固定化微生物菌剂，其制备方法及养殖尾水处理中的应用

本发明涉及水处理领域，具体涉及固定化微生物菌剂及其在养殖尾水处理中的应用。

背景技术：

1、水产养殖系统的主要投入是饲料，只有一小部分转化为鱼类生物量，其中大部分作为饲料废物和排泄物释放到水中。水产养殖中抗生素的过度使用给环境和人类健康带来了严重威胁。减少污染排放，提高生态产品价值，是水产养殖产业绿色转型和可持续发展的必由之路。

2、生物处理法因其成本低、无二次污染的特性具有独特优势。传统的悬浮生物技术因存在活性污泥易流失，限制了污水处理的效率和性能，固定化微生物技术为微生物生长和生物膜形成提供了良好的环境，微生物负载量高，加速污染物的去除效率，同时抗冲击负荷能力强，具有较好的应用前景。生物炭有丰富的孔隙结构和较好的吸附性能，具有简单易得、原料充足、成本低的优点。作为生物质资源化利用的方式之一。因此，基于生物炭开发固定化微生物菌剂具有重要意义。

3、当前养殖尾水最常用的是“三池两坝”处理模式(例如公开号为cn110590061a的专利申请)，该工艺在运作过程中存在占地面积大、处理效率低、抗冲击负荷能力差、工艺流程多成本高的缺点。因此急需一种工艺克服上述缺点，实现养殖尾水的高效处理及利用。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种固定化微生物菌剂及其在养殖尾水处理中的应用，该工艺系统在保留“三池两坝”优点的基础上，提高了污染物的去除效率，降低了处理面积占养殖面积的比例，能够具有较好的耐冲击负荷能力，而且可以实现养殖尾水循环利用。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。一种固定化微生物菌剂，所述固定化微生物菌剂是以海藻酸钠-秸秆生物炭复合物为载体，所述载体内部包埋有复合微生物菌群，所述复合微生物菌群包括副球菌、假单胞菌、双球菌和假黄单胞菌；其中副球菌、假单胞菌、双球菌和假黄单胞菌的比例为(5-10):(4-7):(1-5):(1-5)，海藻酸钠-秸秆生物炭复合物中海藻酸钠和秸秆生物炭的量比为5:1-30:1。

3、一种固定化微生物菌剂的制备方法，制备上述的固定化微生物菌剂，包括以下步骤：

4、1)将由副球菌、假单胞菌、双球菌和假黄单胞菌组成的复合菌种在lb液体培养基中培养至对数期离心收集菌体并用无菌水洗涤菌体≥2次，再重悬于等体积的磷酸缓冲盐(pbs)溶液中作为种子液。

5、2)将步骤1)中得到的种子液与秸秆生物炭混合，使细菌吸附在生物炭表面，12h-48h后离心收集生物炭及菌体，加入到海藻酸钠溶液中，振荡混匀得到混合溶液，用注射器将混合液逐滴滴入氯化钙溶液中，静置交联≥6h后，用无菌水洗涤≥3次，得到固定化微生物菌剂球粒。

6、其中，秸秆生物炭的添加量为种子液总质量的1-5％；

7、海藻酸钠和秸秆生物炭的量比为5:1-30:1；

8、海藻酸钠溶液的浓度为1-3％；

9、氯化钙溶液的浓度为1-4％。

10、作为优选，所述步骤1)中复合菌群种由以下方法培育得到：

11、s1、以曝气生物滤池中的载体生物膜为接种物，将接种物置于无机盐培养基中进行厌氧培养，并每隔12-36h更换培养基，培养8-15天，直至高锰酸盐指数codmn、总氮tn、总磷tp、四环素tc去除率不再变化。

