本发明属于生物净水剂技术领域，具体涉及一种混合废水培养的以蕨叶为碳源载体的生物活性炭。
背景技术：
在经济的发展同时，污染的水源、空气、土壤给人们的生活带来越来越严重的影响。研究者们在处理工业、农业（生产与加工）及养殖业生产中引起的废水时，针对各类污水的处理方法和工艺都进行了较系统的研究，分别利用了化学方法和生物方法对污水氮、磷、重金属离子及有机物分子进行吸附、分离及生物/化学降解。在试验及应用过程中，活性炭通常被用作污水污染物的吸附剂，它对于污水的色度和浊度都能有所改观，由于含有大孔、中孔及微孔结构，故对于小分子和重金属离子也会发生吸附作用；并且可以作为微生物净水剂的载体，制得菌碳净水剂，但是单一菌株固定于炭载体形成的菌碳净水剂，其污水净化效果往往不如混合菌株形成的菌碳净化效果理想。
公布号为cn104261570a的专利公开了一种畜禽养殖厌氧污水净化剂，由5种微生物菌株与活性炭载体组成，所述活性炭载体为煤质柱状活性炭，是以2-10目的煤质活性炭经过定型制成的实心圆柱状活性炭。所用的煤质活性炭以及市售的碳材料（活性炭ac、碳纳米管cnt、石墨gc等）均有着诸多优点，如孔隙度高、比表面大、稳定性好、无毒无污染-环境友好等；但其表面官能团较少，不含亲水性基团（-cooh、-oh），故净化剂在水中分散性较差，阻碍了与污水中污染物的充分接触，而且与含氢键及孤电子对的含氮物质很难发生静电相互作用，不能完全发挥碳基载体对污染物的吸附作用，因此对碳材料的表面亲/疏水性的调控是显得非常必要。目前常用的方法是使用浓酸（浓hno3、浓h2so4）使惰性的炭表面活化并使表面炭氧化形成含氧官能团（-cooh、-oh、-c=o），同时产生有污染的氮氧化物及硫氧化物，造成二次污染。
公布号为cn103949216a的专利申请公开了一种吸附亲水性离子液体的碳材料的制备方法，是以纤维素为原材料，先在高压水热反应釜中进行水热反应，得到富含羟基、羧基等含氧基团的碳微球。纤维素的不完全水热碳化可以得到表面富含含氧基团的碳微球。
公布号为cn106531471a公开了一种用于超级电容器电极材料的碳材料及其制备方法，包括如下步骤：s101：将生物质原料放入反应釜中进行水热处理（所述水热处理的温度为150～300℃，时间为6～48h），得到水凝胶；s102：将水凝胶依次浸泡于乙醇水溶液和水中进行除杂，得到除杂后的水凝胶；s103：将除杂后的水凝胶进行干燥处理，得到气凝胶；s104：将气凝胶在氮气或稀有气体的气氛中进行煅烧（所述煅烧的温度为800～1200℃，时间为2～5h），得到所述碳材料。
公布号为cn107473404a、公布号为cn107434305a、公布号为cn107512780a均公开了菌碳净水剂，将含有亲水性基团的碳载体置于培养基中，同时将混合菌株接种至培养基，经振荡共培养制得菌碳净水剂。但是其振荡共培养时，所用的培养基均为牛肉膏蛋白胨培养基或者luria-bertani培养基。与本发明采用混合废水培养相比，牛肉膏蛋白胨培养基或者luria-bertani培养基培养得到的菌碳净水剂在实际应用时，需要2-3d的适应期且使用寿命约为24d-28d。
蕨叶，是指蕨类植物的叶片，主要成份为生物碱（生物活性及光学活性的含羧基碱性物）、酚类化合物（多羟基含氧基团）、黄铜类化合物（含羟基、甲氧基、烃氧基、异戊烯氧基等含氧取代基）及甾体及三萜类化合物（含羟基、羰基、羧基基团），是一类结构存在丰富含氧基团的植物叶子，在166-200℃水热反应及煅烧处理后保留的部分植物体含氧官能团可提高碳表面的亲水性及与污染物电性基团相互作用，有利于提升混合废水有机污染物吸附效率。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种混合废水培养的以蕨叶为碳源载体的生物活性炭。本发明所制备的净水剂微生物活性高，净水效果好；具有炭物理吸附与酶催化降解的双重循环净化作用效果，实现了微生物对沼液废水及高糖废水中有机质的资源化利用，同时以自然界农林废弃物为碳源，合成的材料应用于污染物处理，实现了农林废弃物资源化利用及废弃物与污水的双重污染治理。
