一種用于處理富含鐵錳地下水的菌劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地下水處理領(lǐng)域，主要涉及一種用于處理富含鐵錳地下水的菌劑。
【背景技術(shù)】
[0002]地下水是一種十分寶貴的資源，其水質(zhì)較穩(wěn)定，不易受到污染，是人類優(yōu)良的飲用水和理想的工業(yè)水源。但在中國(guó)大部分地區(qū)的地下水常常富含大量的鐵錳等金屬離子，其含量過高會(huì)帶來諸多危害，主要包括以下幾個(gè)方面:①作為生活用水，會(huì)使衣物變色，水有鐵腥味，鐵質(zhì)沉淀物Fe2O3會(huì)滋長(zhǎng)鐵細(xì)菌，阻塞管道；②作為造紙、紡織、印染、化工、食品等生產(chǎn)用水會(huì)降低產(chǎn)品質(zhì)量，腐蝕生產(chǎn)設(shè)備及用具長(zhǎng)期飲用含鐵、錳量過高的水還會(huì)嚴(yán)重影響身體健康，造成胰腺、肝臟、神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)疾病，甚至導(dǎo)致人體慢性中毒。因此，含有過量鐵錳的地下水，需經(jīng)處理才能滿足工業(yè)生產(chǎn)和人民生活的要求。近年來，地下水除鐵、除錳技術(shù)一直受到專家學(xué)者和工程技術(shù)人員的廣泛重視。然而，地下水除鐵除錳技術(shù)雖然已經(jīng)從自然氧化法、接觸氧化法走向了生物治理法的階段。但在工程實(shí)施上仍存在運(yùn)行初期出水水質(zhì)不穩(wěn)定，錳的去除較困難等問題。單純的鐵錳氧化菌的加入常因掛膜時(shí)間長(zhǎng)，抗沖擊能力弱，無法達(dá)到理想的鐵錳去除效果。生物膜所形成的結(jié)構(gòu)性細(xì)菌群落是絕大多數(shù)微生物定殖生長(zhǎng)的理想模式，生物膜能夠有效地阻止外界強(qiáng)力沖擊和傷害，提高細(xì)菌在環(huán)境中的適應(yīng)性。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌在生物膜中比浮游狀態(tài)下的代謝活力更強(qiáng)，有利于地下水的生物處理。因此，有針對(duì)性的篩選可高效氧化鐵錳的微生物，將其與生物膜形成菌配伍加入生物濾柱中強(qiáng)化地下水中鐵錳的去除是解決上述問題的一種行之有效的方法。開發(fā)利用鐵錳氧化菌與生物膜形成菌配伍菌劑處理富含鐵錳的地下水，將具有一定的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益以及生態(tài)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種用于處理富含鐵錳地下水的菌劑，達(dá)到提高處理效果和處理效率的目的。
[0004]本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種用于處理富含鐵錳地下水的菌劑，所述菌劑由鐵錳氧化菌與生物膜形成菌配伍組成；所述鐵猛氧化菌由錯(cuò)狀芽孢桿菌BaciIIus cereus (Pl)、不動(dòng)桿菌屬 Acinetobacter sp.(P2)、巨大芽抱桿菌 Bacillus megaterium(P3)、鞘氨醇桿菌屬Sphingobacterium sp.(P5)構(gòu)成，所述生物膜形成菌為枯草芽孢桿菌Bacillussubtilis (E3);所述錯(cuò)狀芽抱桿菌 Bacillus cereus、不動(dòng)桿菌屬 Acinetobacter sp.、巨大芽抱桿菌Bacillus megaterium、鞘氨醇桿菌屬Sphingobacterium sp.與枯草芽抱桿菌Bacillus subtilis，5種菌株等比配伍。
[0006]所述的4株鐵錳氧化菌和生物膜形成菌均由本實(shí)驗(yàn)室分離所得。
[0007]通過試驗(yàn)結(jié)果可知，接種4株鐵錳氧化菌與生物膜形成菌配伍菌劑的實(shí)驗(yàn)組，可在Sh內(nèi)完成掛膜過程，濾柱運(yùn)行前期，第4d起對(duì)鐵錳的去除分別可達(dá)到100%和95%左右，且可持續(xù)穩(wěn)定過濾23d，反沖洗過后可立即恢復(fù)鐵錳去除能力。
[0008]本發(fā)明通過配伍鐵錳氧化菌與生物膜形成菌形成菌劑，研究其用于處理富含鐵錳地下水的效果，發(fā)現(xiàn)菌劑的加入可大大縮短生物濾柱的掛膜時(shí)間，濾柱運(yùn)行前期對(duì)鐵錳的去除效果明顯，且可在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，該菌劑的應(yīng)用為富含鐵錳地下水處理新方法的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0009]圖1 3組生物濾柱鐵去除率變化曲線圖。
