利用兼性异养微生物治理河流污染的方法及其应用与流程

本发明涉及利用兼性异养微生物治理河流污染的方法及其应用。
背景技术：
：近年来，由于社会经济高速发展，中国正面临水环境、水资源、水生态和水灾害等四类最紧迫的水问题。它们突出表现为复合型水污染，及其在流域、湖泊内的转移，综合性水资源短缺与饮用水安全问题，水利、水电工程引发的生态环境破坏，以及由于水旱灾害和污染事件等构成了综合性流域、湖泊涉水灾害。在现阶段，流域性水污染正在成为制约中国发展的瓶颈，需要采取综合措施加以解决。由于人类不恰当、不合理的活动，如大量使用高含磷的洗涤剂和富含磷、氮的化肥，将未经处理的人、禽、畜粪和生活污水、工业废水等肆意排入开放性水域，大大超过了江河湖海天然的自我修复、自我净化的能力，必须采取人工干预的方式清除污染源，恢复其原有的良性的水生态环境。技术实现要素：本发明的一个目的在于提出一种利用兼性异养微生物治理河流污染的方法。本发明的利用兼性异养微生物治理河流污染的方法，包括如下步骤：s101：在目标水域投放原始沼泽红假单胞菌进行适应性菌种的筛选和优化，然后用筛选出的菌株进行所需制剂的批量制备；s102：向目标水域按比例投放上述批量制备的沼泽红假单细胞菌制剂进行治理。本发明的利用兼性异养微生物治理河流污染的方法，其中该菌对应用的环境要求低，适应性能力非常强，在寡营养和富营养的水体中均能正常生长，适用于各种地域环境的水域、河流。在污染的水域河道采用本申请文件的方法进行治理，利用兼性异养的沼泽红假单胞菌可以在不耗氧的条件下，以有机物为营养进行繁殖的特点，直接将水体中的污染物质消耗利用，按菌、蚤、鱼的食物链，将污染资源化利用。有机污染物减少后，节约下大量的有机物分解所需的氧，河水开始复氧，在解决水体黑臭的基础上逐步恢复迅速提升水质，为水生动物提供生存条件。短期内就能够建立和恢复水域水生生态系统。该技术投入小、见效快，不需工程措施，还可通过“污～鱼转化”，实现可观经济效益。污染被资源化利用，无冗余物质产生。菌种来源明确，有权威机构验证，无生物安全性之虞。另外，本发明上述的利用兼性异养微生物治理河流污染的方法，还可以具有如下附加的技术特征：进一步的，在所述步骤s101中制备所述菌株的条件为：温度为28℃～32℃的兼性光照条件；ph值为7.0；并利用磷酸二氢钾和磷酸氢二钾作缓冲液；以氯化铵、硫酸镁、硫酸亚铁、edta、牛肉浸膏、b族维生素、微量元素为营养。进一步的，在所述步骤s102中所述沼泽红假单胞菌菌株的浓度为3ppm～5ppm。进一步的，在所述步骤s102中还包括如下步骤：当河道原生鱼类数量不足时，按目标水域容积每立方米补足滤食性鱼类45g～55g。进一步的，在所述步骤s102中，在所述水质监测指标不达标时继续投入所述沼泽红假单细胞菌菌株，投放周期为5天～6天。本发明的另一个目的在于提出所述的方法是在城市污水、化工废水、高浓度有机废水、畜禽粪便和生活垃圾处理造成的河道黑臭和提升水质方面的应用。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明图1为rhp微生物菌种中富含线性多磷酸聚合物的phb颗粒的示意图；图2为rhp体系技术参与水域物质循环的示意图。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。地球是一个依靠物质循环才能生生不息生态体系，太阳光、水、营养、生命构成周而复始的物质循环往复，所谓污染只是对人而言，对其它生命形式(如微生物)可能就是营养，所以并没有真正的废弃物。本申请文件的技术核心是通过向污染水域投放能以水体中的各种有机和无机污染源为营养进行繁殖生长的沼泽红假单胞菌菌种，它自身又作为浮游动物的饵料被消耗，浮游动物又作为鱼、贝、虾等大型水生动物类的食物，而陆地动物通过捕食鱼、贝、虾类，最终将污染物消耗并取离水体。在重构水体食物链的基础上，加快污染水域的物质循环，强化水体的自净能力，切断有害藻类的营养供给，从而达到治理水域污染、防止藻类水华和污染物质资源化利用目的。