为实现本发明的目的，采用如下技术方案：
一种混合废水培养的以蕨叶为碳源载体的生物活性炭的制备方法：将亲水性多孔炭材料粉末置于混合废水培养基中，将里氏木霉（trichodermareesei）、产朊假丝酵母（candidautilis）、枯草芽孢杆菌（bacillussubtilis）、红平红球菌（rhodococcuserythropolis）菌株先接种至混合废水培养基中，振荡共培养，再将枯草芽孢杆菌（bacillussubtilis）、浮游球衣菌（sphaerotilusnatans）、蜡状芽胞杆菌（bacilluscereus）、黄色游动放线菌（actinoplanesflavus）接种至混合废水培养基中，振荡共培养、烘干后，制得生物活性炭；所述的混合废水培养基中含有沼液废水和高糖废水。
所述的混合废水培养基的配方为：nacl2.0g，沼液废水0.6l和高糖废水0.4l，ph为7.0-7.2。
所述的混合废水培养基的配制方法为：将高糖废水单独在0.56kg/cm2、112.6℃条件下灭菌20min；nacl加入沼液废水后在1.05kg/cm2、121.0℃条件下灭菌30min；分别灭菌后，高糖废水按比例添加到沼液废水中，并调ph7.2±0.2。
所述的沼液废水指标为：cod2000-4000mg/l、bod1000-2500mg/l、ss50-200mg/l、氨氮600-800mg/l、总磷30-80mg/l，ph为7.0-8.0；所述的高糖废水指标为：cod3000-5000mg/l、bod2000-3000mg/l、ss600-800mg/l、氨氮约100mg/l、ph为4.0-6.0。
所述的亲水性多孔炭材料粉末是以蕨叶为原料，经水热合成、氮气氛围煅烧、粉碎后制备而成的。
所述的亲水性多孔炭材料粉末的制备方法，具体步骤为：
（1）将50.00g粒度为0.1-0.3cm的蕨叶粉末置于200ml反应釜内胆中，加入150ml去离子水，反应温度为160-200℃，反应时间为8-20小时，生成碳前驱体材料；
（2）将步骤（1）制得的碳前驱体材料依次经水、无水乙醇洗涤后，于60℃干燥12h得碳前驱体粉末样品；
（3）将步骤（2）制得的碳前驱体粉末样品置于600℃下，氮气氛围中煅烧2h，得到亲水性多孔炭材料粉末。
所述的混合废水培养的以蕨叶为碳源载体的生物活性炭的制备方法，具体步骤为：
1）将100g亲水性多孔炭材料粉末加入到50-150ml混合废水培养基中，将里氏木霉（trichodermareesei）、产朊假丝酵母（candidautilis）、枯草芽孢杆菌（bacillussubtilis）、红平红球菌（rhodococcuserythropolis）的活化菌液按照质量比为3:3:3:1混合，接入灭菌后的混合废水培养基中，混合菌液的接种量为2wt%~3wt%，在30℃、150rpm条件下培养12h；
2）然后再将枯草芽孢杆菌（bacillussubtilis）、浮游球衣菌（sphaerotilusnatans）、蜡状芽胞杆菌（bacilluscereus）、黄色游动放线菌（actinoplanesflavus）的活化菌液按照质量比为4:3:2:1混合，接入步骤1）的培养液中，混合菌液的接种量为2wt%~3wt%，在30℃150rpm条件下培养16-18h，最后离心分离出炭粉末，置于20-30℃的恒温箱里烘干，即制得生物活性炭。
一种如上所述的制备方法制得的生物活性炭：生物活性炭上的有效活菌数为8.2×108～1.3×109cfu/g。
一种如上所述的生物活性炭在混合废水净化中的应用，所述的混合废水中，沼液废水和高糖废水的体积比为3:2。
上述原料中采用的菌种可以由本领域技术人员通过常规菌种鉴定分离方法方便地从自然界分离得到的，或通过商业渠道公开购买的菌种。本发明采用的菌种可从中国普通微生物保藏中心、广东省微生物保藏中心等菌种库购买获得。
上述菌种根据斜面保种培养基培养：
