本发明属于微生物应用技术领域，具体涉及一种促微生物生长营养剂及其制备方法和应用。
背景技术：
随着人类社会化程度的不断提高和工业经济的日益发展，越来越多的生态环境问题日益显现，其中，水体污染的问题尤为严峻。而城市化进程的加快所引发的大量工业废水和生活污水的排放，是水体污染的主要原因。目前，人们不断尝试采用各种物理、化学或生物的途径来处理和净化污水，从而提高水体的水质，从而缓解不断严峻的淡水资源供给现状。
微生物处理方法是近年来发展较快的一种污水净化方式。常规的微生物处理方法是利用微生物的新陈代谢活动，来消耗或分解污水中的污染物质以达到分解或降低净化水体的最终目的。例如，cn208700644u公开了一种污水处理用微生物过滤膜，其中通过微生物培养层紧贴微生物层，使得微生物膜上的微生物能够吸收和分解污水中的有害组分，从而实现了良好的过滤效果；cn103570132b公开了通过将水生植物置于厌氧微生物群中进行培养，使水生植物上形成一层微生物膜，然后将培养好的水生植物置于经过预处理的河道水域中净化水质；cn108034602b公开一种用于重金属废水处理的复合菌剂，其包含加州链霉菌、外皮毛霉菌和纤维素分解菌；cn103667141b公开了一种用于工业污水处理的菌剂，其包含多种芽孢杆菌、酵母菌、硝化细菌和脱氮副球菌等，其能够高效去除污水中悬浮物。
为了促进微生物在污水中的大量繁殖，进而确保微生物在污水中的数量和活性，人们除了控制合适的酸碱度、温度等条件下，还尝试添加一定的营养物质来满足微生物的需求。常规的方法是通过添加尿素、液氨、硝酸铵、硫酸铵等，但这些营养物质比较单一，难以满足微生物对多种养分的需求。现有技术中公开的某些营养物质原料组分过于复杂且其对于微生物有益的元素却较少，也无法正常保证污水处理微生物的正常生活代谢。另外，在一些微生物营养物中，有益的营养成分起效时间较短，难以满足微生物的长期营养需求。
因此，如何在较短的时间内培养大量的污水处理用微生物，且长期提供保持其正常生理代谢活动所需的养分，实现污水有害污染物的大量降解和去除，是实现健康且可持续的污水处理方式势必需要解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种促微生物生长营养剂，其包含微生物生长和繁殖所需的大量元素和微量元素、维生素等营养物质，促进微生物、特别是芽孢杆菌等快速生长成为优势菌群；通过含有孔隙结构的矿物载体与营养物质的协同作用，实现营养元素的持续供给，进一步提高了污水的净化效果。
本发明的目的通过包括以下的技术方案来实现：
根据本发明的一个方面，提供了一种促微生物生长营养剂，其由包括以下的原料制备而成：珍珠岩、葡萄糖、酵母浸粉和无机金属盐。
其中，按重量计，所述珍珠岩、葡萄糖、酵母浸粉和无机金属盐的质量份数分别为珍珠岩100-150份、葡萄糖50-70份、酵母浸粉8-15份和无机金属盐5-15份。
优选地，按重量计，所述珍珠岩、葡萄糖、酵母浸粉和无机金属盐的质量份数分别为珍珠岩110-140份、葡萄糖55-65份、酵母浸粉10-12份和无机金属盐8-12份。
其中，所述珍珠岩的粒径为100-1000um。
优选地，所述珍珠岩由粒径为100-400um的部分和粒径为500-800um的部分组成。
其中，粒径为100-400um的珍珠岩部分与粒径500-800um的珍珠岩部分的质量比为(3-7)：1；优选地，粒径为100-400um的珍珠岩部分与粒径500-800um的珍珠岩部分的质量比为(4-6)：1。