本申请文件选择的沼泽红假单胞菌是地球上最早出现的原核生物，它与其他光合生物一起构成了自然界生态系统中的原始生产者，在自然界的物质转化中起到重要作用，为地球生态圈提供了经济合理的能量转化和贮存方式。沼泽红假单胞菌菌种由中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心提供，通过自然选育，经分离纯化所获得的具有较强遗传稳定性的土著菌种(株)，通过中科院微生物所鉴定，已在中国普通微生物保藏中心进行专利保藏。该菌在所有水域中都有摄食者，可通过食物链被消耗。它在水体中的繁殖代数有限，一般10天后即消亡，可操控性很强。菌种源自我国自然生态体系，它广泛分布在海洋、水域、江河、污泥、土壤中，通过研究者多次富集与分离，逐步形成稳定遗传的称之为“rhp多功能水质改良菌”的菌株。兼具化学异养、自养和光能异养、自养的功能，是地球物质循环的主力军。研究发现，沼泽红假单胞菌具有同化nh+4的作用，可以通过特定反应合成机体所需的多种氨基酸，从而降低水体中游离氮的含量。沼泽红假单胞菌在繁殖过程中需消耗大量的磷来作为细胞的结构物质，所以其对水体中磷的降低有着举足轻重的作用。沼泽红假单胞菌用h2s作供氢体，可将其还原成元素s贮存在细胞内或沉积于细胞外，降低毒害作用。该菌在富含磷的环境中会生成占细胞体积40％-50％的phb内含(cytoplasmicinclusions)，将从环境中摄取且暂时无法消耗的磷酸盐合成为线性多磷酸聚合物储存起来。当水体磷酸盐低于阈值时，phb中的线性多磷酸聚合物又可分解成磷酸盐，成为合成细胞膜、蛋白质、dna等细胞组分的重要原料。因此，该菌对水体中磷的降解速度快、效果好。同样，水体中过多的氨氮也会以类似的机理，在随后的生长繁殖过程中通过氨基酸合成途径参与细胞蛋白质组分的合成。分子机理研究表明，沼泽红假单胞菌能够利用光能，通过非β氧化和苯酰辅酶a芳香环还原途径降解苯类农药残留；该菌对汞、铅、砷、铜等重金属离子的耐受比普通细菌高1到2个数量级。在特异性驯化的重金属离子浓度下，菌的吸附能力可高达85％到98％。沼泽红假单胞菌不仅能在厌氧光照的条件下以低级脂肪酸、多种二羧酸、醇类、糖类、芳香族化合物等有机物及二氧化碳等作为电子供体进行光能异养生长，而且能在微好氧黑暗条件下，以上述有机物为呼吸基质，进行好氧异养生长。因此，它既不象好氧的活性污泥菌那样受污水中溶解氧的限制，可以利用光能进行高效的能量代谢，即使是微弱光线也能利用；又不像严格厌氧的甲烷细菌对氧那样敏感，它可以在有氧的条件下分解有机物，通过氧化磷酸化取得能量。期间，当然也会有一部分含氮、磷的无机盐被藻类利用，沿着水体原有的食物链进行物质循环，但因其浓度和结构已发生了很大变化，所生成藻类的数量和种类也不会是蓝绿藻单细胞种类占统治地位的格局，水体中的生物多样性从而得以体现。这个过程实际就是将未污染水体低速的物质循环情景，在水体富营养化的情况下，通过人工的生物化干预后，因增加了一条污染消耗的途径，使水体呈现高速的物质循环状态，也就达到快速降解污染的目的。本申请文件的技术核心是利用沼泽红假单胞菌生长消耗污染水域中有机或无机态的氮、磷、硫、碳等为营养进行增殖，通过直接腐生转化，控制水体污染，切断污染耐受力极强、鱼类难以消化的蓝藻的营养供给。显而易见，这样就能建立一个快速的食物链，加快污染水域的物质循环，增进水体的自净能力。沼泽红假单胞菌在营养竞争性、生存适应性、生长高效性以及菌种稳定性等多方面均获得重大突破，从而成为当前已经实际应用于治理大型水域污染的微生物制剂。微生物是地球生态系统中最重要的分解者，也是开发潜力最大，人类最宝贵的资源库。在污染物的降解转化、资源的再生利用、生态环境的建设保护等方面微生物都能发挥重要作用。当今人类所面临的诸如环境污染、资源短缺、生态破坏、健康受害等许多重大问题，都有可能从微生物资源的开发研究中寻找到解决的办法。正因为如此，发达国家自80年代以来在环境微生物的开发、应用研究领域投入了大量的人力、物力，取得了许多成果，同时在微生物技术的产品化、产业化方面迅速发展，取得了巨大的经济、环境和社会效益。