1）里氏木霉培养基：蔗糖30.0g、nano32.0g、k2hpo41.0g、mgso4·h2o0.5g、kcl0.5g、feso4·7h2o0.5g、琼脂15-20g、蒸馏水1000ml，ph值自然。
2）产朊假丝酵母培养基：葡萄糖1.0g、kcl1.8g、酵母膏2.5g、醋酸钠8.2g、琼脂15-20g、蒸馏水1000ml，ph值自然。溶解后分装试管，115℃湿热灭菌20min。
3）枯草芽孢杆菌、红平红球菌、蜡状芽胞杆菌培养基：胰蛋白胨10.0g、酵母膏5.0g、nacl10.0g、琼脂15-20g、蒸馏水1000ml，ph值7.0-7.2。
4）浮游球衣菌、黄色游动放线菌培养基：蔗糖30.0g、nano32.0g、k2hpo4·3h2o1.0g、kcl0.5g、mgso4·7h2o0.5g、feso4·7h2o0.01g、琼脂15-20g、蒸馏水1000ml，ph值7.0-7.2。
本发明的有益效果在于：
1）本发明以农林废弃物-蕨叶为原料，经水热合成、低温煅烧制得亲水性多孔炭载体，避免了常规方法使用浓酸刻蚀炭时产生有毒污染性气体的弊端，这种载体炭表面上的带电性基团与水中的h+/oh-发生静电相互作用，使炭载体在水中有了更好的分散性，克服了一般炭载体的疏水性问题，增大了与污染物的接触几率，同时载体炭表上的带电性基团会与污染物质的孤对电子及氢质子发生静电作用，提高了污染物的吸附效率；以农林废弃物为碳源合成的材料应用于污染物处理，实现了农林废弃物资源化利用及废弃物与污水的双重污染治理；
2）本发明分两步培养有利于前期加入的可降解不易分解的糖类及纤维素类的功能性微生物菌株充分利用混合废水中的低聚糖、纤维素、蛋白质以及少部分脂肪等物质，并将这些物质通过酶解作用分解为单糖、脂肪酸、有机氮、脂肪酸等小分子物质，有利于后期加入可降解水体中的有机物、氨氮、总磷等功能性微生物菌株生长繁殖，提高菌液中的有效活菌数，增强了微生物的生物活性，以促进微生物对污染物高效降解作用，将大部分的污染物去除以达到污水净化的目的；
3）本发明采用混合废水培养生物活性炭，微生物菌株可将混合废水中的污染物作为自身生长繁殖的营养底物，去除污水中大部分的有机污染物，实现了微生物对沼液废水及高糖废水的资源化利用；而微生物代谢的产物又可作为彼此利用的营养底物，提高微生物的生物活性以促进微生物对污染物协同降解作用；并且采用混合废水培养生物活性炭，有利于提高微生物菌株的适应性，在实际的废水净化应用时，能高效发挥净化效果，使用寿命长；
4）本发明的菌碳净水剂具有碳吸附与微生物降解的双重净化作用，去污效果稳定且易于处理，适用于混合废水（沼液与高糖废水混合液）的规模化处理。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
一种混合废水培养的蕨叶为碳源载体的生物活性炭，具体内容为：
1、蕨叶为碳源的亲水性多孔炭载体的制备：
（1）将50.00g蕨叶粉末（粒度为0.1-0.3cm）置于200ml反应釜内胆中，加入150ml去离子水，反应温度为160-200℃，反应时间为8-20小时，生成碳前驱体材料；
（2）碳前驱体材料依次经水、无水乙醇洗涤后，于60℃干燥12h得碳前驱体粉末样品；
（3）将碳前驱体粉末样品置于600℃氮气氛围中煅烧2h，得到亲水性多孔碳粉末载体。
2、振荡共培养：
1）一步培养：将100g亲水性多孔炭材料粉末加入到50-150ml混合废水培养基中，将里氏木霉（trichodermareesei）、产朊假丝酵母（candidautilis）、枯草芽孢杆菌（bacillussubtilis）、红平红球菌（rhodococcuserythropolis）的活化菌液按照质量比为3:3:3:1混合，接入灭菌后的混合废水培养基中，混合菌液的接种量为2wt%~3wt%，在30℃、150rpm条件下培养12h；
2）两步培养：然后再将枯草芽孢杆菌（bacillussubtilis）、浮游球衣菌（sphaerotilusnatans）、蜡状芽胞杆菌（bacilluscereus）、黄色游动放线菌（actinoplanesflavus）的活化菌液按照质量比为4:3:2:1混合，接入步骤1）的培养液中，混合菌液的接种量为2wt%~3wt%，在30℃150rpm条件下培养16-18h，最后离心分离出炭粉末，置于20-30℃的恒温箱里烘干，即制得生物活性炭。
