一种微生物制剂及其在水体净化方面的应用

技术领域

本发明涉及水产养殖水质改良领域，具体而言，涉及一种微生物制剂及其在水体净化方面的应用。

背景技术

我国是进出口红松子的主要生产大国，红松子仁出口居全球首位，大约是全世界交易总量的40％，红松子壳作为红松子仁加工生产过程中的废弃物占整个球果的70％左右，不能充分的对红松子进行利用，导致资源浪费，破坏环境。

近二十年来，集约化水产养殖业在国内外迅速发展，带来了巨大的经济利益，然而许多水产养殖户缺乏对水产养殖业生态问题严重性的充分认识，更缺乏解决问题的方法理论指导，为了单方面提高单位水体的养殖产量，片面追求高产，往往过分地加大放养密度，过度投饵、施肥，一方面导致水体中有机物、氮、磷猛增，水体富营养化，使水环境含氧量急剧减少，造成藻类迅速繁殖，这些藻类有恶臭、有毒，养殖生物不能食用，水体中溶解氧浓度下降，水体透明度降低，水质恶化；另一方面分解水体中过量的有机质和养殖生物的排泄物进一步消耗水体中的溶解氧，使水体环境处于缺氧状态，进一步加速藻类繁殖，导致藻类遮蔽阳光，水底生植物因光合作用受到阻碍而死去，使水体环境中致病菌与腐败菌的滋生并放出氮、磷等植物的营养物质，再供藻类利用，造成恶性循环并危害水体中的养殖生物，使得养殖水体中生物多样性下降，优质水产品种的养殖受到水质和饵料生物的限制。

按藻类对氮、磷需要的关系论，磷的需要更为重要，藻类的生长和繁殖受磷的限制尤为明显，因此降低水体中含磷量是净化养殖水体富营养化的重要手段之一。

未来的水产养殖业发展将受制于水资源、土地资源、环境保护、能源利用、水产品质以及其他重要因素，因此对养殖水体及自然水域水体进行水质原位改良和有害物质的去除，在确保水产品安全的基础上对水产养殖水资源循环利用，并实现生态环境的自然与人工双重恢复，有效地保护环境，发展循环经济，实现可持续发展。因此，近年来对水质进行原位改良和有害物质的去除受到了广泛的研究，中国专利CN110078224A采用微能耗微生物净化系统来对水体进行净化、中国专利CN208151154U采用污水循环处理系统来对水体进行净化，但均存在需较大占地空间，设备投入成本高且不能原位清除；中国专利CN109052834A将枯草芽孢杆菌、硝化细菌、反硝化细菌按一定比例混合均匀来对水体进行净化，但不能对重金属进行处理；中国专利CN107583618A采用海藻酸钠/贻贝壳粉微球对水体进行净化，但存在不能清除磷污染的缺点。

发明内容

针对现有技术中存在不能充分的对红松子进行利用；需较大占地空间，设备投入成本高且不能原位清除；只能实现磷污染清除或重金属物理吸附的问题，本发明公开一种微生物制剂，由如下步骤制备而成：

