本发明涉及环境治理
技术领域：
，具体涉及一种生物除藻颗粒及其制备方法。
背景技术：
：近年来随着人类对环境资源开发利用活动日益增加，工农业生产大规模地迅速发展，大量含营养物质的城市污水、工业废水及农业废水流入水域，致使河、湖水体富营养化，富营养化带来的一个突出问题是藻类的爆发，在国内外均有大量报道。水体中藻类的爆发不仅降低了水资源利用效能、破坏了水体生态平衡，藻类毒素的产生也给公众健康带来极大隐患。河、湖水体富营养化是目前世界各国所面临的重大环境问题。研究控制藻类过量繁殖生长技术，已引起我国乃至世界环境科学工作者的关注。目前国内外采用的除藻方法有：物理方法、化学方法和生物方法。物理方法主要有机械清淤、过滤除藻、黏土除藻和气浮除藻等。法国处理塞纳河水用微滤机除藻，藻类的平均去除率为55％；美国wachu-sett水库除藻表明，气浮的除藻效率高达99.9％。物理方法缺点是处理成本过高，且对于防止水体富营养化的发生只能起到延缓作用。化学方法主要用重金属铜、杀生剂等化学杀藻剂，虽然可以快速杀死蓝藻，但对水体中动植物影响较大。生物方法是利用培育的生物或接种的生物的生命活动，对水体中污染物进行转化、降解及转移作用，从而使水体环境健康得到恢复的一种方法，生物除藻剂因其操作简单、无二次污染等特点，是目前国内外较常用的处理方法。虽然生物除藻剂具有上述优势，但是目前市售的生物除藻产品有效活菌含量低，除藻持续时间短，见效慢。技术实现要素：本发明为了解决现有技术生物除藻产品有效活菌含量低、除藻持续时间短、见效慢导致的生物治理水体富营养化效果不佳的问题，提供了一种有效微生物活菌数高、持效时间长、见效快的生物除藻颗粒。为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案：本发明提供了一种生物除藻颗粒，包括依次吸附在聚乙烯醇多孔载体颗粒上的微生物培养基和光合菌，每克所述生物除藻颗粒中至少含有光合菌1.0×109个。优选的，所用的聚乙烯醇多孔载体颗粒的孔隙率≥80％，粒径≤3mm。优选的，所述微生物培养基包括基础培养基，所述基础培养基包括碳源、氯化铵、磷酸氢二钾、氯化镁和氯化钠，所述碳源选自葡萄糖或醋酸钠。优选的，所述微生物培养基还包括矿物元素，所述矿物元素包括硫酸铁和/或硫酸锰。优选的，所述基础培养基包括碳源0.2～0.6g/l、氯化铵0.1～0.5g/l、磷酸氢二钾1～6g/l、氯化镁0.1～0.5g/l和氯化钠1.5～4g/l。优选的，所述矿物元素包括0.1～0.3g/l的硫酸铁和/或0.1～0.3g/l的硫酸锰。本发明还提供了一种上述技术方案所述生物除藻颗粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将干燥灭菌的聚乙烯醇多孔载体颗粒与微生物培养基混合，吸附0.8～1.5h，固液分离，收集固相组分为吸附载体；(2)将所述吸附载体与光合菌培养液混合，25～40℃下培养8～15d，固液分离，收集固相组分，得到生物除藻颗粒。优选的，所述步骤(1)中的聚乙烯醇多孔载体颗粒与微生物培养基的质量体积比为10～40g:0.5～2l优选的，当所述微生物培养基包括基础培养基和矿物元素时，对基础培养基和矿物元素培养基进行分别吸附。优选的，步骤(1)中所述聚乙烯多孔载体颗粒与步骤(2)所述光合菌培养液所含光合菌的质量比为5～20:80～95。与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下优点：本发明提供了一种生物除藻颗粒，包括依次吸附在聚乙烯醇多孔载体颗粒上的微生物培养基和光合菌，每克所述生物除藻颗粒中至少含有光合菌1.0×109个。