一种用于改善富营养化水体的多样化微生物系统及其应用

摘要

本发明属于环境治理技术领域，尤其涉及一种用于改善富营养化水体的多样化微生物系统及其应用。本发明提供的多样化微生物系统能够增强微生物产品在不同环境中的适应能力，从而提高对富营养化水体降解的稳定性，目的在于克服现有微生物净水技术在不同水质中适应性不强、效果不稳定的问题。本发明的微生物系统包括多样化菌剂和添加剂，多样化菌剂包括枯草芽孢杆菌菌液；巨大芽孢杆菌菌液；侧孢短芽孢杆菌菌液；乳酸菌菌液；硝化单胞菌菌液；地衣芽孢杆菌菌液；绿色木菌菌液；酿酒酵母菌液；荧光假单胞菌菌液；深红红螺菌菌液；沼泽红假单胞菌菌液；球形红细菌菌液；恶臭假单胞菌菌液；添加剂包括淀粉，硅藻土，碳酸钙和复合氨基酸。

权利要求

1.一种用于改善富营养化水体的多样化微生物系统，其特征在于：由多样化菌剂和添加剂组成，所述多样化菌剂由以下质量份组分组成：枯草芽孢杆菌菌液5-10份；巨大芽孢杆菌菌液5-10份；侧孢短芽孢杆菌菌液3-5份；乳酸菌菌液1-3份；硝化单胞菌菌液3-5份；地衣芽孢杆菌菌液5-10份；绿色木菌菌液1-3份；酿酒酵母菌液1-3份；荧光假单胞菌菌液1-3份；深红红螺菌菌液1-3份；沼泽红假单胞菌菌液1-3份；球形红细菌菌液3-5份；恶臭假单胞菌菌液

3-5份；

所述添加剂由淀粉，硅藻土，碳酸钙和复合氨基酸组成，四者的质量比为（1-2）：（3-5）：（3-5）：（0.2-0.5）；

多样化菌剂和添加剂的用量比例为（1-2 L）：（50-100 kg）；

所述多样化菌剂的各菌液中菌体的数量级为106-108 CFU/mL；

用于培养所述多样化菌剂中的各菌株的培养基由以下质量百分比组分组成：大豆蛋白胨5-10%；葡萄糖2.5-5%；氯化钠 0.5-1%；氯化钙 0.5-1%；硫酸镁 0.5-1%；磷酸氢钾 0.5-

1%；

所述多样化菌剂与添加剂的混合方法为：将制备好的混合菌剂和添加剂按比例混合后得到附着复合微生物的载体，然后晾干、搅拌、打碎至粉末状。

2.如权利要求1所述的一种用于改善富营养化水体的多样化微生物系统在水体治理中的应用，所述应用具体表现为减少水体中有机物含量，或河湖系统中的淤泥深度。

说明书

一种用于改善富营养化水体的多样化微生物系统及其应用

技术领域

[0001] 本发明属于环境治理技术领域，尤其涉及一种用于改善富营养化水体的多样化微生物系统及其应用。

背景技术

[0002] 健康的水体有多种衡量指标与参数。其中，氮、磷等有机营养物质的含量是可持续生态的重要指标。然而，近年来对环境资源的大力开发与利用导致大量富含营养物质的污染物被排放至河流、湖泊等各类水体。当营养物质的摄入超过水体中自然循环代谢的速度时，水体将呈现富营养化污染。富营养化污染的水体不仅气味、观感不佳，严重影响水体形象，营养物质不均衡的摄入与消耗导致水体中的生态系统受到破坏，所形成的生物毒素、有害物种的增生、藻类的过度繁殖也将对水体中的浮游植物、鱼虾、以及最终摄入的人畜造成伤害。

[0003] 目前针对富营养化水体的处理方式以物理和化学手段为主。换水、挖掘底泥沉积物、增氧曝气等方法可有效改善水体。但是这种处理方式往往限于小面积水体，且有效果不持续、成本高昂等劣势。凝聚沉降、针对有害藻类的药剂等化学手段虽可在短时间内降低悬浮有机污染物，但也存在着由治理不彻底、成本高、化学物质残留等引发的二次污染等新的生态问题。鉴于此，采用生物手段修复由有机物质引起的富营养问题近年来发展迅速，尤其是利用微生物摄取有机物质作为营养的原理，有效转化和降解水体中过量的氮、磷的手段。