步骤一，取好氧聚磷菌接种至合成培养基中，培养一段时间后，得到好氧聚磷菌液；

步骤二，通过离心倾去菌液上层清液，用生理盐水定容，得到定容液；

步骤三，称取改性红松子壳放入定容液中进行吸附，得到混合液。

步骤四，用针头直径为6-8mm的注射机将混合液滴至含CaCl

优选地，步骤一中所述合成培养基的各组份及其浓度分别为：活性淤泥20g/L、胰蛋白酶15g/L、NaCl 5g/L和酵母提取物5g/L，且溶剂为富营养化水体。

优选地，步骤一中，在25℃、200r·min

优选地，步骤二中离心转速为5000r·min

优选地，步骤三中称取改性红松子壳放入定容液中进行吸附，后与聚乙二醇混合，搅拌均匀，得到混合液。

优选地，所述改性红松子壳称取重量为150g，吸附时长为1h，所述聚乙二醇体积为200mL，质量分数为10％。

优选地，步骤三中所述改性红松子壳由如下步骤改性而成：

步骤3.1，准确称取150g红松子壳并粉碎至4-6mm大小，置于3L烧杯中，再加入1.8L0.5mol·L

步骤3.2，将改性红松子壳冷却至室温后，用去离子水洗涤直至洗涤液不再使0.1M的硝酸铅溶液变浑浊，用抽滤设备进行抽滤；

步骤3.3，在60℃下将改性红松子壳烘干至恒重，置于干燥器中备用。

优选地，步骤四中所述含CaCl

优选地，步骤一中所述好氧聚磷菌采用如下步骤方法筛选：

步骤1.1，取80mL富营养化水体及20g活性淤泥，再加入20mL促生剂混合，在25℃、200r·min

步骤1.2，取上清液10mL，接种在细菌培养基上，在25℃、200r·min

步骤1.3，取5mL培养液转接，保持培养基和培养条件不变；

步骤1.4，待转接培养5～6次后，在含富营养化水体及活性淤泥的分离培养基中，采用划线接种的方法将不同颜色和形态的单一菌落继续进行3次转接培养，反复分离纯化，得到好氧聚磷菌单菌落；

步骤1.5，将获得的好氧聚磷菌单菌落分别接种在100mL合成培养基中进行厌氧好氧连续培养2-3天后，测定各菌株的除磷效率，选取除磷效果最佳的菌株为目标菌株。

优选地，步骤1.5中，合成培养基中各组份及其浓度分别为：活性淤泥20g/L、胰蛋白酶15g/L、NaCl 5g/L和酵母提取物5g/L，且溶剂为富营养化水体，培养温度为25℃，搅拌速率为200r·min

本发明还提供了一种微生物制剂的应用，将所述微生物制剂放在可悬浮在水体中的净化单元中。

优选地，所述净化单元包括用于提供浮力的浮床、用于填充所述微生物制剂的容置装置和用于控制所述容置装置下放深度的吊绳，所述吊绳一端可伸缩式捆绑在所述浮床上，所述吊绳的另一端捆绑在所述容置装置上。

优选地，所述容置装置包括表面设有通孔的容置装置盖和设有内壁和外壁的容置装置主体，所述容置装置主体的内壁和外壁上均开设有壁孔，所述内壁和所述外壁将容置装置主体内部划分为用于填充固体促生剂的内腔和用于填充所述微生物制剂的外腔。

有益效果：

采用本发明技术方案产生的有益效果如下：

(1)通过改性实现了将聚乙二醇添加至红松子壳上，不仅有效的提高了改性红松子壳的强度，提高了对微生物的腐蚀抵抗能力，而且对生物无毒，具有良好的生物相容性；

(2)通过交联，不仅使得好氧聚磷菌能够更好的固定在固定化颗粒上，避免了流水冲散菌群，有利于好氧聚磷菌发挥菌群优势，提高净化水体的效率，而且还提高了改性红松子壳的物理吸附能力；

(3)微生物制剂亦即好氧聚磷菌固定化颗粒能够吸附水中的腐植质、营养盐和水生动物的排泄物，提高寄宿在固定化颗粒中的好氧聚磷菌群对水体、排泄物和腐植质中有机物的利用效率，提高好氧聚磷菌群的摄取磷及除磷速率，促进好氧聚磷菌群的生长和繁殖，有利于好氧聚磷菌充分发挥菌群优势，降低水体中含磷量，减少水体中排泄物和腐植质的含量，限制水体中藻类、腐败菌和致病菌的生长和繁殖，此外还可对营养盐和污泥中释放的重金属进行吸附，避免了在净化水体时产生二次污染；

