行。


圖1硝化菌劑對(duì)模擬養(yǎng)殖海水的氨氮的去除實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖2青島金瀛海洋科技發(fā)展有限公司的扇貝育苗場的循環(huán)海水生物處理系統(tǒng)的外貌，該生物處理系統(tǒng)的有效容積12m3，為育苗水體的1/10，水力停留時(shí)間為40分鐘。注解1為初濾池，2為機(jī)械過濾裝置，3為生物反應(yīng)器。
具體實(shí)施方案為了更好地理解本發(fā)明，通過以下實(shí)施實(shí)例予以進(jìn)一步說明，但并非對(duì)本發(fā)明的限定。
實(shí)施例1 硝化菌劑對(duì)模擬海水的氨氮去除結(jié)果將配制好的低溫硝化菌劑按5％的接種量接種于人工配制的含氨氮5mg/L的模擬海水中，在25℃條件下?lián)u床培養(yǎng)進(jìn)行去除氨氮實(shí)驗(yàn)，5mg/L的氨氮經(jīng)50min的反應(yīng)即可被完全去除。結(jié)果如圖3所示。
實(shí)施例2 填料掛膜后的模擬小系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)氨氮的去除實(shí)驗(yàn)低溫硝化菌劑按實(shí)施方案中的操作在載體填料上掛膜后，在模擬小系統(tǒng)中進(jìn)行去除氨氮的試驗(yàn)。該模擬小系統(tǒng)的循環(huán)海水為3m3，其中的生物反應(yīng)器有效容積為0.300m3，是循環(huán)海水的1/10，生物反應(yīng)器中所裝填料為天然植物載體填料，裝填度達(dá)到比表面積為100m2/m3，于10月底11月初進(jìn)行了不同氨氮濃度的去除實(shí)驗(yàn)，結(jié)果列于表1。
表1 模擬小系統(tǒng)中的氨氮去除實(shí)驗(yàn)

從表1可見，在水溫較低的情況下，掛膜后的生物反應(yīng)器在控制水力停留時(shí)間為35min對(duì)超低濃度的氨氮的去除效率基本穩(wěn)定維持在55～60％之間，說明具有較高的氨氮去除效率，出水可以達(dá)到養(yǎng)殖的要求。實(shí)例3硝化菌劑在扇貝育苗循環(huán)海水的氨氮去除應(yīng)用效果在青島金瀛海洋科技發(fā)展有限公司的扇貝育苗場，生物處理系統(tǒng)見圖2。進(jìn)行了現(xiàn)場循環(huán)海水育苗試驗(yàn)，在整個(gè)育苗周期(約2～3周)都采用循環(huán)海水，期間約4天種苗倒池一次。期間檢測了生物處理系統(tǒng)的進(jìn)出水氨氮，結(jié)果表明在水溫為17℃左右的條件下，進(jìn)水的氨氮濃度在50～65μg/L，出水的氨氮濃度維持在30μg/L以下，達(dá)到了扇貝育苗的要求，保證了扇貝育苗的順利進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種由多種菌株組成與掛膜或生物反應(yīng)器適配的耐低溫硝化菌劑，其特征在于耐低溫硝化菌劑是由漢堡硝化桿菌Nitrobacterhamburgensis AS 1.2729，維氏硝化桿菌Nitrobacter winogradskyi AS1.2730，Nitrobacter vulgaris AS 1.2775，蠟狀芽孢桿菌Bacillus cereus AS1.230，地衣芽孢桿菌Bacillus licheniformis AS 1.518，和釀酒酵母Saccharomyces cerevisiae AS 2.412六種菌株，經(jīng)過分別培養(yǎng)后，按照其培養(yǎng)物同等體積比例配比均勻混合或?qū)⑵浠旌虾髵炷せ蚺c生物反應(yīng)器適配組成的一種耐低溫硝化菌劑，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐低溫硝化菌劑，其中菌種的培養(yǎng)溫度為15℃至20℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐低溫硝化菌劑，其中掛膜材料采用親水低表面勢(shì)能的高分子材料或天然植物材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的掛膜材料，低表面勢(shì)能的高分子材料有聚乙烯、聚乙烯衍生體材料，天然植物材料有竹片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐低溫硝化菌劑，其中與其適配的生物反應(yīng)器有接觸氧化反應(yīng)器、或SBR反應(yīng)器、或UASB反應(yīng)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐低溫硝化菌劑在高密度養(yǎng)殖水體的超低濃度的氨氮處理中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種耐低溫硝化菌劑，該低溫硝化菌劑涉及漢堡硝化桿菌Nitrobacter hamburgensis AS 1.2729，維氏硝化桿菌Nitrobacterwinogradskyi AS 1.2730，Nitrobactervulgaris AS 1.2775，蠟狀芽孢桿菌Bacillus cereus AS 1.230，地衣芽孢桿菌Bacillus licheniformis AS 1.518，和釀酒酵母Saccharomyces cerevisiae AS 2.412共六種菌株，這些菌株經(jīng)培養(yǎng)后，按其培養(yǎng)物同等體積比例配比組成為耐低溫硝化菌劑，在較低溫度下具有去除超低濃度氨氮的作用，單獨(dú)使用或與相應(yīng)的生物反應(yīng)器適配，可用于海水養(yǎng)殖和工廠化循環(huán)海水高密度養(yǎng)殖的氨氮去除和COD的去除處理。
文檔編號(hào)C02F3/34GK1509991SQ0215697
公開日2004年7月7日 申請(qǐng)日期2002年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月24日
發(fā)明者劉志培, 賈省芬, 黃志勇, 劉雙江 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微生物研究所