发明人预料不到地发现，两种不同粒径的珍珠岩作为营养成分的载体，其释放营养物质的速率不同，发明人经过大量实验发现以一定比例对大粒径和小粒径的珍珠岩进行复配，作为营养物质的载体，能够同时实现短时间内微生物的快速繁殖从而建立优势菌群，同时还能保证在较长时间段的保证优势菌群所需的营养。在本发明中，可通过任何本领域已知的方法对原料进行研磨得到所需的粒径大小，比如球磨。
其中，所述无机金属盐包括氯化钙、磷酸二氢钾、硫酸镁、氯化铁和磷酸氢二钠。
其中，按重量份计，所述无机金属盐包括氯化钙2.5-7份、磷酸二氢钾1.5-3份、硫酸镁0.6-3份、氯化铁0.2-1份和磷酸氢二钠0.2-1份。
优选地，按重量份计，所述无机金属盐包括氯化钙3-5份、磷酸二氢钾2-2.5份、硫酸镁1.5-2.5份、氯化铁0.4-0.8份和磷酸氢二钠0.4-0.8份。
其中，所述促微生物生长营养剂还包括b族维生素2-6份。优选地，所述b族维生素选自维生素b1(硫铵)、维生素b2(核黄素)、维生素b3(烟酸)、维生素b5(泛酸)、维生素b6(吡哆醇)、维生素b7(生物素)、维生素b9(叶酸)和维生素b12(钴胺素)的一种或多种。优选地，所述b族维生素为维生素b3(烟酸)和维生素b12(钴胺素)的组合。
根据本发明的另一方面，提供了一种促微生物生长营养剂的制备方法，包括：按照预设的比例，将葡萄糖、酵母浸粉和无机金属盐加入到反应容器中，可选地，还加入b族维生素，加入适量水使其完全溶解得到混合液；将珍珠岩研磨，过筛得到粉末；将珍珠岩研磨，过筛得到粉末；将粉末与混合液混合，充分搅拌，干燥和研磨。
在所述方法中，将珍珠岩、葡萄糖、酵母浸粉和无机金属盐以(100-150):(50-70):(8-15):(5-15)的质量比加入反应容器中。
任选地，将维生素与葡萄糖、酵母浸粉和无机金属盐一起加入到反应容器中。
根据本发明的另一方面，提供了上述促微生物生长营养剂在促进微生物在污水处理中的应用，其中，所述微生物用于市政污水、垃圾渗滤液废水、餐厨及厨余垃圾废水、河道黑臭水体或工业废水等净化处理。
相对于所述生物池进水的总体积，本发明提供的促微生物生长营养剂以0.5-2g/m3·d的量、优选地以1-1.5g/m3·d进行投加。
在所述应用中，所述微生物为用于污水处理的微生物复合菌制剂中的微生物。
根据本发明的又一方面，本发明提供的营养剂用于污水处理的微生物复合菌制剂，所述复合菌制剂活性成分包括以下属的微生物菌群：其活性成分包括以下属的微生物菌群：芽孢杆菌属(bacillus)细菌、假单胞菌属(pseudomonas)细菌、乳杆菌属(lactobacillus)细菌、球拟酵母属(torulopsis)真菌、曲霉属(aspergillus)真菌、根霉属(rhizopus)真菌、青霉属(penicillium)真菌、毛霉属(mucor)真菌、木霉属(trichoderma)真菌、荚硫菌属(thiocapsa)细菌、固氮菌属(azotobacter)细菌和亚硝化单胞菌属(nitrosmonas)细菌。
其中，按重量份计，所述微生物复合菌制剂包括芽孢杆菌属细菌65-85份、假单胞菌属细菌2-10份、乳杆菌属细菌0.1-2.5份、球拟酵母属真菌0.1-2.5份、曲霉属真菌0.1-2.5份、根霉属真菌0.1-2.5份、青霉属真菌1-5份、毛霉属真菌0.1-2.5份、木霉属真菌1-5份、荚硫菌属细菌0.1-2.5份、固氮菌属细菌1-5份和亚硝化单胞菌属细菌1-5份。
优选地，按重量份计，所述微生物复合菌制剂包括芽孢杆菌属细菌70-80份、假单胞菌属细菌3-8份、乳杆菌属细菌0.5-2份、球拟酵母属真菌0.5-2份、曲霉属真菌0.5-2份、根霉属真菌0.5-2份、青霉属真菌2-4份、毛霉属真菌0.5-2份、木霉属真菌2-4份、荚硫菌属细菌0.3-2份、固氮菌属细菌2-4份和亚硝化单胞菌属细菌2-4份。