碳载体上有效活菌数为8.2×108～1.3×109cfu/g。
4℃条件下保存的菌碳净水剂在使用前于常温下放置8-12小时，恢复生物活性即可直接投放于污水。
实施例1
一种混合废水培养的蕨叶为碳源载体的生物活性炭，具体内容为：
（1）蕨叶为碳源的亲水性多孔炭载体的制备：
1）将50.00g蕨叶粉末（粒度为0.15cm）置于200ml反应釜内胆中，加入150ml去离子水，反应温度为180℃，反应时间为12小时，生成碳前驱体材料；
2）碳前驱体材料依次经水、无水乙醇洗涤后，于60℃干燥12h得碳前驱体粉末样品；
3）将碳前驱体粉末样品置于600℃氮气氛围中煅烧2h，得到亲水性多孔碳粉末载体。
2、将10g亲水性多孔炭载体加入到100ml混合废水培养基中，将里氏木霉（trichodermareesei）、产朊假丝酵母（candidautilis）、枯草芽孢杆菌（bacillussubtilis）、红平红球菌（rhodococcuserythropolis）的活化菌液按照质量比3:3:3:1混合，混合菌液接种量为2.0wt%，接入灭菌后的混合废水培养基中，在30℃、150rpm条件下培养14h后，再将枯草芽孢杆菌（bacillussubtilis）、浮游球衣菌（sphaerotilusnatans）、蜡状芽胞杆菌（bacilluscereus）、黄色游动放线菌（actinoplanesflavus）的活化菌液按照质量比4:3:2:1混合，混合菌液接种量为2.0wt%，继续接入培养液中，在30℃150rpm条件下培养20h，形成混合菌液，最后沉淀出碳载体置于20-30℃的恒温箱里烘干，即制得净水剂；碳载体上有效活菌数为1.1×109～1.3×109cfu/g；4℃条件下保存的菌碳净水剂在使用前于常温下放置10h恢复生物活性即可直接投放于污水。
实施例2
一种混合废水培养的蕨叶为碳源载体的生物活性炭，具体内容为：
（1）蕨叶为碳源的亲水性多孔炭载体的制备：
1）将50.00g蕨叶粉末（粒度为0.15cm）置于200ml反应釜内胆中，加入150ml去离子水，反应温度为160℃，反应时间为8小时，生成碳前驱体材料；
2）碳前驱体材料依次经水、无水乙醇洗涤后，于60℃干燥12h得碳前驱体粉末样品；
3）将碳前驱体粉末样品置于600℃氮气氛围中煅烧2h，得到亲水性多孔碳粉末载体。
2、将10g亲水性多孔炭载体加入到50ml混合废水培养基中，将里氏木霉（trichodermareesei）、产朊假丝酵母（candidautilis）、枯草芽孢杆菌（bacillussubtilis）、红平红球菌（rhodococcuserythropolis）的活化菌液按照质量比3:3:3:1混合，混合菌液接种量为1.5wt%，接入灭菌后的混合废水培养基中，在30℃150rpm条件下培养12h后，再将枯草芽孢杆菌（bacillussubtilis）、浮游球衣菌（sphaerotilusnatans）、蜡状芽胞杆菌（bacilluscereus）、黄色游动放线菌（actinoplanesflavus）的活化菌液按照质量比4:3:2:1混合，混合菌液接种量为1.5wt%，接入培养液中，在30℃150rpm条件下培养24h，形成混合菌液，最后沉淀出碳载体置于20-30℃的恒温箱里烘干，即制得净水剂；碳载体上有效活菌数为9.6×108～1.2×109cfu/g；4℃条件下保存的菌碳净水剂在使用前于常温下放置8小时恢复生物活性即可直接投放于污水。
实施例3
一种混合废水培养的蕨叶为碳源载体的生物活性炭，具体内容为：
（1）蕨叶为碳源的亲水性多孔炭载体的制备：
1）将50.00g蕨叶粉末（粒度为0.15cm）置于200ml反应釜内胆中，加入150ml去离子水，反应温度为200℃，反应时间为20小时，生成碳前驱体材料；