12、s2、将步骤s1中驯化得到的菌群富集液离心收集即得复合菌群种。

13、作为优选，所述秸秆生物炭的质量为种子液质量的2％，海藻酸钠溶液的浓度为2％，氯化钙溶液的浓度为2％；海藻酸钠和秸秆生物炭的量比为10:1。

14、作为优选，所述步骤s1中，所述无机盐培养基中包含以下质量份的组分：nano31.8-1.9份、ch3coona 1.9-2份、na2hpo4 1.2-1.3份、kh2po4 0.7-0.8份、cacl2 0.04-0.05份、mgso4·7h2o 0.01-0.02份、四环素1-50份；

15、还包括体积份的微量元素溶液1-2份。

16、作为优选，所述微量元素溶液中包含以下质量份的组分：nicl2·6h2o 0.02-0.04份、feso4·7h2o 0.1-0.3份、cuso4·5h2o 0.02-0.04份、cocl2·6h2o 0.10-0.2份、mnso4·h2o0.1-0.2份、na2moo4·2h2o 0.04-0.05份、h3bo3 0.03-0.05份。

17、基于固定化微生物菌剂为主体构建固定化微生物滤池，连同集水渠、沉淀池、过滤坝等共同组成“沉淀池-过滤坝-固定化微生物滤池”为主体的“两池一坝”养殖尾水处理工艺。

18、固定化微生物菌剂在养殖尾水处理中的应用，所述固定化微生物菌剂采用上述固定化微生物菌剂制备方法制备，包括以下步骤：

19、步骤1：待净化水从排污区经管式混合器输送至沉淀池内，并向管道中投加混凝剂，加速污染物脱稳沉淀，利用重力作用使水体内的残饵、粪便及腐烂水草残渣固体颗粒下沉至沉底池底部；混凝剂的投加量可根据现有技术确定。

20、步骤2：经沉淀池处理以后的水流经过滤坝进一步降低悬浮颗粒，滤坝采用的多孔吸附颗粒为无烟煤、火山石、陶瓷颗粒或珊瑚石，在沿水流前进方向上，粒径依次减小。

21、步骤3：处理水经过滤坝后进入固定化微生物滤池，滤池底部安装曝气装置，滤池内部填充所述海藻酸钠-秸秆生物炭复合物为载体负载副球菌、假单胞菌、双球菌和假黄单胞菌的固定化微生物菌剂改善水质，且所述固定化微生物菌剂投加量为养殖尾水质量的5％-10％。

22、与现有技术相比，本发明的优点在于：

23、(1)本发明提供了一种固定化微生物菌剂，该固定化微生物菌剂所选用的菌剂为经过筛选驯化的具有高效脱氮、除磷及抗生素去除效果的副球菌、假单胞菌、双球菌和假黄单胞菌构建的复合菌群，降解效率高；载体基质中加入生物炭，具有丰富的孔隙结构和较好的吸附性能，有利于微生物的负载，提高微生物负载量，且生物炭具有电活性，可加速污染物降解中的电子转移，提高污染物降解速率；采用固定化技术后，微生物负载量提高，抗冲击负荷能力增强，污染物降解效率高。

24、(2)固定化生物滤池在曝气运行过程中，空气上升时与载体中的大孔反复多次碰撞、切割，并被好氧微生物快速吸收反应，从而提高了空气的利用率；每一个载体内部可生成良好的缺氧区、兼氧区和好氧区，使得载体的内部形成无数个微型的硝化和反硝化反应器，因而可在同一个反应器中同时发生氨氧化、硝化和反硝化联合作用，有力的保证了氨氮的高效去除和总氮的消减，同时节约反硝化脱氮所需的碱度和有机物，并有利于有机污染物的降解。

25、(3)本发明基于提出了“沉淀池-过滤坝-固定化微生物滤池”为主体的“两池一坝”养殖尾水处理工艺。与传统“三池两坝”工艺相比，具有工艺简单，操作方便、节约占地成本低廉、处理效率高等优点，可广泛处理水产养殖尾水，并能实现对水产养殖尾水中有机污染物的有效去除，使用价值高，应用前景好。