本发明涉及污水净化剂，特别是一种畜禽养殖场污水生物净化剂及其制备方法。
背景技术：
近年来，随着规模化畜禽养殖业的迅速发展，不同规模的养殖场不断涌现，原本潜在的由畜禽养殖带来的环境污染问题日益显现，并且随着人们环保意识的增加而日益突出。而大规模集约化养殖场又是我国今后发展畜牧业的方向，因此养殖场的环境污染控制关系到畜牧业能否可持续发展。近年来，中国规模化畜禽养殖场的畜禽粪尿排放已居农业污染源之首，且已成为部分水体水质恶化的重要污染源，严重影响村镇人居环境和人体健康。为了适应规模化养殖的发展要求，虽然有越来越多的规模化养猪场采用了一些新工艺，引进了新的技术设备，但依旧存在有待解决的问题。养殖废水中丰富的氮磷都是不可再生的资源，处理不当也是一种资源浪费，更重要的是排放于水体中会造成水体富营养化，对水域水质造成致命伤害，危害人体健康及农渔业生产。养殖污水中含有大量含碳化合物、含氨化合物等腐败有机物，进入水体后，使水质严重浑浊，水色变黄，气味变臭。同时水中溶解氧耗尽，有机物厌氧分解，产生多种恶臭物质，进而使水体变黑发臭，水质恶化，从而危害生态环境。
现有的污水处理技术按照原理可分为物理法、化学法、物理化学法和生物法，为了提高污水的处理效果，实际生产过程中通常采用多级处理的方式，即综合利用物理法、化学法、物理化学法和生物法来处理污水。针对畜禽污水采取生物技术进行生物整治是一种可行的方式。现有的生物法存在投资巨大、运行成本高等缺陷，且效果并不理想，因此，需要提供一种新的技术方案以解决上述问题。基于此，发明人利用生物技术开发了一种畜禽养殖场污水生物净化剂。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，针对目前畜禽养殖中污水对生态环境的影响，提供一种畜禽养殖场污水生物净化剂及其制备方法，以固化复合红螺菌为主复配光合菌、放线菌等，净化污水，减少水中氮磷含量，增加水中溶氧量，改善水质。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种畜禽养殖场污水生物净化剂，其是在海藻酸钠沸石、海藻酸钠和聚乙烯醇3种载体形成的固定化载体中加入复合微生物菌剂而形成，所述复合微生物菌剂中含有红螺菌(rhodospirillum)、硝化细菌(nitrifyingbacteria)和枯草芽孢杆菌(baciiiussubtilis)，其中有效活菌数≥109个/g，且红螺菌(rhodospirillum)、硝化细菌(nitrifyingbacteria)和枯草芽孢杆菌(baciiiussubtilis)都可通过商业渠道公开购买。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种畜禽养殖场污水生物净化剂的制备方法，其包括：
1)将红螺菌、硝化细菌和枯草芽孢杆菌菌种液分别采用离心机以转速3000r/min离心6min后，去掉上清液收集菌种，并用去离子水分别稀释红螺菌、硝化细菌和枯草芽孢杆菌至0.4～0.5g/l，然后将红螺菌、硝化细菌和枯草芽孢杆菌按照1:1:1的体积比混合，获得复合微生物菌剂；
2)在200ml纯水中添加质量分数为0.9％的海藻酸钠和质量分数为9％的聚乙烯醇，再加入质量分数为5％且过200目筛的海藻酸钠沸石粉，在80℃水浴中以70～100r/min的转速连续搅拌1h，待溶液混合均匀后冷却至35℃制得固定化载体；
3)在步骤2)得到的固定化载体中加入步骤1)得到的复合微生物菌剂得到菌液，固定化载体与复合微生物菌剂的质量比为200～300：1，混合均匀后用带针头的注射器取菌液滴入含4～8％(质量分数)cacl2的硼酸饱和溶液中，玻璃棒顺时针搅拌2h，赶出气泡，使其混合均匀，得到小球状的固定化复合微生物；