其中，所述微生物复合菌制剂还包括以下属的微生物菌群：假囊酵母属(eremothecium)真菌、链霉菌属(streptmyces)细菌、脉孢霉属(neurospora)真菌和醋杆菌属(acetobacter)细菌。
其中，按重量份计，所述微生物复合菌制剂还包括：假囊酵母属真菌0.1-2.5份、链霉菌属细菌0.1-2.5份、脉孢霉属真菌0.1-2.5份和醋杆菌属细菌0.2-3份。
优选地，按重量份计，所述微生物复合菌制剂还包括：假囊酵母属真菌0.2-2份、链霉菌属细菌0.2-2份、脉孢霉属真菌0.2-2份和醋杆菌属细菌0.5-2份。
其中，按重量份计，在所述复合菌制剂中，所述真菌与细菌的重量份数比为1：(6-15)；优选地，所述真菌与细菌的重量份数比为1：(7-12)。
其中，所述微生物复合菌制剂还包括填料。
其中，所述填料为包含糖物质的缓释颗粒。其中，所述糖物质选自葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、半乳糖、乳糖、甘露糖和纤维二糖中的一种或多种。
其中，所述包含糖物质的缓释颗粒的制备方法包括如下步骤：向去离子水中加入终浓度为50-80g/l的糖物质、10-30g/l的硬脂酸、10-20g/l的琼脂粉及10-30g/l的聚乙二醇，配制成混合液；100-120℃灭菌20-40min，无菌条件下将混合液滴入无菌的冰浴二甲基硅油中，制成粒径约2-4mm左右的颗粒，用无菌纸吸去颗粒表面的二甲基硅油，即获得所述包含糖物质的缓释颗粒。
其中，按重量份计，所述微生物复合菌制剂的原料还包括：填料30-50份。
其中，所述芽孢杆菌属细菌包括但不限于短小芽孢杆菌(bacilluspumilus)、枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)、地衣芽孢杆菌(bacilluslicheniformis)、巨大芽孢杆菌(bacillusmegaterium)、苏云金芽胞杆菌(bacillusthuringiensis)、解淀粉芽孢杆菌(bacillusamyloliquefaciens)、蜡样芽孢杆菌(bacilluscereus)、多粘芽孢杆菌(bacilluspolymyxa)和纳豆芽孢杆菌(bacillusnatto)。
其中，所述青霉属真菌包括但不限于产黄青霉菌(penicilliumchrysogenum)、沙门柏干酪青霉菌(penicilliumcamemberti)和淡黄青霉(penicilliumluteum)。
本发明的技术方案具有如下的优点或有益效果：
(1)在本发明中，根据活性优势菌的生长特性，本发明的营养剂将微生物生长所需的碳源、氮源、各种大量或微量元素以及维生素合理复配，能够使污水处理菌、特别是芽孢杆菌在短时间内成为优势菌群，且在较长的时期内为其生长和代谢活动提供足够的养分。
(2)本发明的营养剂以具有微孔结构且富含大量活性硅、铝、镁、钙等金属离子的珍珠岩作为养分载体，通过较小粒径和较大粒径的珍珠岩颗粒组合，实现了表面养分的快速释放以及微孔内养分的缓慢释放的双重效果，从而确保在长时期内为微生物提供充分的养分维持其活性。
(3)本发明的促微生物生长营养剂的制备方法简单，原料来源广泛，成本低，能够实现大批量生产。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本领域技术知晓，下文所描述的实施例仅是出于示范的目的，而不是本发明的全部。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员将更好地理解和掌握本发明所要求保护的技术方案及其实现的技术效果。