本发明在聚乙烯醇多孔载体颗粒上吸附微生物培养基是为了给被吸附到载体内的光合菌提供营养物质，使生物除藻颗粒在制成后能够保持较高的有效活菌数，保持光合菌的活力并进行繁殖。本发明提供的生物除藻颗粒在单位时间治理效果好的基础上还具有良好的缓释作用，持效时间长。本发明选择聚乙烯醇多孔载体颗粒是利用了其内部孔隙率高、比表面积大的优势，同时聚乙烯醇多孔载体颗粒中含有大量羟基，与光合菌具有良好的亲和力，光合菌会较为牢固的附着在聚乙烯醇多孔载体颗粒上，有利于菌体附着和繁殖。本发明提供的生物除藻颗粒中的有效活菌数高，每克至少含有光合菌1.0×109个，常温常压下储存半年内有效活菌数不会低于制成时的含量，常温常压下储存三个月内有效活菌数将呈上升趋势，即本发明所述的生物除藻颗粒中光合菌至少在三个月内会进行增殖，有效期较长。本发明提供的生物除藻颗粒投入富营养水体后，与市售液体除藻制剂相比，相同剂量下起效时间缩短三分之一以上。施用本发明提供的生物除藻颗粒后持效时间可以达到10d以上，能够减少多次投加生物除藻剂的成本以及工作量，施用后富营养化水体的浊度、叶绿素a含量均有显著降低。本发明还提供了一种上述技术方案所述生物除藻剂的制备方法，先将聚乙烯醇多孔载体与微生物培养基混合吸附，再将吸附后的吸附载体分离与含有光合菌的微生物培养基混合吸附，得到生物除藻剂。本发明采用微生物培养基和光合菌分步吸附的方式，使得吸附更为均匀，确保大量的光合菌充分地被吸附在载体上。具体实施方式本发明提供了一种生物除藻颗粒，包括依次吸附在聚乙烯醇多孔载体颗粒上的微生物培养基和光合菌，每克所述生物除藻颗粒中至少含有光合菌1.0×109个。在本发明中，所述聚乙烯醇多孔载体颗粒起到吸附作用，本发明利用聚乙烯醇多孔载体颗粒具有孔隙率高、比表面积大的特性，扩大光合菌能够负载的量，提高载体内部的菌体浓度。同时，聚乙烯醇多孔载体颗粒中含有大量的羟基，与光合菌具有良好的亲和性，从而较为牢固的吸附光合菌，达到缓释的作用。在本发明中，所述聚乙烯醇多孔载体颗粒优选的孔隙率不低于80％，更优选的在90％以上；所述聚乙烯醇多孔载体颗粒优选的粒径不大于3mm，更优选为1.5～2.5mm。聚乙烯醇多孔载体颗粒的直径较小，加之生物除藻颗粒中有效菌数高，使得本发明制备得到的生物除藻颗粒在水中的有效微生物溶出速度较快，起效时间短。聚乙烯醇多孔载体颗粒的内部为空间网状结构，内部空间立体连通，为光合菌在其中附壁生长提供了大量空间，从而增殖效率较微生物培养基中更快，光合菌能够在聚乙烯醇多孔载体颗粒中迅速增殖达到较高的菌体浓度。本发明为了进一步提高聚乙烯醇多孔载体颗粒上负载的有效活菌数，在吸附光合菌前先吸附微生物培养基成分，为光合菌在聚乙烯醇多孔载体颗粒内部提供营养物质。光合菌可以利用吸附在聚乙烯醇多孔载体颗粒上的微生物培养基进行增殖，从而内部增加有效活菌数。光合菌在聚乙烯醇多孔载体颗粒内存在附壁现象，其繁殖速度较微生物培养基中快，因而能够快速地在聚乙烯醇多孔载体颗粒内部积蓄大量的光合菌。最终使得本发明得到的生物除藻颗粒中光合菌含量在1.0×109个/g以上，活菌数高，在缓释的同时也能够达到较高的处理效果。在本发明中，所述微生物培养基优选的包括基础培养基，更优选的还包括矿物元素。在本发明中，所述基础培养基包括碳源、氯化铵、磷酸氢二钾、氯化镁和氯化钠，所述碳源选自葡萄糖或醋酸钠。其中，葡萄糖和醋酸钠起到提供碳源的作用，二者选择其一即可。本发明优选的，所述基础培养基中包括包括碳源0.2～0.6g/l、氯化铵0.1～0.5g/l、磷酸氢二钾1～6g/l、氯化镁0.1～0.5g/l和氯化钠1.5～4g/l；更优选的，包括氯化铵1g/l、磷酸氢二钾3g/l、氯化镁0.2g/l和氯化钠2g/l，以及葡萄糖0.4g/l或醋酸钠0.4g/l。