[0010]圖2 3組生物濾柱錳去除率變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]—種用于處理富含鐵錳地下水的菌劑，所述菌劑由鐵錳氧化菌與生物膜形成菌配伍組成；所述鐵猛氧化菌由錯(cuò)狀芽孢桿菌BaciIIus cereus (Pl)、不動(dòng)桿菌屬 Acinetobacter sp.(P2)、巨大芽抱桿菌 Bacillus megaterium(P3)、鞘氨醇桿菌屬Sphingobacterium sp.(P5)構(gòu)成，所述生物膜形成菌為枯草芽孢桿菌Bacillussubtilis (E3);所述錯(cuò)狀芽抱桿菌 Bacillus cereus、不動(dòng)桿菌屬 Acinetobacter sp.、巨大芽抱桿菌Bacillus megaterium、鞘氨醇桿菌屬Sphingobacterium sp.與枯草芽抱桿菌Bacillus subtilis，5種菌株等比配伍。
[0012]實(shí)例1、鐵錳氧化菌株P(guān)1、P2、P3、P5對(duì)鐵和錳的氧化能力考查
[0013](1)P1、P2、P3、P5對(duì)鐵錳的氧化能力考查
[0014]分別接種4株鐵錳氧化菌于鐵錳的初始濃度為800mg.L 1和200mg.L 1的培養(yǎng)液中，恒溫?fù)u床振蕩培養(yǎng)48h后，可知各菌株生長(zhǎng)量0D_nni可達(dá)到2.0左右，菌株的鐵氧化率和猛氧化率均可達(dá)81%和68%左右。
[0015](2) 4株鐵錳氧化菌混合培養(yǎng)后對(duì)鐵錳的氧化能力考查
[0016]將4株鐵錳氧化菌按1:1:1:1比例混合后共同培養(yǎng)，考查各菌株聯(lián)合使用能否出現(xiàn)鐵錳氧化協(xié)同作用。恒溫?fù)u床振蕩培養(yǎng)48h后，混合培養(yǎng)菌株對(duì)鐵錳的去除率分別98.93%,94.67%，符合預(yù)期效果，各菌株能夠較好協(xié)同氧化。
[0017]實(shí)例2、鐵錳氧化菌與生物膜形成菌之間的相互作用考察
[0018](I)生物膜形成菌Bacillus subtilis E3對(duì)鐵猛的耐受性及成膜情況
[0019]接種Bacillus subtilis E3于鐵猛濃度分別為2mg.L 1和0.5mg.L 1的模擬地下水中，搖床振蕩培養(yǎng)48h，其生長(zhǎng)量0D_nni值達(dá)到0.9以上，生物膜形成量OD 5TOnni值可達(dá)到1.4以上，表明鐵猛濃度為2mg.L 1和0.5mg.L 1的模擬地下水對(duì)Bacillus subtilis E3生長(zhǎng)無抑制作用，且其具有較強(qiáng)的成膜能力。
[0020](2)生物膜形成菌與鐵錳氧化茵之間的拮抗作用
[0021]采用無菌濾紙片平板法，將Bacillus subtilis E3菌懸液與融化后冷卻至40°C的LB固體培養(yǎng)基混勻，倒平板，待培養(yǎng)基凝固后將沾有其他4種鐵錳氧化菌菌液的濾紙片按一定間距貼于其上，28°C倒置培養(yǎng)24-48h，觀察抑菌圈大小。發(fā)現(xiàn)菌株間無明顯的抑制作用。
[0022]實(shí)例3、鐵錳氧化菌與生物膜形成菌配伍菌劑處理富含鐵錳地下水效果考察
[0023](I)生物濾柱的建立
[0024]以均質(zhì)混合的錳砂和沸石為濾料。模擬地下水的原水指標(biāo)含量如下:pH為6?7.5、總鐵含量在2mg ^L1左右，二價(jià)錳含量在0.5mg.L 1左右。原水溶解氧范圍在3?4mg.L \經(jīng)過噴頭曝氣后的跌水溶解氧濃度在6?7mg.L 1之間。
[0025](2)菌劑處理富含鐵錳地下水效果考察
[0026]本研究設(shè)置3組平行濾柱，包括2個(gè)實(shí)驗(yàn)組和I個(gè)對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組I接種等量4種鐵錳氧化菌與生物膜形成菌配伍菌劑；實(shí)驗(yàn)組II接種鐵錳氧化菌不動(dòng)桿菌屬Acinetobacter sp.(P2)菌液；對(duì)照組不接種任何菌株。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，考察鐵猛氧化菌與生物膜形成菌配伍菌劑對(duì)富含鐵錳地下水的去除效果。
[0027]實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1和圖2。