(4)通过将微生物制剂放在净化单元中的容置装置外腔，容置装置内腔填充固体促生剂，使得固定化颗粒中的好氧聚磷菌能够利用内腔中的固体促生剂进行快速生长和繁殖，有利于好氧聚磷菌形成菌群优势，此外，部分扩散到容置装置外的促生剂可激活水环境中具有降解污染物能力的土著微生物，利用生物竞争淘汰的方法，提高具有降解污染物能力的土著微生物地生态位，使其迅速繁殖，优化群落结构，提高水环境中的含氧量，提高环境的自净能力，使污染物就地降解或转化成无害物质，能够适应对更恶劣复杂的水体净化，此外，净化单元占地空间小，设备投入成本低，使用方便，可实现原位处理。

(5)本发明中采用的红松子壳可以一定程度上实现废弃红松子壳的高值化应用，变废为宝，避免了浪费资源及污染环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明较佳之净化单元立体图；

图2为本发明较佳之容置装置盖仰视图；

图3为本发明较佳之容置装置主体仰视图。

图中：

1-净化单元；11-浮床；12-容置装置；121-容置装置盖；

122-容置装置主体；13-吊绳；2-壁孔；3-通孔；4-内壁；

5-外壁；6-内腔；7-外腔。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在实施例中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

本实施方式从富营养化水体及活性淤泥中筛选目标菌株，获得好氧聚磷菌，对好氧聚磷菌进行扩种培养并配制成定容液，通过柠檬酸和红松子壳进行改性，获得改性红松子壳，将改性红松子壳放入定容液中进行吸附，后与聚乙二醇混合，搅拌均匀，再滴至含CaCl

步骤一，取80mL富营养化水体及20g活性淤泥，再加入20mL促生剂混合，在25℃、200r·min

步骤二，在转速5000r·min

步骤三，准确称取150g红松子壳并粉碎至4-6mm大小，置于3L烧杯中，再加入1.8L0.5mol·L

步骤四，用针头直径为6-8mm的注射机将所述混合液滴至体积为300mL、质量分数为2％的CaCl

如图1所示，本实施方式还提供了一种微生物制剂的应用，将所述微生物制剂放在可悬浮在水体中的净化单元1中。

作为一种优选地实施方式，所述净化单元1包括用于提供浮力的浮床11、用于填充所述微生物制剂的容置装置12和用于控制所述容置装置12下放深度的吊绳13，所述吊绳13一端可伸缩式捆绑在所述浮床11上，所述吊绳13的另一端捆绑在所述容置装置12上。

如图1、图2和图3所示，作为一种优选地实施方式，所述容置装置12包括表面设有通孔3的容置装置盖121和设有内壁4和外壁5的容置装置主体122，所述容置装置主体122的内壁4和外壁5上均开设有壁孔2，所述内壁4和所述外壁5将容置装置主体122内部划分为用于填充固体促生剂的内腔6和用于填充所述微生物制剂的外腔7。

下面通过几组实施例和对比例对采用本实施方式技术方案得到的微生物制剂的有益效果进行进一步的说明。

实施例一：

本实施例为目标菌株的筛选，具体步骤如下：

取80mL富营养化水体及20g活性淤泥，再加入20mL促生剂混合，在25℃、200r·min

将X-i分别接种在各组份及其浓度分别为：活性淤泥20g/L、胰蛋白酶15g/L、NaCl5g/L和酵母提取物5g/L，且溶剂为富营养化水体，pH为自然pH的100mL合成培养基中，在25℃、200r·min