随着我国环境管理力度的不断加大和水平的提高，为了达到污水净化、污泥处理、生活垃圾减量化处置和消除黑臭等治理目的，同时又要避免和减少二次污染，对微生物处理技术的需求正变得越来越大。近年来，我国出现了不少来自日本、法国和美国等国外的微生物产品。国内不少高校和研究机构投入人力和物力，研究和开发用于污染治理的高效微生物产品，并在城市污水、化工废水、高浓度有机废水、畜禽粪便和生活垃圾处理处置方面得以应用。适用范围：1、对于长期处于工业污染、农村面源污染，城镇居民生活污染造成的河道黑臭水域进行快速修复和改善，逐步恢复生态。典型案例：四川安岳19公里岳阳河水污染的年度定期治理工程。2、大型景观水域、生态湿地的改良和维护。典型案例：北京翠湖国家城市湿地公园水生态恢复工程。3、替代乡镇污水处理厂，以很低的代价，将乡镇的生活、生产污水集中到一定容积的湖库，通过rhp体系技术的深度处理后，出水达到地表水标准，还可以水产养殖利润，补贴部分处理费用，实现污染资源化。典型案例：四川武胜县万善场镇生活污水治理工程。4、养殖废弃物无害化利用，实现循环经济。典型案例：广汉金轮猪粪沼气后入养鱼池，rhp工艺处理后养鱼，水体回用沼泽红假单胞菌的生物安全性说明：“沼泽红假单胞菌”菌种由中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心提供，通过自然选育，经分离纯化所获得的具有较强遗传稳定性的土著菌种(株)，通过中科院微生物所鉴定，已在中国普通微生物保藏中心进行专利保藏。首先本申请文件的“沼泽红假单胞菌”是农业部可用目录内菌种，通过严格审查，获生产许可证(饲添(2003)1556批准并执行q/63316440-0.2-2011标准进行生产，广泛的应用在水产养殖中。其次该菌在所有水域中都有摄食者，可通过食物链被消耗。况且它在水体中的繁殖代数有限，一般10天后即消亡，可操控性很强。同时本技术的生物安全性已在本单位执行的多个工程项目以及大型水域十余年的应用中得到充分验证。此外本产品通过中国疾病控制中心的斑马鱼急性毒性试验、大型水蚤急性毒性实验、小白鼠经口急性毒性试验、藻类生长抑制试验证实其为无毒级微生物，具有良好的生物安全性。1、实施步骤本发明的利用兼性异养微生物治理河流污染的方法，包括如下步骤：(1)首先在目标水域投放沼泽红假单胞菌进行适应性菌种的筛选和优化，然后用筛选出的菌株在条件为：温度为28℃～32℃的兼性光照条件；ph值为7.0；并利用磷酸二氢钾和磷酸氢二钾作缓冲液；以氯化铵、硫酸镁、硫酸亚铁、乙二胺四乙酸、牛肉浸膏、b族维生素和微量元素为营养元素的条件下制备所述的沼泽红假单胞菌制剂。(2)在目标水域投放所述沼泽红假单细胞菌菌株进行治理。有利地，定期监测所述污水的codmn、透明度、tp、nh3-n、do、ph值、水温和气温参数并在所述参数不达标时继续投入所述沼泽红假单细胞菌菌株。有利地，所述沼泽红假单胞菌菌株在污水中的浓度为3ppm～5ppm，每个投放周期为5天～6天。(3)当河道原生鱼类数量不足时，按目标水域容积每立方米补足滤食性鱼类45g～55g。本发明的利用兼性异养微生物治理河流污染的方法，其中沼泽红假单胞菌对应用的环境要求低，适应性能力非常强，在寡营养和富营养的水体中均能正常生长，适用于各种地域环境的水域、河流。在污染的水域河道采用本申请文件的方法进行治理，对水体中溶解氧有较大的提升，对于鱼类资源的生长将起到促进作用，短期内能够建立和恢复水域水生生态系统。投入不到传统技术的50％，感观效果一个月就能体现，通过“污～鱼转化”，实现可观经济效益。污染被资源化利用，无冗余物质产生。菌种源至我国自然水体，经权威部门验证，无生物安全性之虞。2、治理目标在对不同水域的现状进行分析后，对项目确定以下阶段性目标：(1)治理1个月后，消除水域水体黑臭现象，感官效果有明显的好转，水体透明度有较大提升，水质指标有所改善；(2)治理3个月后，水域主要水质指标较治理前下降50％；(3)治理180天后，主要水质监测指标按gb3838—2002标准提升两个级别。