[0028]通過試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，接種4株鐵錳氧化菌與生物膜形成菌配伍菌劑的實(shí)驗(yàn)組I，可在Sh內(nèi)完成掛膜過程，濾柱運(yùn)行前期，第4d起對(duì)鐵錳的去除分別可達(dá)到100%和95%左右，出水水質(zhì)清澈透明，鐵錳離子含量均低于國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)(Fe ( 0.3mg.L \Mn彡0.1mg -L1),且可持續(xù)穩(wěn)定過濾23d，第30d進(jìn)行反沖洗，反沖洗過后可立即恢復(fù)鐵錳去除能力。接種單株鐵錳氧化菌的實(shí)驗(yàn)組II完成掛膜過程需要48h，持續(xù)穩(wěn)定過濾后，對(duì)鐵錳的最高去除率分別為70%和60%左右，可持續(xù)穩(wěn)定過濾8d，第18d進(jìn)行反沖洗，反沖洗過后鐵錳去除能力恢復(fù)較慢；對(duì)照組持續(xù)穩(wěn)定過濾后，對(duì)鐵錳的最高去除率分別為40%和35%左右，可持續(xù)穩(wěn)定過濾4d，第16d進(jìn)行反沖洗，反沖洗過后鐵錳去除能力恢復(fù)緩慢，且穩(wěn)定過濾時(shí)間較短。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果可知，接種配伍菌劑的實(shí)驗(yàn)組I較接種單株鐵錳氧化菌實(shí)驗(yàn)組II及對(duì)照組去除率分別高出40%和60%左右，濾柱穩(wěn)定過濾時(shí)間是實(shí)驗(yàn)組II及對(duì)照組的2.88倍和5.75倍，且反沖洗后去除效果恢復(fù)迅速。
[0029]結(jié)果表明，接種菌劑的實(shí)驗(yàn)組I濾柱可在較短時(shí)間內(nèi)完成掛膜過程，大大縮短生物濾柱的掛膜時(shí)間，濾柱運(yùn)行前期對(duì)鐵錳的去除效果明顯，且可在短時(shí)間內(nèi)使鐵錳去除率達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，出水水質(zhì)穩(wěn)定，鐵錳含量均達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)；濾柱持續(xù)去除鐵錳能力強(qiáng)，具有較高的抗沖擊能力，且反沖洗后其鐵錳去除能力恢復(fù)迅速，反沖洗時(shí)間間隔長(zhǎng)，從而減少了反沖洗次數(shù)。
[0030]綜上所述，應(yīng)用鐵錳氧化菌與生物膜形成菌配伍菌劑處理富含鐵錳地下水，能夠提高濾柱對(duì)鐵錳離子的去除效率，節(jié)約時(shí)間與資源，擴(kuò)大水處理量，為富含鐵錳地下水處理新方法的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于處理富含鐵錳地下水的菌劑，其特征在于:所述菌劑由鐵錳氧化菌與生物膜形成菌配伍組成；所述鐵猛氧化菌由錯(cuò)狀芽孢桿菌Bacillus cereus、不動(dòng)桿菌屬Acinetobacter sp.、巨大芽抱桿菌Bacillus megaterium、鞘氨醇桿菌屬Sphingobacterium sp.構(gòu)成，所述生物膜形成菌為枯草芽孢桿菌Bacillus subtilis ;所述錯(cuò)狀芽抱桿菌Bacillus cereus、不動(dòng)桿菌屬Acinetobacter sp.、巨大芽抱桿菌Bacillusmegaterium、鞘氨醇桿菌屬 Sphingobacterium sp.與枯草芽抱桿菌 Bacillus subtilis? 5種菌株等比配伍。
【專利摘要】一種用于處理富含鐵錳地下水的菌劑屬于地下水處理領(lǐng)域。所述菌劑由鐵錳氧化菌與生物膜形成菌配伍組成，所述鐵錳氧化菌由蠟狀芽孢桿菌(Bacillus？cereus)、不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter？sp.)、巨大芽孢桿菌(Bacillus？megaterium)、鞘氨醇桿菌屬(Sphingobacterium？sp.)構(gòu)成，所述生物膜形成菌為枯草芽孢桿菌Bacillus？subtilis。將5種菌株等比配伍接種于生物濾柱中，可在8h內(nèi)完成掛膜過程，運(yùn)行第4d起鐵錳去除率可達(dá)到100％和95％左右，可穩(wěn)定過濾23d，反沖洗后立即恢復(fù)鐵錳去除能力。本發(fā)明為采用生物法處理富含鐵錳地下水提供了新的思路，具有較高的理論意義與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】C02F3/34, C12R1/11, C12R1/01, C12N1/20, C12R1/085, C12R1/125
【公開號(hào)】CN105087431
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510465900
【發(fā)明人】李春艷, 成小松, 李大鵬, 王淑婷, 侯寧, 成毅, 樊星, 臧海蓮
【申請(qǐng)人】東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年7月28日