2）碳前驱体材料依次经水、无水乙醇洗涤后，于60℃干燥12h得碳前驱体粉末样品；
3）将碳前驱体粉末样品置于600℃氮气氛围中煅烧2h，得到亲水性多孔碳粉末载体。
2、将10g亲水性多孔炭载体加入到150ml混合废水培养基中，将里氏木霉（trichodermareesei）、产朊假丝酵母（candidautilis）、枯草芽孢杆菌（bacillussubtilis）、红平红球菌（rhodococcuserythropolis）的活化菌液按照质量比3:3:3:1混合，混合菌液接种量为1.0wt%，接入灭菌后的混合废水培养基中，在30℃150rpm条件下培养16h后，再将枯草芽孢杆菌（bacillussubtilis）、浮游球衣菌（sphaerotilusnatans）、蜡状芽胞杆菌（bacilluscereus）、黄色游动放线菌（actinoplanesflavus）的活化菌液按照质量比4:3:2:1混合，混合菌液接种量为1.0wt%，继续接入培养液中，在30℃150rpm条件下培养18h，形成混合菌液，最后沉淀出碳载体置于20-30℃的恒温箱里烘干，即制得净水剂；碳载体上有效活菌数为8.2×108～1.1×109cfu/g，；4℃条件下保存的菌碳净水剂在使用前于常温下放置12小时恢复生物活性即可直接投放于污水。
对比例1
1、与实施例1基本相同，不同的是将炭载体替换为100g市面上出售的颗粒状煤质活性炭载体（比表面约1100m2/g，孔容积为0.75cm3/g）。
净水剂的性能测试：
一、市售不同材质炭载体与本专利生物活性炭载体对污染物吸附效率对比
将不同材质的活性炭载体投放于混合废水（沼液与高糖废水体积比为3:2），对其吸附效果进行比较。分别称取100g各种材质的活性炭载体（即颗粒状煤质活性炭a、颗粒状椰壳活性炭b、颗粒状竹炭c、实施例1粉末碳d），投入到10l的混合废水中，以未处理的混合废水为对照，72h后分别测定其codcr、bod5、氨氮、总磷等技术指标，计算活性炭对混合废水中各指标的吸附率。
实验结果见表1-1。从实验结果可以看出，前三者中颗粒状煤质活性炭对混合废水的吸附能力较佳，其cod、bod5、氨氮、总磷等吸附率都高于前两者；本申请粉末碳吸附效果则优于a、b、c三者，且吸附率有所提高，可见表面改性有利于污染物质的吸附去除。
表1-1不同形状的炭载体对混合废水处理效果
二、去污性能测试
取五个大小及水质完全相同的混合废水水槽（10l）进行测试，第一个投放实施例1的生物活性炭；第二个投放实施例2的菌碳净水剂；第三个投放实施例3的菌碳净水剂；第四个投放对比例1的菌碳净水剂；第五个不投放任何净水剂，作为空白对照组。
将100g净水剂分别投放至混合废水水槽（水质指标：cod3278mg/l、bod1337mg/l、氨氮379mg/l、总磷45mg/l），72h后，对所有的污水水槽进行水质测定。水质检测标准参照制糖工业水污染物排放标准（gb21909-2008）、畜禽养殖业污染物排放标准（gb18596-2001），测定指标及数据如下表1-2、表1-3所示。
表1-272h时不同净化剂对污水指标浓度的作用效果
表1-372h时不同净化剂对污染物的去除效果
由表中数据可以看出，实施例1-3的各项水质指标均优于对比例1，更明显优于空白对照组。
对比例2
采用牛肉膏蛋白胨培养基培养得到的生物活性炭，碳材料的使用寿命约为28d，而采用混合废水培养的得到的生物活性炭的使用寿命约为36d，使用寿命提高了约28.6%。
对比例3
混合废水培养采用分步法有利于提高微生物有效活菌数，提高其生物活性，第一步培养后负载在活性炭上的微生物有效活菌数为8.3×107～1.2×108cfu/g，两步培养后负载在活性炭上的微生物的有效活菌数为8.2×109～1.1×1010cfu/g。分别将一步培养和两步培养后100g净水剂分别投放至混合废水中，处理72h后测定水质，测定指标及数据如下表1-4所示。
表1-4分步培养得到的生物活性炭对污水的处理效果
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。