4)将固定化复合微生物于4℃条件下静止固化，达到固定化交联时间24h后得到固定化微生物球，用去离子水洗涤固定化微生物球至少3次，即得到作为畜禽养殖场污水生物净化剂的固定化微生物球。
所述作为畜禽养殖场污水生物净化剂的固定化微生物球驯化方法是：将固定化微生物球投加到k2hpo4质量浓度为5mgl-1、nh4cl质量浓度为10mgl-1、nano2质量浓度为1.0mgl-1的高氮磷废水中，并置于mgc-350bpy-2光照培养箱，在光暗比为12h：12h、无菌环境、光强3000lx、温度24±1℃条件下驯化2d。
所述硝化细菌的培养基为：硫酸铵1.0g、氯化钠0.5g、硫酸亚铁0.03g、磷酸二氢钠1.0g、硫酸镁0.03g、cacl25.0g、蒸馏水1000ml，ph7.5；
所述枯草芽孢杆菌的培养基为：蛋白胨6.0g、牛肉膏9.0g、酵母膏5.0g、葡萄糖5.0g、氯化钠5.0g、蒸馏水1000ml，ph7.0；
所述红螺菌的培养基为：nh4cl0.1g、nahco30.1g、k2hpo40.02g、ch3coona0.1～0.5g、mgso4·7h2o0.02g、nacl0.1～0.2g、生长因子1ml，蒸馏水97ml，微量元素溶液1ml，ph7.0。其中，①5％nahco3水溶液，过滤除菌取2m1加入无菌培养基中。②生长因子：维生素b10.001mg、乙尼克丁酸0.1mg、对氨基苯甲酸0.1mg、生物素0.001mg，以上药品溶于蒸馏水中，定容至10ml，然后过滤除菌。③微量元素溶液：fecl3·6h2o：5mg；cus04·5h2o：0.05mg；h3bo4lmg；mncl2·4h2o：0.05mg；znso4·7h2o：1mg；co(no3)2·6h2o：0.5mg。以上药品分别溶于蒸馏水中，并定容至1000m1。
所述硼酸饱和溶液中cacl2的质量分数优选为6％。
所述作为畜禽养殖场污水生物净化剂的固定化微生物球保存于生理盐水中。
微生物固定化是将特选的微生物固定在特定的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。这种技术应用于畜禽养殖污水处理，有利于提高生物反应器内微生物(尤其是特殊功能的微生物)的浓度，有利于微生物抵抗不利环境的影响，有利于反应后的固液分离，缩短处理所需的时间。
本发明中涉及的微生物红螺菌能在厌氧条件下进行光合作用，且不释放氧。它们在光照下，能利用硫化氢、硫代硫酸盐、分子氢及其他无机或有机还原剂把二氧化碳还原成有机物，同时能固定大气中的氮。它们在有氧或无氧的水域中均能生存，对环境的适应能力较强，具有对生化需氧量(bod5)去除率高、耐高负荷、高盐度和在低温时处理效果稳定的特性。此外，红螺菌对重金属具有极强的耐受能力，同时还对cu2+及pb2+等重金属有一定的吸附作用，综上所述，红螺菌是废水处理的理想微生物。异养硝化细菌生长速率快、增殖底物广泛、可以利用有机碳源进行生长和脱氮作用,从而使得硝化和反硝化过程在同一反应器内高效进行成为可能，其在污水的生物脱氮、降低水体氨氮值有重要作用。枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)是一类广泛分布革兰氏阳性杆状好养型细菌，具有无致病性，环境兼容性好、不易产生抗药性等优点，具有丰富的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶等。它能强烈地分解碳系、氮系、磷系、硫系污染物，分解复杂多糖、蛋白质和水溶性有机物，在水环境中能形成优势菌群。
