专利名称：一种高效自养反硝化水质调节菌剂及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及环境与材料保护的技术领域，具体涉及一种高效自养反硝化水质调节菌剂及其应用。
技术背景
硫污染和氮污染是目前广泛存在的两种污染形式，其中硫化物是一种常见的环境污染物和油气田腐蚀产物，在工业生产很多领域都广泛存在；硝酸盐和亚硝酸盐是水产养殖中常见的有毒物质，这两种典型水质污染物的来源和简介详述如下。
在油气田工程中硫化物的产生主要是由于硫酸盐还原菌(Sulfate-reducing bacteria，简称SRB)的生长繁殖所导致，硫酸盐还原菌是引起微生物腐蚀及环境污染的主要因素之一。SRB是一种以有机物为营养物质的厌氧型细菌，广泛存在于土壤、海水、河水、 地下管道、油气井等处。在油田生产系统中，由于SRB的活动(产生酸性的及FeS产物) 会导致广泛的金属材料的腐蚀，包括油水井套管、各类管道(原油集输管道、注水管道和污水净化管道等)、金属储罐和原油处理设备装置等；不仅如此，在联合站脱水系统中常见黑色老化油(主要成分为胶态硫化物)，也是由SRB大量繁殖而引起的钢铁的腐蚀产物，由于其相对密度介于油水之间而悬浮在油水界面，增强了油水混合物的导电性，导致电脱水器运行不稳或跳间，甚至造成电脱水器极板击穿；每年由于SRB代谢产生硫化物所造成的油田生产系统的停产整修和设备更换的经济损失无法估算。此外，SRB的活动导致油田生产中的许多其他问题，也越来越受到人们的重视1、SRB的代谢产物会增加原油中的硫含量(H2S 能够溶于原油或者与原油中的某些化合物反应)，降低原油的品质，即便是在某些低含硫油藏中，由于二次采油引入的胶黏的、滑腻的菌胶团，堵塞油藏孔隙从而造成油层近井地带的污染，降低了注水井的吸水能力和采油井的导流能力，降低原油产量；3、SRB产生的H2S 可能会对石油工人和矿区群众造成人身伤害事故，增加了油田生产的安全隐患。微生物腐蚀在金属和建筑材料的腐蚀破坏中占20%左右。美国生产油井中发生的腐蚀77%以上是由 SRB造成的，美国每年因微生物直接造成的损失达30(Γ500亿美元。我国油田也存在由SRB 引起的腐蚀问题，例如中原油田每年用于SRB杀菌剂方面的费用高达6千万元。
SRB腐蚀的危害不仅在于其对设备的腐蚀，而更重要的是其引起的腐蚀的突发性， 给工业生产带来严重的影响，使得人们越来越重视研究它的防治方法。其中，投加杀菌剂是目前最常用的方法，但由于SRB常与其他微生物共存于微生物产生的多糖胶中而被保护起来，杀菌剂不易穿透，以及其处于硫化氢的还原性环境中，使得一般的氧化型杀菌剂很难起到有效的杀菌效果；生物膜的存在，使杀菌效率降低、甚至失效，以至于产生耐药菌。并且杀菌剂的大量使用，也给环境治理带来新的负荷。随着人们环保意识日益加强，研制和开发新的高效环保型杀菌剂就显得尤为重要，防止SRB腐蚀已是腐蚀科学和微生物学共同关注的课题。一些防腐专家认为从环境的角度考虑，SRB的防治有必要从微生物学自身去寻找新的方法。目前国内最常用的方法还是投加杀菌剂，对利用微生物来防治SRB腐蚀这方面的研究甚少，但随着杀菌剂的长期使用，SRB产生耐药性，增加了工业生产及环境的负担，为此在不破坏环境条件下，利用生物竞争淘汰法，即通过微生物群的替代，将油田微生物问题变为有利因素，可替代生物群在就地生产天然气、聚合物、表面活性剂，同时防止和除去硫化物， 既可提高油层采收率，又能防止油层酸化的方法。其中脱氮硫杆菌在生活习性上与SRB非常相似，注入地层和SRB生活在同一环境中，就可和SRB争夺生活空间和食物营养，从而抑制SRB的生长繁殖，此外脱氮硫杆菌可将硝酸盐作为电子受体，将硫化物氧化成单质硫以及更高价态的硫氧化合物，并将硝酸盐还原成氮气，进而从根本上抑制硫化物的产生。同时光合硫细菌可在光照条件下进一步促进对硫化物的转化作用。