[0004] 相比传统的物理化学手段相比，微生物修复技术具有费用低廉、降解彻底、修复时间短、操控制作简单等优势。然而微生物修复系统也存在不少问题，其中一个严重的问题是微生物的降解效果受到水质影响，并不稳定。微生物种类繁多，不同物种对营养物质的摄入、代谢能力、与代谢副产品都存在差异。而微生物的降解效果直接取决于微生物在污染水体中的适应、繁殖能力。不同水体的污染程度、污染物成分往往存在差异，而现有的微生物技术缺少生物多样性，种类较少甚至单一，以至于微生物对污染水体的适应能力并不稳定，严重影响了降解效果。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于改善富营养化水体的多样化微生物系统及其应用，目的在于解决现有技术中的一部分问题或至少缓解现有技术中的一部分问题。

[0006] 本发明是这样实现的，一种用于改善富营养化水体的多样化微生物系统，包括多样化菌剂和添加剂，

[0007] 所述多样化菌剂包括以下质量份组分：枯草芽孢杆菌菌液5-10份；巨大芽孢杆菌菌液5-10份；侧孢短芽孢杆菌菌液3-5份；乳酸菌菌液1-3份；硝化单胞菌菌液3-5份；地衣芽孢杆菌菌液5-10份；绿色木菌菌液1-3份；酿酒酵母菌液1-3份；荧光假单胞菌菌液1-3份；深红红螺菌菌液1-3份；沼泽红假单胞菌菌液1-3份；球形红细菌菌液3-5份；恶臭假单胞菌菌液3-5份；

[0008] 所述添加剂包括淀粉，硅藻土，碳酸钙和复合氨基酸，四者的质量比为(1-2)：(3-5)：(3-5)：(0.2-0.5)；

[0009] 多样化菌剂和添加剂的用量比例为(1-2L)：(50-100kg)。

[0010] 进一步地，所述多样化菌剂的各菌液中菌体的数量级为106-108CFU/mL。

[0011] 进一步地，用于培养所述多样化菌剂中的各菌株的培养基包含以下质量百分比组分：大豆蛋白胨5-10％；葡萄糖2.5-5％；氯化钠0.5-1％；氯化钙0.5-1％；硫酸镁0.5-1％；磷酸氢钾0.5-1％。

[0012] 进一步地，所述多样化菌剂与添加剂的混合方法为：将制备好的混合菌剂和添加剂按比例混合后得到附着复合微生物的载体，然后晾干、搅拌、打碎至粉末状。

[0013] 如上述的一种用于改善富营养化水体的多样化微生物系统在水体治理中的应用。

[0014] 综上所述，本发明的优点及积极效果为：

[0015] 本发明的目的在于克服现有微生物净水技术在不同水质中适应性不强、效果不稳定的问题，提供一种用于改善富营养化水体的多样化微生物系统，增强微生物产品在不同环境中的适应能力，从而提高对富营养化水体降解的稳定性。

[0016] 制备一个达到要求的多样化微生物系统有多种挑战。首先，各类微生物之间存在多元化的竞争或是协同关系，选取在污染水体中兼容的微生物种类至关重要。其次，富营养化水体中的污染物多种多样。氨、氮、磷等污染物质的降解机制各异。多样化的微生物系统中需存在可以实现各类降解机制的微生物种类。如能解决如上问题，微生物修复系统作为一个有多种优势的选择，可有效代替传统的物理化学等方式，有效解决大面积水体的富营养问题。