与现有技术相比，本发明所具有的显著优点为：本发明与传统游离态微生物处理法处理养殖废水的方式相比，通过固定化的方式解决了使用游离态微生物处理污水时菌体难以自然沉降的问题，并且通过载体固定化的方式将微生物菌体更好的富集，高效的完成水体净化。同时本发明的载体与传统的单载体材料相比，结合了天然高分子材料海藻酸钠及合成高分子材料聚乙烯醇和无机载体沸石三种不同优势的载体材料。单一天然高分子材料海藻酸钠无生物毒性，传质性能好，但存在强度低，厌氧下易被微生物分解和使用寿命短的问题，单一合成高分子载体聚乙烯醇强度高但传质性能差，对固定细胞活性有一定影响，无机载体海藻酸钠沸石粉具有机械强度大、对微生物无毒性、不易生物分解、耐酸碱的优势，可有效解决其他载体产生的成球难、易破碎、活性损失大等问题。本发明将三种载体结合于一体，最大程度发挥不同载体的优势，弥补单一载体的缺陷，使载体固定微生物效果达到最佳。另外，本发明将三种各具强有力净化水质能力的微生物通过固定化的方式富集，通过三种微生物个体和协同作用，从而达到理想的净化水质的效果。同时，本发明制备畜禽养殖污水生物净化剂，制备方法简单、成本低，得到的净化剂稳定性强，微生物活性高，具有高效吸附和降解污染物等特点，而且对环境友好，不会造成二次污染。
具体实施方式
实施例1：
1)将红螺菌、硝化细菌和枯草芽孢杆菌菌种液分别采用离心机以转速3000r/min离心6min后，去掉上清液收集菌种，并用去离子水分别稀释红螺菌、硝化细菌和枯草芽孢杆菌至0.4～0.5g/l，然后将红螺菌、硝化细菌和枯草芽孢杆菌按照1:1:1的体积比混合，获得复合微生物菌剂；
2)在200ml纯水中添加0.9％海藻酸钠和9％聚乙烯醇，再加入质量分数为5％且过200目筛的海藻酸钠沸石粉，在80℃水浴中以85r/min的转速连续搅拌1h，待溶液混合均匀后冷却至35℃制得固定化载体；
3)在步骤2)得到的固定化载体中加入步骤1)得到的复合微生物菌剂得到菌液，固定化载体与复合微生物菌剂的质量比为250：1，混合均匀后用带针头的注射器取菌液滴入含6％(质量分数)cacl2的硼酸饱和溶液中，玻璃棒顺时针搅拌2h，赶出气泡，使其混合均匀，得到小球状的固定化复合微生物；
4)将固定化复合微生物于4℃条件下静止固化，达到固定化交联时间24h后得到固定化微生物球，用去离子水洗涤固定化微生物球至少3次，即得到作为畜禽养殖场污水生物净化剂的固定化微生物球，并保存于生理盐水中。
作为畜禽养殖场污水生物净化剂的固定化微生物球驯化方法是：将固定化微生物球投加到k2hpo4质量浓度为5mgl-1、nh4cl质量浓度为10mgl-1、nano2质量浓度为1.0mgl-1的高氮磷废水中，并置于mgc-350bpy-2光照培养箱，在光暗比为12h：12h、无菌环境、光强度3000lx、温度24±1℃条件下驯化2d。
上述硝化细菌的培养基为：硫酸铵1.0g、氯化钠0.5g、硫酸亚铁0.03g、磷酸二氢钠1.0g、硫酸镁0.03g、cacl25.0g、蒸馏水1000ml，ph7.5；
上述枯草芽孢杆菌的培养基为：蛋白胨6.0g、牛肉膏9.0g、酵母膏5.0g、葡萄糖5.0g、氯化钠5.0g、蒸馏水1000ml，ph7.0；
上述红螺菌的培养基为：nh4cl0.1g、nahco30.1g、k2hpo40.02g、ch3coona0.1～0.5g、mgso4·7h2o0.02g、nacl0.1～0.2g、生长因子1ml，蒸馏水97ml，微量元素溶液1ml，ph7.0。其中，①5％nahco3水溶液，过滤除菌取2m1加入无菌培养基中。②生长因子：维生素b10.001mg、乙尼克丁酸0.1mg、对氨基苯甲酸0.1mg、生物素0.001mg，以上药品溶于蒸馏水中，定容至10ml，然后过滤除菌。③微量元素溶液：fecl3·6h2o：5mg；cus04·5h2o：0.05mg；h3bo4lmg；mncl2·4h2o：0.05mg；znso4·7h2o：1mg；co(no3)2·6h2o：0.5mg。以上药品分别溶于蒸馏水中，并定容至1000m1。