除了油气田系统以外，在很多制药、制革、垃圾渗滤液等富含硫酸盐的废水中，在厌氧处理过程中会产生大量有毒副产物，尤其是以为主的硫化物，目前已有许多关于采用反硝化细菌脱硫除臭的研究报道。。
近年来，在地下水和饮用水脱硝方法中，自养反硝化工艺得到了广泛应用。此外， 我国的水产养殖业发展迅猛，但同时也存在一些问题，如工业废水和生活污水的排放使养殖水体环境质量日益下降，残存的饵料、养殖对象的排泄物、施用的化肥等也给养殖水体带来一定的污染，水体的富营养化直接影响着养殖对象的生长、发育及产品质量。对养殖水体的调查结果表明，水体中亚硝酸盐浓度超标是近年来鱼病频繁发生的不可忽视的原因。
亚硝酸盐是水产养殖过程中产生的有毒物质，且亚硝酸盐还是强烈的致癌物质， 水中的亚硝酸盐浓度还随着溶氧和Cl—浓度的变化而随时变化，它是水产养殖的重要致病根源.低浓度的亚硝酸盐常使鱼体抵抗力下降，易患各种疾病；高浓度的亚硝酸盐会使鱼患褐血病而死亡。为防止养殖对象发病，目前主要采用广谱抗生素来控制病害的发生，而抗生素的过度使用，不仅使病菌的耐药性增加，还干扰了养殖环境中有益微生物菌群的正常生长繁殖，引起微生态的平衡失调，产生二次污染和内源性感染，造成水产品质量安全隐患增多，影响了养殖品种的商品质量。反硝化细菌因能转化亚硝酸盐成为无毒的氮气而受到广泛的关注和研究。
我国淡水渔业用水标准规定，养殖水体中的亚硝酸盐含量应控制在0. 2mg · Γ1以下，河虾、对虾育苗水体中的亚硝态氮含量应控制在0. 1 mg.L-1以下，控制水体中的亚硝态氮是集约化养殖技术成功的关键，反硝化细菌因能还原硝酸盐和亚硝酸盐成为氮气而得到重视。
微生态制剂是根据微生态学原理制成的含有大量有益菌的活菌制剂，有的还含有他们的代谢产物或(和)添加了有益的生长促进因子，具有维持动植物体和人类及其内外环境的微生态平衡(或调整其微生态失调)、提高他们的健康水平和保护环境的功能.化能自养型硫杆菌(Thiobacilli)的营养需求简单，生长过程无需有机物，是当前生物脱硫脱硝的研究最为广泛的微生物，其中脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)因菌种来源广泛、生态幅宽、胞外聚集硫、反应条件温和等适合工程应用的优点，成为脱硫工程菌的主要研究对象。在厌氧条件下，脱氮硫杆菌能以硫化物作为电子供体，以N03_作为电子受体，进行氧化还原反应获取能量，而且，在此过程中可以实现对废水中硫化物和硝酸盐的有效去除，并回收单质硫。光合硫细菌以铵盐作为氮源，能把水域中的残余有机物经异养菌分解后产生的有机酸、硫化氢及氨等作为基质合成菌体而增殖，既参与水质净化，又可被其他动物所捕食，可广泛应用于养殖水体氨氮污染生物修复中.通过分离、筛选具有高效氨氮转化能力的菌株，能耐受有机质及其他有害物质的干扰，经过s2_ -S0- S2O32" — SO42-及 NH4+ — NO3- — N2丨生物转化过程将污染性硫化物及有毒的氨氮、硝态氮转化为无害的硫酸盐和氮气释放。
发明内容
本发明的目的是充分利用脱氮硫杆菌和光合硫细菌的脱硫脱硝作用，针对目前广泛存在的硫化物污染和硝酸盐过量的问题，提供了一种高效自养反硝化水质调节菌剂，使用本菌剂可有效除去介质中的高浓度硫化物和硝酸盐。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的一种高效自养反硝化水质调节菌剂， 其特征在于，包括有脱氮硫杆菌、光合硫细菌以及硝酸盐和磷酸盐等促进细菌生长的无机Τττ . ο
所述的脱氮硫杆菌和光合硫细菌所占的比例分别为80%-95%和5-20%，所述的无机盐的总盐度为1. 5%。