以下实施例中的各种化学物质均是可商购的产品。实施例中的各个菌种均购自绿科生物。
本发明实施例所用生物转盘采购自日本关根产业株式会社，其材质主要是聚偏氯乙烯，主要工作参数如下：一台生物装盘设备包括盘片28个，盘片直径2m，间距50mm，连续运行进行污水处理，污水来自城镇污水厂进水，处理水量3500m3/d。
(一)促微生物生长营养剂的制备
实施例1
(1)将葡萄糖60份、酵母浸粉12份、氯化钙4.5份、磷酸二氢钾(kh2po4)2.3份、硫酸镁(mgso4·7h2o)2份、氯化铁(fecl3)0.6份和磷酸氢二钠(na2hpo4)0.6份依次加入到反应容器中，加入适量水，搅拌使其完全溶解，得到混合液；
(2)将珍珠岩120份研磨，过筛，得到粒径为250um的珍珠岩粉末；
(3)将珍珠岩粉末与混合液混合，充分搅拌，40℃烘干至恒重烘干，研磨成粉，得到促微生物生长营养剂。
实施例2
除了将步骤(2)中的珍珠岩研磨得到粒径120um的珍珠岩粉末外，其他制备原料和步骤与实施例1相同。
实施例3
除了将步骤(2)中的珍珠岩研磨得到粒径1000um的珍珠岩粉末外，其他制备原料和步骤与实施例1相同。
实施例4
除了将步骤(2)中的珍珠岩加工步骤替换为以下步骤外，其他制备原料和步骤与实施例1相同：
(2)将100份珍珠岩研磨，过筛，得到粒径为250um的粉末，将20份珍珠岩研磨，过筛，得到粒径为600um的粉末，混合得到混合粉末。
实施例5
(1)将葡萄糖51份、酵母浸粉15份、氯化钙2.5份、磷酸二氢钾(kh2po4)1.5份、硫酸镁(mgso4·7h2o)1份、氯化铁(fecl3)0.6份和磷酸氢二钠(na2hpo4)0.6份依次加入到反应容器中，加入适量水，搅拌使其完全溶解，得到混合液；
(2)将100份珍珠岩研磨，过筛，得到粒径为250um的粉末，将20份珍珠岩研磨，过筛，得到粒径为600um的粉末，混合得到混合粉末；
(3)将珍珠岩粉末与混合液混合，充分搅拌，40℃烘干至恒重烘干，研磨成粉，得到促微生物生长营养剂。
实施例6
(1)将葡萄糖60份、酵母浸粉8份、氯化钙2.5份、磷酸二氢钾(kh2po4)1.8份、硫酸镁(mgso4·7h2o)0.6份、氯化铁(fecl3)0.2份和磷酸氢二钠(na2hpo4)0.6份依次加入到反应容器中，加入适量水，搅拌使其完全溶解，得到混合液；
(2)将100份珍珠岩研磨，过筛，得到粒径为250um的粉末，将20份珍珠岩研磨，过筛，得到粒径为600um的粉末，混合得到混合粉末；
(3)将珍珠岩粉末与混合液混合，充分搅拌，40℃烘干至恒重烘干，研磨成粉，得到促微生物生长营养剂。
实施例7
(1)将葡萄糖52份、酵母浸粉12份、氯化钙6.5份、磷酸二氢钾(kh2po4)3份、硫酸镁(mgso4·7h2o)3份、氯化铁(fecl3)1份和磷酸氢二钠(na2hpo4)0.5份依次加入到反应容器中，加入适量水，搅拌使其完全溶解，得到混合液；
(2)将100份珍珠岩研磨，过筛，得到粒径为250um的粉末，将20份珍珠岩研磨，过筛，得到粒径为600um的粉末，混合得到混合粉末；
(3)将珍珠岩粉末与混合液混合，充分搅拌，40℃烘干至恒重烘干，研磨成粉，得到促微生物生长营养剂。
实施例8
其他制备原料和其他步骤与实施例4相同，除了在步骤(1)中，添加维生素b34份外。
实施例9
其他制备原料和其他步骤与实施例4相同，除了在步骤(1)中，添加维生素b32份和维生素b122份外。
对比例1