在本发明中，所述矿物元素包括硫酸铁和/或硫酸锰。在本发明中，所述矿物元素能够进一步补充光合菌培养所需的微量元素。本发明优选的，所述矿物元素包括硫酸铁0.1～0.3g/l和/或硫酸锰0.1～0.3g/l；更优选的，包括硫酸铁0.2g/l或硫酸锰0.2g/l。本发明对所述聚乙烯多孔吸附载体、微生物培养基成分以及光合菌的来源无特殊限定，采用市售商品或按照已知方法自行制备均可。本发明提供的生物除藻颗粒为固体制剂，相比于液体生物除藻制剂更易于施加，并且由于本发明所述生物除藻颗粒中的有效活菌数高，见效时间反而相对于市售的液体生物除藻制剂来说缩短三分之一以上。本发明提供的生物除藻颗粒施加到富营养化水体后，起效迅速，作用时间长，能够保持10d以上。经过本发明提供的生物除藻颗粒治理后，富营养化水体的浊度和叶绿素a含量会显著降低，基本解除富营养化。本发明还提供了一种上述技术方案所述生物除藻颗粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将干燥灭菌的聚乙烯醇多孔载体颗粒与微生物培养基混合，吸附0.8～1.5h，固液分离，收集固相组分为吸附载体；(2)将所述吸附载体与光合菌培养液混合，25～40℃下培养8～15d，固液分离，收集固相组分，得到生物除藻颗粒。本发明将聚乙烯醇多孔载体颗粒进行干燥、灭菌，而后与微生物培养基混合，吸附0.8～1.5h，分离固体，即得吸附载体。本发明对于干燥的聚乙烯醇多孔载体颗粒进行灭菌，以防止非目的微生物侵占空间。本发明对所述灭菌方法无特殊限定，采用非湿法灭菌即可。本发明对干燥聚乙烯醇多孔载体颗粒的方法无特殊限定，只要能够将聚乙烯醇多孔载体颗粒的含水率降低至5％以下即可。本发明干燥聚乙烯醇多孔载体颗粒的目的是为了后续的吸附步骤提供充足空间，防止水分占据了内部空间。在本发明中，所述微生物培养基的组成和含量如上述技术方案所示，在此不再赘述。在本发明中，所述干燥灭菌后的聚乙烯醇多孔载体颗粒与微生物培养基的质量体积比优选为10～40g:0.5～2l，更优选为20g:1l。在本发明中，所述对微生物培养基的吸附时间更优选为1h。本发明所述吸附时在无菌环境下进行。在本发明中，当所述微生物培养基包括基础培养基和矿物元素时，本发明优选的分别对基础培养基和矿物元素进行吸附。本发明对所述基础培养基和矿物元素的吸附顺序无特殊限定，先吸附基础培养基或矿物元素均可。本发明对基础培养基和矿物元素进行分别吸附是为了使吸附更为均匀。具体的，本发明所述基础培养基的吸附时间优选为0.4～0.8h，更优选为0.5～0.6h；所述矿物元素的吸附时间优选为0.4～0.7h，更优选为0.5h。吸附完成后，本发明进行固液分离，取固体部分即为吸附载体。本发明对所述固液分离方式无特殊限定，采用本领域常用方法即可，比如离心、过滤等。得到吸附载体后，本发明将吸附载体与光合菌培养液混合，在25～40℃下培养8～15d，分离固体，得到生物除藻颗粒。在本发明中，所述光合菌培养液由所述微生物培养基和光合菌组成。本发明所述光合菌培养液中，光合菌所占质量体积分数优选为8～15％，更优选为10％。本发明所述光合菌培养液的制备方法优选为将光合菌与微生物培养基直接混合得到。在本发明中所述光合菌优选的来源于市售菌剂，采用有效活菌数不低于2×108个/g的光合菌菌剂。在本发明中，所述光合菌培养液中光合菌的含量根据前述步骤中采用的聚乙烯醇多孔载体颗粒质量确定，优选的，所述聚乙烯醇多孔载体颗粒与所述光合菌培养液中光合菌的质量比为5～20:80～95，更优选为10～15:85～90。