一种高效自养反硝化水质调节菌剂，其分离驯化方法在于a、采用反硝化细菌富集培养基中自土壤浸出液中驯化培养反硝化细菌；b、采用固体培养基将富集菌液中的细菌进行分离纯化、鉴定，获得脱氮硫杆菌及光合硫细菌；C、将分离培养获得的脱氮硫杆菌及光合硫细菌于反硝化富集培养基中扩大培养，并按9:1的比例混合，即得到高效自养反硝化水质调节菌剂种子菌液的菌种来源。
一种高效自养反硝化水质调节菌剂的分离驯化方法，其种子菌液的激活培养方法在于将菌种直接接种于种子培养基中，种子培养基成分为0. 019Γ0. 15%的Na2HP04、 0.01% 0.2% 的 ΚΗ2Ρ04、0. 01% 0. 1% 的 NH4C1、0. 5% 1% 的 ΚΝ03、0. 1% 2% 的 Νει2&03、 MgSO4 · 7H20、CaCl2, MnSO4, NaHCO3> FeCl3微量、蒸馏水，然后放置于30士 1°C的摇床中培养 15天，即可得到种子菌液。
一种高效自养反硝化水质调节菌剂的生产方法(1)将自来水或蒸馏水在培养釜中加热到100°C灭菌1小时；(2)待自来水或蒸馏水降温至60°C按剂量向培养釜中在搅拌下依次添加种子培养基的各种试剂；(3)待上述加入化学药剂的培养液降温至38°C后按3% 至5%的量将种子菌液接种到培养液中，并搅拌30分钟；(4)将上述接种了种子菌液的培养液在密闭条件下于30 - 40°C之间培养14 一 20天，每天搅拌30分钟；培养结束后菌体数量达到10亿个/ml以上，培养完成后培养液储罐直接用塑料包装桶或包装瓶分装成液体剂型。
一种高效自养反硝化水质调节菌剂在多种含硫含氮(硝态氮及氨氮)水质调节领域中的应用。
本发明涉及到水质微生态改良菌剂、制备方法及应用，具体涉及根据微生物生态学原理及生物竞争抑制作用，利用自养反硝化细菌及光合硫细菌对硫化物的氧化及对硝酸盐(亚硝酸盐)的还原的化能自养作用，同时对硫酸盐还原菌生长的生物抑制作用，从而构建成有效去除老化油、采油废水、酸化气井、市政污水、湖泊底泥，富营养化水体、屠宰厂等各种介质中的恶臭硫化物、有毒硝酸盐及亚硝酸盐、过量磷化物等的微生物菌剂及该菌剂的制备方法和使用方法。该微生物复合菌剂用途广泛，可用于老化油中硫化物堵塞，及油田采油水处理系统中的微生物腐蚀，发电厂烟气脱硫，还可用于市政污水及屠宰污水中底泥脱臭、脱除&S，富营养化天然湖泊脱氮控磷以及水产养殖中硝酸盐及亚硝酸盐的降解等。 高效脱氮、除硫及控磷，对水体水质有净化调节作用。该菌剂具有独特的脱硫和脱氮的生理特性，能进行同步脱氮脱硫，且反应产物安全无害，无需添加有机物，反应条件温和，效果显著，可应用于很多领域。与现有技术相比本发明具有以下明显的优点(1)本发明中所使用的自养反硝化脱硫微生物菌剂来源广泛，为从土壤中分离提取的菌种，培养条件温和，基质利用范围广。
(2)本发明中所使用的自养反硝化脱硫微生物菌剂可在曝氧及厌氧的环境中同时进行脱硫和脱氮作用，因脱氮硫杆菌为兼性厌氧菌种，在有氧/缺氧交替时具有生态生长优势、且能在偏酸性的环境中生长，细菌培养投资少，反应速度快，反硝化彻底，适合大面积硫污染及氮污染水域。
( 3)本发明中所使用的自养反硝化脱硫微生物菌剂无须投加有机碳源，脱氮硫杆菌为严格自养反硝化细菌，硫细菌均可在光照条件下将环境中的ω2作为碳源，且反应底泥极少，投加方式简单，底泥少。
(4)本发明中所使用的自养反硝化脱硫微生物菌剂可有效抑制SRB的生长和代谢产生的腐蚀性硫化物对管线材料造成的腐蚀和环境污染，在油田废水处理中脱硫效果显著，同时耐受高有机负荷和高氨氮负荷。
(5)本发明培育出的自养反硝化复合菌剂可用于高浓度的水产养殖废水的处理， 在脱氮的过程中不会产生亚硝酸盐的积累，工艺简单，脱氮效果稳定。
(6)本发明所使用的自养反硝化脱硫微生物菌剂还可用于污水回收池底泥脱臭、 屠宰场废水处理以及市政污水等高含硫化物的介质处理中。
具体实施方式