其他制备原料和其他步骤与实施例1相同，除了不添加珍珠岩外。
对比例2
制备原料和其他步骤与实施例1相同，除了将珍珠岩替换为膨润土外。
(二)微生物复合菌制剂的制备
(1)复合菌制剂i的制备：
步骤1：分别将巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、铜绿假单胞菌(pseudomonasaeruginosa)、嗜酸乳杆菌(lactobacillusacidophilus)、溶组织球拟酵母(torulopsishistolytica)、黑曲霉菌(aspergillusniger)、黑根霉(rhizopusnigricans)、沙门柏干酪青霉菌(penicilliumcamemberti)、淡黄青霉(penicilliumluteum)、总状毛霉(mucorracemosusfres)真菌、绿色木霉(trichodermaviride)、桃红荚硫菌(thiocapsaroseopersicina)、圆褐固氮菌(azotobacterchrococcum)和欧洲亚硝化单胞菌(nitrosomonaseuropaea)在液体lb培养基中活化和扩大培养，得到扩大培养物；
步骤2：按培养物的重量份计，将巨大芽孢杆菌75份、纳豆芽孢杆菌1份、铜绿假单胞菌5份、嗜酸乳杆菌1份、桃红荚硫菌0.5份、圆褐固氮菌3份和欧洲亚硝化单胞菌2.5份的扩大培养物接入液体培养基1(配方如下：蛋白胨3g/l、nacl5g/l、k2hpo40.3g/l和葡萄糖10g/l和余量水，ph7.5)中，在28℃混合培养，直至各个菌在液体发酵液中的活菌浓度不少于1×109cfu/ml，得到混合培养物1；
步骤3：将溶组织球拟酵母1份、黑曲霉菌1份、黑根霉1份、沙门柏干酪青霉菌1份、淡黄青霉1份、总状毛霉1份、绿色木霉3份的扩大培养物接入液体培养基2(配方如下：蔗糖30g/l、nano32g/l、k2hpo41g/l、mgso4·7h2o0.5g/l、kcl0.5g/l、feso4·7h2o0.2g/l和余量水，ph7.0)中，在28℃混合培养，直至各个菌在培养液中的活菌浓度不少于1×109cfu/ml，得到混合培养物2；
4)将混合培养物1和混合培养物2均匀混合，离心分离干燥得到微生物复合菌制剂i。
(2)复合菌制剂ii的制备：
按照与复合菌制剂i的制备方法相同的原料和步骤制备微生物复合菌制剂，其中，在步骤4)添加包含葡萄糖的缓释颗粒40份，
其中，所述葡萄糖缓释颗粒通过以下制备：向去离子水中加入终浓度为60g/l的葡萄糖、20g/l的硬脂酸、15g/l的琼脂粉及20g/l的聚乙二醇6000(含量≥99％)，配制成混合液；110℃灭菌30min，无菌条件下将混合液滴入无菌的冰浴二甲基硅油中，搅拌混合均匀，制成粒径约2mm左右的颗粒，用无菌纸吸去除去颗粒表面的二甲基硅油，即获得包含葡萄糖的缓释颗粒。
(3)复合菌制剂iii的制备：
按照与复合菌制剂i的制备方法相同的原料和步骤制备微生物复合菌制剂，其中，进一步添加下列比例的真菌和细菌。
阿氏假囊酵母0.5份、红面包霉0.5份、橄榄色链霉菌0.5份和醋酸醋杆菌1.5份。
其中，橄榄色链霉菌和醋酸醋杆菌在步骤2)的混合培养基1进行混合培养；阿氏假囊酵母和红面包霉在步骤3)的混合培养基2中进行混合培养。
(4)复合菌制剂iv的制备：
按照与复合菌制剂iii的制备方法相同的原料和步骤制备微生物复合菌制剂，其中，在步骤4)添加与复合菌制剂ii中相同的包含葡萄糖的缓释颗粒40份。
(三)污水处理