[0017] 本发明将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌、乳酸菌、硝化单胞菌、地衣芽孢杆菌、绿色木菌、酿酒酵母、荧光假单胞菌、深红红螺菌、沼泽红假单胞菌、球形红细菌、恶臭假单胞菌这些有益菌群进行科学合理的整合，运用先进生产工艺制备而成的一种由复合微生物菌群、载体、营养物质组成的复合菌剂。菌剂中的功能微生物具有种类多样性及降解不同污染物的特点，微生物相互协同作用形成一个组成复杂、结构稳定的共生系。施入水体后，微生物通过分泌各种胞外酶或胞内酶的作用降解污染物，将富营养化水体中的有机物分解为简单无机物，协同分解氨氮、亚硝酸、硫化氢等有害物质。菌剂中的光合菌利用光能和水中简单无机物进行光合作用，固定水中氮和磷等元素的同时，产生氧气，增加水体中含氧量，提高水体透明度；稳定水体pH值。微生物系统中的载体能为微生物提供附着地点，方便产品投放，并为微生物在陌生环境中提供一定程度的保护作用。与此同时，载体中含有少量的营养成分，为微生物初期繁殖提供养料，增强微生物对环境的适应能力。

[0018] 相比现有的混合微生物系统，本发明所整合的微生物从机理上有效针对水体中多样的环境与污染源。枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌对富营养化水体的治理均被证实，且有生命力适应性强的优势，但他们的作用方式却有所不同。枯草芽孢杆菌的脱氮效果尤为出色；巨大芽孢杆菌则可更有效的针对水体中的磷；侧孢短芽孢杆菌可有效降解造成水体染色的顽强染料物质；地衣芽孢杆菌则对污染水体中过量的致病菌有有效的抑制作用。乳酸菌可在污水处理的过程中有效降低生物与化学耗氧量。硝化单胞菌针对富营养水体中过量的氨，将其转化为硝酸盐，实现脱氮反应。绿色木菌在悬浮有机污染颗粒严重的水体中可有效将有机污染颗粒聚合成可轻易打捞有机的菌丝体。酿酒酵母在磷含量超标的富营养水体中可有效针对减少水体中的磷含量。荧光假单胞菌和沼泽红假单胞菌可有效降解氰化物、碘化物，在染色严重的富营养水体中起到脱色作用。深红红螺菌在富营养水体中也有脱氮的效果，并且对不同的光照环境的水体有强大的适应性。球形红细菌对高蛋白含量的富营养水体有出色的降解效果。恶臭假单胞菌则可有效针对富营养水体中的酚类化合物。从制备角度来说，本发明采用的分开培养方式可确保菌种在混合前达到高密度与高活性，避免在制备过程中有可能产生的菌种之间相互竞争养分而造成的菌种群落不均衡的现象，以维持最终产品中各类微生物的基本含量。

[0019] 本发明两处污染情况不同的富营养化实验水体中效果均显著，实验数据表明，本发明中的多样化复合微生物系统，在污染程度，地理位置，污染项目都存在区别的情况下依然能够有效处理富营养化有机污染；能够解决现有微生物净水技术在不同水质中适应性不强、效果不稳定的问题。本发明的应用例一为一处氨氮严重超标的水体。应用后，总氨、总氮、综合氨氮分别下降了71％、67％与92％。相比过往案例，类似水体的治理曾采用过光合细菌、放线菌、酵母菌和乳酸菌的微生物系统，对总氨、总氮的长期治理效果仅达到了20～40％左右的降解(参见文献：有效微生物群控制富营养化湖泊蓝藻的效应,2000；液可清微生物制剂修复西坝河水试验,2006；微生物在富营养化水体生物修复中的作用,2009)。

附图说明

[0020] 图1是实施例2治理水体后各项指标变化趋势；

[0021] 图2是实施例2治理水体前的效果图；

[0022] 图3是实施例2治理水体后的效果图；

[0023] 图4是实施例3治理水体前的效果图；

[0024] 图5是实施例3治理水体后的效果图。

具体实施方式

[0025] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0026] 本发明披露了一种用于改善富营养化水体的多样化微生物系统及其应用，具体如下实施例所示。

[0027] 实施例1用于改善富营养化水体的多样化微生物系统

[0028] 本发明提供的复合微生物系统由多样化菌剂和添加剂组成，菌剂由枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌、乳酸菌、硝化单胞菌、地衣芽孢杆菌、绿色木菌、酿酒酵母、荧光假单胞菌、深红红螺菌、沼泽红假单胞菌、球形红细菌、恶臭假单胞菌组成。系统中各菌种的质量比如下：