以下结合具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述 实施例1抑制油田废水中SRB生长及硫化物1)油田现场污水成分如下表1所示。其中硝酸盐和亚硝酸盐均未检出，但铵盐含量较高，为70. 17 mg·!/1，此外硫酸盐含量为48. 32 mg · L—1，检测出的硫化物含量为1. 96 mg · L—1，硫酸盐还原菌的菌量为600个/mL。
2)采用污水静态挂片腐蚀评价方法，添加一定比例浓缩的本发明菌剂后，在55°C 恒温培养14天，结果表明SRB的生长被充分抑制，取出挂片后的水样中检测不到活性SRB 及硫化物的存在，且试片的腐蚀抑制率为84. 5%。
表1油田现场污水水质分析结果
权利要求
1.一种高效自养反硝化水质调节菌剂，其特征在于，包括有脱氮硫杆菌、光合硫细菌以及硝酸盐和磷酸盐等促进细菌生长的无机盐。
2.根据权利要求1所述的一种高效自养反硝化水质调节菌剂，其特征在于，所述的脱氮硫杆菌和光合硫细菌所占的比例分别为80%-95%和5-20%，所述的无机盐的总盐度为 1. 5% ο
3.根据权利要求1所述的一种高效自养反硝化水质调节菌剂，其分离驯化方法在于 a、采用反硝化细菌富集培养基中自土壤浸出液中驯化培养反硝化细菌；b、采用固体培养基将富集菌液中的细菌进行分离纯化、鉴定，获得脱氮硫杆菌及光合硫细菌；C、将分离培养获得的脱氮硫杆菌及光合硫细菌于反硝化富集培养基中扩大培养，并按9:1的比例混合，即得到高效自养反硝化水质调节菌剂种子菌液的菌种来源。
4.根据权利要求3所述的一种高效自养反硝化水质调节菌剂的分离驯化方法，其种子菌液的激活培养方法在于将菌种直接接种于种子培养基中，种子培养基成分为 0·01% 0·15% 的 Nei2HPO4、0· 01% 0· 2% 的 ΚΗ2Ρ04、0· 01% 0· 1% 的 NH4Cl、0· 5% 1% 的 ΚΝ03、 0. 1% 2% 的 Na2S2O3^ MgSO4 · 7H20、CaCl2, MnSO4, NaHC03、FeCl3 微量、蒸馏水，然后放置于 30士 1°C的摇床中培养15天，即可得到种子菌液。
5.一种高效自养反硝化水质调节菌剂的生产方法(1)将自来水或蒸馏水在培养釜中加热到100°C灭菌1小时；(2)待自来水或蒸馏水降温至60°C按剂量向培养釜中在搅拌下依次添加种子培养基的各种试剂；(3)待上述加入化学药剂的培养液降温至38°C后按3%至 5%的量将种子菌液接种到培养液中，并搅拌30分钟；(4)将上述接种了种子菌液的培养液在密闭条件下于30 - 40°C之间培养14 一 20天，每天搅拌30分钟；培养结束后菌体数量达到10亿个/ml以上，培养完成后培养液储罐直接用塑料包装桶或包装瓶分装成液体剂型。
6.一种高效自养反硝化水质调节菌剂在多种含硫含氮(硝态氮及氨氮)水质调节领域中的应用。
全文摘要
一种高效自养反硝化水质调节菌剂，其特征在于，包括有脱氮硫杆菌、光合硫细菌以及硝酸盐和磷酸盐等促进细菌生长的无机盐。所述的脱氮硫杆菌和光合硫细菌所占的比例分别为80%-95%和5-20%，所述的无机盐的总盐度为1.5%。该微生物复合菌剂用途广泛，可用于老化油中硫化物堵塞，及油田采油水处理系统中的微生物腐蚀，发电厂烟气脱硫，还可用于市政污水及屠宰污水中底泥脱臭、脱除H2S，富营养化天然湖泊脱氮控磷以及水产养殖中硝酸盐及亚硝酸盐的降解等。该菌剂具有独特的脱硫和脱氮的生理特性，能进行同步脱氮脱硫，且反应产物安全无害，无需添加有机物，反应条件温和，效果显著，可应用于很多领域。
文档编号C02F3/28GK102531195SQ20111014278
公开日2012年7月4日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者刘宏芳, 秦双 申请人:武汉华科特新技术有限公司