实施例二：

本实施例为制备微生物制剂，即制备好氧聚磷菌固定化颗粒，具体步骤如下：

步骤一，在本实施例中使用实施例一中获得的X-9进行培养，得到好氧聚磷菌液；

步骤二，在转速5000r·min

步骤三，准确称取150g红松子壳并粉碎至4-6mm大小，置于3L烧杯中，再加入1.8L0.5mol·L

步骤四，用针头直径为6-8mm的注射机将所述混合液滴至体积为300mL、质量分数为2％的CaCl

实施例三

本实施例为测试微生物制剂对重金属离子的吸附效果，具体步骤如下：

分别将50g微生物制剂投入浓度相同的重金属离子溶液中，分别在5min、15min、30min、60min、100min、180min、330min、400min进行吸附效果检测，同理对50g改性红松子壳进行检测，其中在本次实施例中的重金属离子以重金属铅离子为代表，具体数据如表3所示。

实施例四：

本实施例为测试微生物制剂对富营养化水体的净化效果，具体步骤如下：

取富营养化水体并检测水质后均分成两份，其水质特征：TN 7.83mg/L、TP0.98mg/L、COD 237.8mg/L、Chla 235.6mg/L。将改性红松子壳放入相同条件下培养的X-9菌液进行吸附后，捞出改性红松子壳并洗涤，结束后投入任意一份水体中；取等质量的微生物制剂在同一时间下投入另一份水体中，分别在15d、30d进行水质检测，具体数据如表4和表5所示。

实施例五：

本实施例为鲟鱼池应用试验，具体步骤如下：

分别将1kg的微生物制剂装入挂袋和本发明的净化单元中，筛选两个水质相同、其它条件相近的50m

表1各菌种不同时间的TP去除率

表2各菌种不同时间的生物量

由表1和表2可知，在本次测试菌种中，X-9在OD600和TP去除率两方面均具有最佳的表现，而在表2中X-9在2d时检测的OD600大幅下降是由于TP的急剧减少导致X-9无法在不利的生活条件下释放能量，供X-9在不利环境中维持其生存所需，故选取X-9作为目标菌株。

表3重金属离子吸附效果的对比表

由表3可知，在相同条件下，微生物制剂对重金属离子的吸附效果明显优于改性红松子壳，而且随着时间的推移微生物制剂与改性红松子壳间吸附效果的差异越明显；说明通过交联提高了改性红松子壳的物理吸附能力，更有利于具有物理吸附作用的改性红松子壳发挥物理吸附作用。

表4微生物制剂对富营养化水体的净化效果

表5改性红松子壳吸附X-9对富营养化水体的净化效果

注：在30d将表5中改性红松子壳捞出时，部分改性红松子壳腐烂崩解，而表4中的微生物制剂则没有明显变化。

由表4和表5可知，相同条件下微生物制剂对富营养化水体的净化效果明显优于改性红松子壳吸附X-9，而且30d时部分改性红松子壳腐烂崩解，微生物制剂则没有明显变化。由此说明，将聚乙二醇添加至红松子壳上，不仅有效的提高了改性红松子壳的强度，提高了对微生物的腐蚀抵抗能力，对生物无毒，具有良好的生物相容性；通过交联使得好氧聚磷菌能够更好的固定在固定化颗粒上，避免了菌群被冲散，有利于好氧聚磷菌发挥菌群优势，提高净化水体的效率。

表6鲟鱼池挂袋试验结果

注：由于25d检测到的水质较差，故对鲟鱼池池水进行额外净化处理，在鲟鱼池挂袋试验中不进行30d的水质检测。

表7鲟鱼池净化单元试验结果

由表6和表7可知，采用本发明的净化单元对鲟鱼池池水进行净化的效果明显优于采用挂袋的形式，本发明的净化单元不仅可以随水流在鲟鱼池内进行移动，而且可通过吊绳改变容置装置深度，高效便捷的对鲟鱼池不同空间位置进行净化，故使用本发明的净化单元对鲟鱼池池水进行处理，只需在池中投放净化单元并每隔25天进行一次微生物制剂的更换和固体促生剂的填充即可确保对池水的水质进行持续净化，高效便捷地保证了鲟鱼池池水的水质，且使用时操作简单，占据空间小，投入成本低，可实现原位处理。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。