在本发明中，所述培养时，光合菌一方面被所述吸附载体吸附，另一方面也在微生物培养基和吸附载体内进行增殖。在本发明中，所述培养温度优选为30～35℃；所述培养时间优选为10d。本发明优选的，所述培养时，光照强度优选为2800～4000lux，更优选为3000～3500lux。光合菌的生长需要光照，而聚乙烯醇多孔载体颗粒的高孔隙率可以透光，保证在培养时给予光合菌充足的光照条件，使光合菌在吸附载体内充足大量繁殖。为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。实施例11、配制微生物培养基：基础培养基：葡萄糖4克、氯化铵10克、磷酸氢二钠20克、磷酸氢二钾30克、氯化镁2克、氯化钠20克，加蒸馏水至10l，溶解后调ph值至7.3，121℃灭菌30分钟，冷却至室温。矿物元素：硫酸锰2克，加蒸馏水至10l，溶解后调ph值至7.3，121℃灭菌30分钟，冷却至室温。2、配制光合菌培养液：取1.8g光合菌菌剂(活菌数为2.3×108个/g)溶于微生物培养基18l中，即得。所述微生物培养基为葡萄糖4克、氯化铵10克、磷酸氢二钠20克、磷酸氢二钾30克、氯化镁2克、氯化钠20克，硫酸锰2克，加蒸馏水至10l，溶解后调ph值至7.3，121℃灭菌30分钟，冷却至室温。3、生物除藻颗粒的制备将聚乙烯醇多孔载体颗粒在40℃下干燥1h，使含水率降低至5％，紫外线杀菌60min，得到干燥灭菌的聚乙烯醇多孔载体颗粒。取200g干燥灭菌的聚乙烯醇多孔载体颗粒与10l基础培养基在混合并在无菌条件下吸附0.8h，离心分离后取固体部分，继续与10l矿物元素混合并在无菌条件下吸附0.2h，离心后取固体部分，即得吸附载体。将吸附载体与含有10％光合菌的光合菌培养液18l混合，在3000lux照度下培养10天；过筛，滤渣即为生物除藻颗粒。经检测，制备得到的生物除藻颗粒中有效活菌数2.05×109个/g。实施例2选择20平方米、平均水深0.7米的富营养化景观池，播撒实施例1制备得到的生物除藻颗粒1kg。施用10天后，景观池的浊度由施用前的8.42ntu降至1.41ntu、叶绿素a含量由0.12微克/升降至0.023微克/升。实施例31、配制微生物培养基：基础培养基：醋酸钠80克、氯化铵200克、磷酸氢二钠380克、磷酸氢二钾600克、氯化镁40克、氯化钠400克，加蒸馏水至200l，溶解后调ph值至7.3，121℃灭菌30分钟，冷却至室温。矿物元素：硫酸铁5克，加蒸馏水至200l，溶解后调ph值至7.3，121℃灭菌30分钟，冷却至室温。2、配制光合菌培养液：取17kg光合菌菌剂(活菌数为2.1×108个/g)溶于微生物培养基170l中，即得。所述微生物培养基为醋酸钠80克、氯化铵200克、磷酸氢二钠380克、磷酸氢二钾600克、氯化镁40克、氯化钠400克，硫酸铁5克，加蒸馏水至200l，溶解后调ph值至7.3，121℃灭菌30分钟，冷却至室温。3、生物除藻颗粒的制备将聚乙烯醇多孔载体颗粒在40℃下干燥1h，使含水率降低至3％，紫外线杀菌45min，得到干燥灭菌的聚乙烯醇多孔载体颗粒。取4kg干燥灭菌的聚乙烯醇多孔载体颗粒与200l基础培养基在混合并在无菌条件下吸附0.6h，离心分离后取固体部分，继续与200l矿物元素混合并在无菌条件下吸附0.6h，离心后取固体部分，即得吸附载体。将吸附载体与含有10％光合菌的光合菌培养液170l混合，在3500lux照度下培养10天；过筛，滤渣即为生物除藻颗粒。经检测，制备得到的生物除藻颗粒中有效活菌数2.63×109个/g。实施例4选择富营养化的污水处理厂出水氧化塘，1亩，平均水深1.2米。