下面将通过实验证明上述制得的作为畜禽养殖场污水生物净化剂的固定化微生物球投加量对各水质指标的影响：在锥形瓶中加入10l含有nh4ci和khpo4的自配高氮磷废水，分别投加不同数量(分别为200粒、400粒、800粒、1600粒、2000粒)的固定化微生物球，研究固定化微生物球投加量对cod、氨氮(nh4+-n)、亚硝酸盐氮(no2--n)、磷酸盐(po43--p)的影响。其中，环境条件：光暗比12h：12h、无菌、光强度3000lx、温度24±1℃。每组实验3次重复，试验时间为5天。试验结果表明：同一投加量，随着时间的延长，对cod的去除率逐渐升高，且投加量为1600粒和2000粒时去除率分别为84.56％和88.36％，对cod的去除效果较好；同一时间，随着投加量的增大，对cod的去除率逐渐升高。当固定化微生物球投加量达到1600粒时，对nh4+-n的去除率达到90.86％。投加量为800到1600粒时，对no2—n去除效果较好；另外，投加量与po43--p的去除率之间存在着一定的关系，即随着固定化微生物球的投加量的增加(从200粒增加到2000粒)，对其去除效果越来越好。综上试验，固定化微生物球的投加量在1600粒和2000粒对污水去除效果最佳。另外，在实际生产中将固定化微生物球按照160-200粒/l标准，用来去除养殖场污水里的氮磷，结果表明：经60h后，总氮去除率为76.79％，总磷的去除率在90％左右。治理后溶解氧从2.2mg/l增加到4.5mg/l，生化需氧量(bod5)从10.5mg/l降低到5.0mg/l，治理后水的颜色不超过20色度单位。
对照例1：
(1)固化剂配制：在200ml纯水中添加0.9％质量分数的海藻酸钠和9％质量分数的聚乙烯醇，再加入质量分数为5％且过200目筛的海藻酸钠沸石粉，在80℃水浴中以85r/min的转速连续搅拌1h，待溶液混合均匀后冷却至35℃制得固定化载体。
(2)红螺菌的培养基配置：nh4cl0.1g、nahco30.1g、k2hpo40.02g、ch3coona0.1～0.5g、mgso4·7h2o0.02g、nacl0.1～0.2g、生长因子1ml，蒸馏水97ml，微量元素溶液1ml，ph7.0。其中，①nahco3为质量分数为5％的nahco3水溶液，过滤除菌取2m1加入无菌培养基中。②生长因子为：维生素b10.001mg、乙尼克丁酸0.1mg、对氨基苯甲酸0.1mg、生物素0.001mg，以上药品溶于蒸馏水中，定容至10ml，然后过滤除菌。③微量元素溶液为：fecl3·6h2o：5mg；cus04·5h2o：0.05mg；h3bo4lmg；mncl2·4h2o：0.05mg；znso4·7h2o：1mg；co(no3)2·6h2o：0.5mg，以上药品分别溶于蒸馏水中，并定容至1000ml。
(3)红螺菌菌剂制备：将培养好的红螺菌菌种液采用离心机以转速3000r/min离心6min后，去掉上清液收集菌种，并用去离子水分别稀释红螺菌0.4～0.5g/l，获得红螺菌微生物菌剂。