第一步：将市政污水(原水：codcr＝347mg/l，bod5＝183mg/l，tn＝49mg/l，tp＝4.6mg/l，nh3-n＝37mg/l)依次经过粗格栅井、细格栅井和沉砂池去除污水中的悬浮物和杂质，并且使水中的沉淀物沉淀；
第二步：使沉砂池出水进入流至用于混合和调节水质水量的中间水池中，中间水池的出水自流至生物转盘池中，水力停留时间约为30分钟；
第三步：为了充分利用原水中的碳源，生物转盘池出水依流经一级反硝化池、一级硝化池、二级反硝化池、二级硝化池中，其中一级硝化池和二级硝化池设置微孔曝气盘，一级硝化池设置内回流泵使硝化液回流至一级反硝化池，内回流量为1q。其中在一级硝化池内，相对于所述生物池进水的总体积，以45g/m3的量将上述制备的微生物复合菌制剂i投加到所述一级硝化池中，然后以1g/m3·d的量将上述制备的促微生物生长营养剂分多次投加到所述一级硝化池中，来保证微生物复合菌的菌群优势；
第四步：二级硝化池的出水流入二次沉淀池，二次沉淀池将曝气后的混合液进行固液分离，沉淀的污泥部分经外回流泵池内设置的外回流泵送至中间水池，回流量为0.5q；
第五步：二次沉淀池的出水流经消毒系统后排出。
采用行业或国家标准分别测量处理后污水的bod5(生物需氧量)、codcr(化学需氧量，以cr计算)、tn、tp和nh3-n(氨氮)。具体地，tn采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(gb11894-89)测定、tp采用钼酸铵分光光度法(gb11893-89)测定、nh3-n采用气相分子吸收光谱法(hj/t195-2005)测定、cod采用重铬酸钾法(gbt11914-89)测定和bod采用稀释与接种法(hj505-2009)测定。
市政污水的测定结果如下表1所示：
表1
从表1可以看出，含有珍珠岩的营养剂处理的bod5、codcr、tn、tp和nh3-n的去除效果都均显著优于不具有珍珠岩的营养剂，这说明珍珠岩在一定程度上促进了微生物复合菌对污水的净化。另外，与含有膨润土的营养剂的处理相比(对比例2)，本发明的含有珍珠岩的营养剂的污水净化效果明显较佳，其原因可能在于：当在污水中分散时，膨润土比珍珠岩更快地吸附污水中各种较大体积地污染物质，同时自身粘度增加而使污水中有益菌群与污染物质一起被吸附并沉降，极大降低分散在污水中的微生物活性菌数量，从而严重影响污水净化效果。
含有维生素b的营养剂处理(实施例8-9)具有最佳的污水净化效果，其中维生素b3和维生素b12复配的营养剂处理的n、p和污染物的净化效果最佳，其原因可能在于维生素b3(烟酸)和维生素b12(钴胺素)的协同互作促进复合菌剂中的各种菌、特别是芽孢杆菌的快速生长和增殖，使其在较长时期能够保持优势菌群且分泌出各种酶等活性物质，因而极大改善了污水中的n、p和污染物的去除效果。
另外，基于实施例9的营养剂，进一步了不同的复合菌制剂的污水净化效果，结果如下表2所示：
表2
从上表2可知，含有葡萄糖缓释颗粒的复合菌制剂的污水净化效果优于不含葡萄糖的复合菌制剂。另外，含有阿氏假囊酵母、红面包霉、橄榄色链霉菌和醋酸醋杆菌的组合的复合菌剂对bod5、codcr、tn、tp和nh3-n的去除效果更佳，其原因可能在于这些菌之间存在一定的协同增效作用，这些菌分泌的某些有机酸或活性酶物质促进污水污染物质的分解和去除。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。本领域技术人员应知晓，在不偏离本发明要求保护的精神和实质的前提下，可以对本发明的各个技术特征进行替代、修改和组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。