3、监测参数及方案根据水域的污染状况和现有条件，一般选取codmn、透明度、tp、nh3-n、do、ph值、水温、气温等参数作为监测目标。同时分时段定点采集底泥样本，考察不同时间段中底泥样本中上述各参数的变化情况，换算出底泥厚度的削减量。选择有资质的第三方监测机构进行现场采样监测。四、技术保障及预计成果发明人组建的成都大开应用技术研究所是专业从事微生物技术研究、生产、应用的科技创新企业，研究开发的具有自主知识产权的rhp体系技术和rhp多功能水质改良菌，作为水域、水库污染防治的核心技术产品，获农业部生产许可证批准生产。在长期进行水污染防治的过程中，作为技术和产品的提供单位，自拟或承担了数个水污染治理项目。早在1997年就提出用生物生态技术治理水域污染的设想，并在后来的20年时间里致力于这方面的研究和试验，掌握了大量的第一手资料，多次治理项目的专家技术鉴定给予了充分的肯定。通过校企在多年项目合作、强强联手，相信我们是有能力为本项目提供充分的技术保障。本技术对湖南省岳阳市11.83平方千米的南湖水污染和蓝藻暴发进行了治理，取得很好效果，由地表劣v类水质，治理到地表iv类水质，满足了该水域的功能要求并成功抑制了该湖蓝藻暴发的状况。五、效益分析1、经济效益本项目的技术实质是污染物质资源化利用，治理将产生一定的渔业收入。2、社会效益由于污染水域水生态环境不健全，水体污染较严重，严重影响水域的功能作用。本项目的实施旨在通过人工添加生物制剂，在转化水体内各种有机污染的同时，恢复水体的自净能力，逐步建立起健全的食物链，恢复水体的使用功能和景观效果还人民一个清洁舒适的生存空间。3、环境效益由于项目所用的微生物制剂能够分解多种污水及底泥中的有机化合物以及苯、亚硝酸、硫化氢等物质，抑制有害细菌和病毒的繁殖，消除水域发黑发臭的现象。本项目推广应用后，可为周边水污染治理及水生态修复提供直接有效的生态技术方法，必将带来明显的环境效益，为水域提供良好的生存环境，也必将为社会建设创造一个较好的水环境。案例介绍一、岳阳南湖水域污染，治理蓝藻暴发项目超大面积的水污染治理及防止蓝藻暴发工程，在我国还没有成功的案例，也没有固定的模式和方法可循，岳阳市人民政府领导敢为人先，采用rhp体系技术治理11.83方公里的开放性水域水污染、防止蓝藻暴发工程。2008年7月，岳阳市环监站提供的南湖水域水质监测数据显示：tp平均值：0.563mg/l，tn平均值：4.57mg/l，叶绿素平均值：142.01mg/立方米，高锰酸盐平均值：8.22mg/l，我们从2008年7月23日到9月1日，采用rhp体系技术近40天的治理，岳阳市环境监测站提供的监测数据显示：tn由4.88mg/l下降到2.10mg/l；tp由0.334mg/l下降到0.137mg/l；codmn由8.96mg/l下降到6.27mg/l；chia由99.07mg/l下降到48.27mg/l；溶解氧由6.96mg/l，上升到7.88mg/l；透明度由0.25米上升到0.52米；治理效果：从2008年7月23日至2008年8月31日完成第一期工程。效果显著：已完全遏制蓝藻爆发态势、消除臭味、提高了水体感官指标。结论：(岳阳市政府组织专家组评审意见)南湖治理的实践证明“生态强化技术”理论可行；·该技术成本低、见效快，符合中国国情；·rhp多功能水质改良菌活性强、适应性广、生物安全性好；·开放性大水域的污染治理抑制蓝藻爆发是世界难题，该工程的成功实施必将为我国湖泊污染治理提供范例，具有很高的社会、经济、环保效益。二、四川安岳县岳阳河项目简介1、岳阳河概况岳阳河长河堤段位于安岳县城北郊，河面均宽约50米、长约19公里，平均水深3米，库容达189万立方米。处于安岳县城下游。每天约有5万吨安岳城区生活污水及安岳工业园区工业废水和沿岸居民生活、生产污水进入该河道，水体严重富营养化，自净能力消失，河水呈现墨黑色的和乳白色交替的水色，整条河道散发出浓烈的刺鼻恶臭味，直接造成沿河民众已不能使用该河水进行生产、生活。