播撒实施例3制备得到的生物除藻颗粒30公斤。10天后，水浊度12.55ntu降至3.34ntu、叶绿素a0.21微克/升降至0.04微克/升。实施例51、配制微生物培养基：基础培养基：葡萄糖0.28克、氯化铵0.12克、磷酸氢二钠1.6克、磷酸氢二钾1.8克、氯化镁0.24克、氯化钠2克，加蒸馏水至800ml，溶解后调ph值至7.3，121℃灭菌30分钟，冷却至室温。2、配制光合菌培养液：取84g光合菌菌剂(活菌数为2.5×108个/g)溶于微生物培养基850ml中，即得。3、生物除藻颗粒的制备将聚乙烯醇多孔载体颗粒在45℃下干燥1h，使含水率降低至2％，紫外线杀菌45min，得到干燥灭菌的聚乙烯醇多孔载体颗粒。取16g干燥灭菌的聚乙烯醇多孔载体颗粒与800l基础培养基在混合并在无菌条件下吸附1h，离心分离后取固体部分，即得吸附载体。将吸附载体与含有10％光合菌的光和培养液850ml混合，在2800lux照度下培养11天；过筛，滤渣即为生物除藻颗粒。经检测，制备得到的生物除藻颗粒中有效活菌数2.06×109(个/g)。实施例6本次试验对实施例1、2制备得到的生物除藻颗粒贮存期进行验证在常温常压的阴凉、干燥库房中保存实施例1制备得到的生物除藻颗粒，每隔30d对生物除藻颗粒的有效活菌数进行检测，结果如表1所示：表1贮存期间生物除藻颗粒的有效活菌数(个/g)30d2个月3个月5个月6个月实施例12.05×1092.06×1092.04×1092.06×1092.03×109由表1的数据可以看出，本发明提供的生物除藻颗粒中光合菌有效活菌数可保持半年以上，半年内有效活菌数不会低于初始值，贮存前期的三个月内有效活菌数反而会上升。可见，本发明提供的生物除藻颗粒的有效期长，在贮存期间其中的光合菌继续繁殖，保持了较高的菌浓度。实施例7本次试验对于本发明制备得到的生物除藻颗粒起效时间以及缓释性能进行验证1、选取3只试验水槽，试验水槽规格为：长2m×宽1m×高0.3m。取北随塘河含藻水，分别注满试验水槽。2、将市售的液体光合菌剂(浙江加百列生物科技有限公司，商品名为微生物添加剂)向其中一只试验水槽中投入50ppm，作为光合菌组。将实施例1制备得到的生物除藻颗粒按照0.025g/l的比例添加至其中一只试验水槽中，作为试验组。剩余的一只试验水槽作为对照组。3、向三只试验水槽中各添加北随塘河底泥0.2kg，启动冲浪循环泵，每天8:30～9:00取水样检测浊度和叶绿素a含量，连续试验7d。4、结果表2不同处理的水体质量变化由表2数据可以看出，施加液体光合菌剂的光合菌组从第6天开始出现明显的浊度和叶绿素含量变化，而试验组则在第四天开始出现。可见，本发明提供的生物除藻颗粒的起效时间更早，相对于现有的光合菌除藻制剂起效时间能够缩短1/3左右。实施例8本次试验对于生物除藻颗粒的缓释性能进行验证：将市售的液体光合菌剂(浙江加百列生物科技有限公司，商品名为微生物添加剂)与生物除藻颗粒分别投入景观鱼塘中，其中液体光合菌剂的投加量在60ppm，实施例1制备得到的生物除藻颗粒投加量为0.030g/l。投入水体4天后捞出生物除藻颗粒，脱水，测定生物除藻颗粒中的光合菌含量以及水体中光合菌含量；同时测定投入液体光合菌剂的水体中光合菌含量。表3不同处理的光合菌含量(个/g)投加至水体后一般液体光合菌由于投加量在20～80ppm，检出值很低。颗粒除藻剂的菌含量也会被水稀释，但孔内有营养液释放的同时有一定的生长，且菌体与载体有一定的结合牢度，颗粒周围的菌体浓度相对较高，作用时间更长。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12