[0029] 枯草芽孢杆菌(ACCC 11060)菌液5-10份；巨大芽孢杆菌(ACCC 11107)菌液5-10份；侧孢短芽孢杆菌(AMCC 100017)菌液3-5份；乳酸菌(ACCC 11016)菌液1-3份；硝化单胞菌(CGMCC 9412)菌液3-5份；地衣芽孢杆菌(ACCC 10236)菌液5-10份；绿色木菌(CGMCC 10922)菌液1-3份；酿酒酵母(CICC 32355)菌液1-3份；荧光假单胞菌(ACCC 01047)菌液1-3份；深红红螺菌(ATCC 27048)菌液1-3份；沼泽红假单胞菌(BNCC 227955)菌液1-3份；球形红细菌(CGMCC 12310)菌液3-5份；恶臭假单胞菌(AS1.1003)菌液3-5份。

[0030] 菌剂的制备方法包括以下步骤：

[0031] 将上述各单菌在30℃恒温，200rpm震荡的条件下在震荡箱中分开培养至同一数量级，106-108CFU/ml。培养基的质量百分比如下：大豆蛋白胨5-10％；葡萄糖2.5-5％；氯化钠0.5-1％；氯化钙0.5-1％；硫酸镁0.5-1％；磷酸氢钾0.5-1％。

[0032] 添加剂由淀粉，硅藻土，碳酸钙与复合氨基酸组成，呈粉末状。添加剂中淀粉，硅藻土，碳酸钙和复合氨基酸的质量比为(1-2)：(3-5)：(3-5)：(0.2-0.5)。复合氨基酸的成分为赖氨酸、脯氨酸、甘氨酸、色氨酸、谷氨酸。复合氨基酸的质量比为(5-7)：(0.05-0.15)：(5-7)：(0.05-0.15)：(0.5-1.5)。

[0033] 添加剂的制备方法包括：将特定质量的所属添加剂中淀粉，硅藻土，碳酸钙和复合氨基酸混合均匀得到混合物。

[0034] 将微生物与添加剂混合的方法为：将上述步骤中制备好的混合菌剂和添加剂按比例混合后得到附着复合微生物的载体，然后晾干、搅拌、打碎至粉末状。混合菌剂和添加剂的比例为(1-2L)：(50-100kg)。

[0035] 实施例2多样化微生物系统的应用例一

[0036] 治理河段约600m，治理前，该河段平均河宽约10米，流动性差，自净能力弱，河段水质呈墨绿色，河面上有絮状漂浮物，局部严重黑臭，气味刺鼻，感官极差。几项主要水质指标均劣于地表水Ⅴ类水的标准限值，具体参数如下表所示。

[0037] 指标 测量值 V类水标准 超限值总磷 0.86 0.40 2.15倍
总氮 13.40 2.00 6.70倍
氨氮 12.20 2.00 6.10倍
COD 23.00 40.00 未超标
透明度 32.00    

[0038] 10月初开始以1.5克微生物产品/立方米水体的投放量投放，每月补投放一次。整个治理周期共用45千克微生物产品。经过半年的复合微生物投放，各项指标均呈显著变好趋势，至4月17日，监测断面水质已从治理前的劣Ⅴ类上升为Ⅳ类。各项指标变化趋势见图1所示，治理前后水面效果图见图2和图3。

[0039] 实施例3多样化微生物系统的应用例二

[0040] 治理水体为约0.3平方公里的湖。治理前水草、水藻泛滥成灾，夏天时水体发臭。治理前总磷含量为0.17mg/L，有机物含量为40％，淤泥深度为50cm。治理期间以1.5克微生物产品/立方米水体的投放量投放，每月补投放一次。经过四个月的复合微生物投放，总磷含量，有机物含量，淤泥深度都有显著改善，分别降至0.06mg/L，15.6％，23cm。治理前后水面效果图见图4和图5。

[0041] 上述实施例2和实施例3的两处实验数据表明，本发明中的多样化复合微生物系统，在污染程度，地理位置，污染项目都存在区别的情况下依然能够有效处理富营养化有机污染；能够解决现有微生物净水技术在不同水质中适应性不强、效果不稳定的问题。

[0042] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。