2、岳阳河治理效果2011年11月11日安岳县岳阳河长河堤段发生死鱼事件后，引起安岳县委、县政府的高度重视。针对该河段水体严重富营养化的问题，安岳县委、县政府研究落实了相关措施，经相关职能部门的联系和沟通，决定采用我所研制的“rhp体系技术”，从2011年11月23日开始对其进行为期三个月的应急治理和后期持续治理，在多种不利因素的条件下，应急治理工作取得显著成效。2013年6月5日，安岳县水务局主持召开岳阳河长河堤段水体富营养化应急治理项目验收会。县水务局、水产渔政局、财政局、四川大学等单位负责人及部分专家组成员参加了会议。会上，项目承担单位就岳阳河长河堤段水体富营养化应急治理进行了专题汇报，县水产渔政局实施现场监督员进行了实施监督汇报，专家组成员对其资料进行了审查，查看了治理现场，并开展了讨论，形成了如下验收意见：成都大开应用技术研究所承担的该项目取得如下治理成果：(1)、遏制住了岳阳河污染进一步恶化的势头；(2)、目标水域未发生死鱼现象，水体中溶解氧达到6mg/l以上；(3)、中下游河道臭味完全消除，上游污染源臭味明显降低；(4)、河道水体发白、发黑状态已消除；(5)、整个水体的透明度明显提高，水色有较大改善；(6)、水体中的浮游动物量大面广、野生鱼类生长旺盛。与会人员一致认为在污染重、温度低、时间紧的条件下，应急治理效果明显，达到协议要求，同意验收合格。三、合肥银河公园水系项目简介1、合肥银河公园水系概况合肥银河公园位于徽州大道与金寨路之间，北临环城南路，南毗芜湖路(见图2)。东边是闻名遐迩的包公园风景区，西连稻香楼景区。占地171246平方米。银河水系位于银河公园内，水域面积约为50000平方米，平均水深2米。2、合肥银河公园水系治理前水质状态银河公园水质监测指标为地表水劣v类，随着水体持续富营养化，水域的自然生态系统，生物多样性和良性的食物链遭到破坏，耐污力很强的蓝藻肆意生长，而蓝藻因表面被包裹胶状的多糖类物质难以被鱼类摄食，不能形成食物链，于是连续多年蓝藻爆发成害，水体伴有异臭味，水质呈严重富营养化状况。为做好本次治理，包河区环保局于2015年7月2日对银河公园水系进行检测。监测报告显示(见下表一)，水体呈严重富营养化，属地表水劣v类水质。特别是3号点位，叶绿素a的数值高达1.29×103，；且该点tp达到7.13mg/l。表1银河公园2015年7月2日水质监测数据单位：mg/lcodmnnh3-ntntp叶绿素a1号点7.040.4663.590.53321.52号点8.270.0713.720.46519.93号点16.70.2223.487.131.29×1033、合肥银河公园水系治理进展简介合肥银河公园水系治理项目于2015年7月2日启动，至2015年9月10日，累计治理时间已进行了70天左右。(1)、全水域泼洒投放rhp制剂投放：11次；累计已投放rhp制剂11吨；使用实施船只11次；实施员工33人次；rhp制剂长途运输：11次。(2)、投放治理用滤食性鱼类2500公斤。4、合肥银河公园水系治理成效在治理一个多月后包河区环保局分别于2015年8月7日、2015年8月12日对银河公园水系治理效果进行跟踪检测。监测报告显示(见下表2、表3)，各项水质指标均大幅下降，且感观效果已经大大改善，水体表面蓝藻水华大量减少，水体透明度增加，水体异臭味已经消除。表2银河公园2015年8月7日水质监测数据单位：mg/lcodmnnh3-ntntp叶绿素a1号点2.00.3981.790.4129.062号点2.00.3121.730.3058.653号点2.90.3091.680.2698.1表3银河公园2015年8月12日水质监测数据单位：mg/lcodmnnh3-ntntp叶绿素a1号点＜2.00.6992.140.3859.212号点＜2.00.7921.850.31812.13号点＜2.01.382.320.49314.2在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。当前第1页12