(4)固定化颗粒制备：在步骤(1)得到的固定化载体中加入步骤(3)得到的微生物菌剂得到菌液，固定化载体与微生物菌剂的质量比为250：1，混合均匀后用带针头的注射器取菌液滴入含6％(质量分数)cacl2的硼酸饱和溶液中，玻璃棒顺时针搅拌2h，赶出气泡，使其混合均匀，得到小球状的固定化复合微生物；将固定化复合微生物于4℃条件下静止固化，达到固定化交联时间24h后得到固定化微生物球，用去离子水洗涤固定化微生物球至少3次，即得到作为畜禽养殖场污水生物净化剂的固定化微生物球，并保存于生理盐水中。
对照例2：
(1)固化剂配制：在200ml纯水中添加0.9％质量分数的海藻酸钠和9％质量分数的聚乙烯醇，再加入质量分数为5％且过200目筛的海藻酸钠沸石粉，在80℃水浴中以85r/min的转速连续搅拌1h，待溶液混合均匀后冷却至35℃制得固定化载体。
(2)硝化细菌的培养基配制：硫酸铵1.0g、氯化钠0.5g、硫酸亚铁0.03g、磷酸二氢钠1.0g、硫酸镁0.03g、cacl25.0g、蒸馏水1000ml，ph7.5。
(3)硝化细菌菌剂制备：将培养好的硝化细菌菌种液采用离心机以转速3000r/min离心6min后，去掉上清液收集菌种，并用去离子水分别稀释硝化细菌0.4～0.5g/l，获得硝化细菌微生物菌剂。
(4)固定化颗粒制备：在步骤(1)得到的固定化载体中加入步骤(3)得到的微生物菌剂得到菌液，固定化载体与微生物菌剂的质量比为250：1，混合均匀后用带针头的注射器取菌液滴入含6％(质量分数)cacl2的硼酸饱和溶液中，玻璃棒顺时针搅拌2h，赶出气泡，使其混合均匀，得到小球状的固定化复合微生物；将固定化复合微生物于4℃条件下静止固化，达到固定化交联时间24h后得到固定化微生物球，用去离子水洗涤固定化微生物球至少3次，即得到作为畜禽养殖场污水生物净化剂的固定化微生物球，并保存于生理盐水中。
对照例3：
(1)固化剂配制：在200ml纯水中添加0.9％质量分数的海藻酸钠和9％质量分数的聚乙烯醇，再加入质量分数为5％且过200目筛的海藻酸钠沸石粉，在80℃水浴中以85r/min的转速连续搅拌1h，待溶液混合均匀后冷却至35℃制得固定化载体。
(2)枯草芽孢杆菌培养基配置：蛋白胨6.0g、牛肉膏9.0g、酵母膏5.0g、葡萄糖5.0g、氯化钠5.0g、蒸馏水1000ml，ph7.0。
(3)枯草芽孢杆菌菌剂制备：将培养好的枯草芽孢杆菌菌种液采用离心机以转速3000r/min离心6min后，去掉上清液收集菌种，并用去离子水分别稀释枯草芽孢杆菌0.4～0.5g/l，获得枯草芽孢杆菌微生物菌剂。
(4)固定化颗粒制备：在步骤(1)得到的固定化载体中加入步骤(3)得到的微生物菌剂得到菌液，固定化载体与微生物菌剂的质量比为250：1，混合均匀后用带针头的注射器取菌液滴入含6％(质量分数)cacl2的硼酸饱和溶液中，玻璃棒顺时针搅拌2h，赶出气泡，使其混合均匀，得到小球状的固定化复合微生物；将固定化复合微生物于4℃条件下静止固化，达到固定化交联时间24h后得到固定化微生物球，用去离子水洗涤固定化微生物球至少3次，即得到作为畜禽养殖场污水生物净化剂的固定化微生物球，并保存于生理盐水中。
分别称取实施例1及对照例1－3制备的固定化微生物颗粒50g，分别置于500ml某养殖基地所产废水中，测得废水中初始氨氮含量为73mg/ml，并在30℃温度下，震荡培养，以12h为单位，取样检测废水中氨氮浓度，结果如下表1：
在试验结束后去水样进行检测，对照例1～3的三种单一菌种和实施例1的复合菌种形成的固定化颗粒处理60小时后水体氨氮浓度分别为16mg/ml、14mg/ml、18mg/ml和6mg/ml，其氨氮去除率分别为78.1％、80.8％、75.3％和91.8％。实施例1中复合固定化微生物氨氮清除效果最佳，且在处理48h后就可达到国家制定的《污水综合排放标准》(gb8978-1996)中对低于15mg/ml氨氮浓度的一级排放标准。