一种用于修复氮污染河流的优化方法与流程

本发明涉及一种用于修复氮污染河流的优化方法，属于河流微生物修复技术领域。

背景技术：

近年来，由于我国经济快速发展，含有高浓度氮素的工业废水和生活污水排入河流，造成水质恶化和水体富营养化，氮素超标已经成为我国河流的主要水污染问题，严重影响河流水环境质量。大量的工业废水、生活污水进入河流系统，生态环境严重恶化。氮磷等元素随废污水排放进入河流，点源污染和非点源污染剧增。由于经济的快速发展，导致河流地表水系统中氮营养盐的过量输入，不仅引发饮用水供应安全问题，如硝态氮进入人体，被体内的细菌还原成亚硝态氮，与蛋白质作用而生成致癌物，亚硝酸盐可将高铁血红蛋白氧化，影响氧气的输送，加大糖尿病、甲状腺、自然流产等一系列疾病的发生率，还引发世界范围内地表水水体的季节性缺氧和富营养化等一系列水环境问题。地表水氮素污染来源较多，可能来自生活污水与粪便、化学肥料、工业废水的排放、大气沉降和土壤等.氮素是植物生长最重要的营养元素之一，决定着淡水生态系统中浮游植物的生长和分布。总氮、氨氮、硝氮和亚硝氮是水生态系统中氮素的最主要存在形态，过量的氮输入会造成水体酸化、富营养化以及毒性等副作用，危害水体的生态系统健康。而底泥中的氮转化，也是当今河流中二次氮污染的主要来源。

微生物修复技术是指利用微生物，将存在于土壤、地下水和海洋等环境中的有毒有害物质，转化成无害物质，从而使污染生态环境修复为正常的生态环境工程体系。当前的微生物修复技术主要包括土著微生物培养法和接种微生物法。土著微生物修复技术是通过向水体中投加营养物质、促生液、电子受体或共代谢基质或增加水体中的溶解氧来激活水体环境中本身就具有降解污染物能力的土著微生物，充分发挥土著微生物对污染物的降解能力，从而达到水体修复的目的。但是对于外来污染物的抗性较弱，无法良好的应对河流复杂的污染情况。而接种微生物法这种技术是通过向污染水体中投加菌种来实现净水效果的。引入菌种主要来源:①从污染水体中富集的土著微生物；②从其他自然生态环境中分离的微生物;③基因工程菌。接种微生物法较之土壤微生物的修复手法更为精准，但对环境的耐受性较差，容易导致接种微生物的死亡，附属产物使得河流污染更为严重。

根系分泌物是植物与土壤微环境进行物质、能量和信息交流的重要媒介，对根系分泌物数量、种类的研究是植物营养、化感作用、环境修复等研究领域的重要内容。目前，根系分泌物研究中应用的收集方法主要有溶液培收集、土培收集、基质培收集和连续性根系分泌物收集系统等；分离纯化方法主要有树脂法、衍生化与萃取法、层析法和分子膜与超速离心法；检测方法有生物活性测定方法和仪器分析方法。

包埋法是制备固定化酶或固定化细胞的一种方法，是将酶或细胞包埋在能固化的载体中。如将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等高分子凝胶中，或包裹在硝酸纤维素等半透性高分子膜中，前者包埋成格子型，后者包埋成微胶囊型。包埋法常用于微生物、动物和植物细胞的固定化。凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方法。微生物包埋法的原理是将微生物细胞截流在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的网络空间中。通过聚合作用或者离子网络形成，或通过沉淀作用，或改变溶剂、温度、ph值使细胞截流。凝胶聚合物的网络可以阻止细胞的泄漏，同时能让基质渗入和产物扩散出来。包埋法操作简单，对细胞活性影响较小，制作的固定化细胞球的强度高，目前工业应用上以凝胶包埋法固定细胞最为广泛。吸附法又称载体结合法，是通过物理吸附、化学或者离子键的结合，将微生物固定于非水溶性载体。这种方法操作简单，对微生物活力影响小，但所结合的微生物数量有限，反应稳定性和反复使用性差。吸附法可分为物理吸附法和离子吸附法。前者是使用具有高度吸附能力的硅胶、活性炭、多孔玻璃和纤维素等吸附剂将细胞吸附到固定载体表面，这是最古老的方法。操作简单，反应条件温和，载体可反复利用。但结合不牢固，细胞易脱落；后者根据细胞在解离状态下在静电引力（即离子键合作用）的作用下而固着于带有相异电荷的离子交换剂上，如deae-纤维素、deae-sephadex、cm-纤维素等。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于修复氮污染河流的优化方法，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。

一种用于修复氮污染河流的优化方法，所述优化方法包括如下步骤：

提取芦苇根系分泌物；

获得复合微生物菌剂的种子菌液；

取适量所述芦苇根系分泌物与所述种子菌液混合；

将混合后的种子菌液制成覆盖材料；

将所得到的覆盖材料包埋至河流底泥中。

优选的，所述提取芦苇根系分泌物的方法包括如下步骤：

取芦苇根际土壤于有盖玻璃瓶中；按1：3的比例加入85%的乙醇，至于20℃磁力搅拌器，2600转每分钟浸提24h；

置于20℃高速离心仪中，3500转每分钟旋转15min；

离心后上清液，置于旋转蒸发仪脱去浸提剂，用比例为1:1的乙酸乙酯萃取2次，乙酸乙酯相为中性组分；

再用1mol/l的氢氧化钠将水相ph值调至8.0，再用等量的乙酸乙酯萃取2次，乙酸乙酯相为碱性组分；

合并酸、中、碱性乙酸乙酯相，得到芦苇根系分泌物提取液。

优选的，所述种子菌液获取方法包括以下步骤：选取反硝化无色杆菌与施氏假单胞菌与巨大芽孢杆菌进行菌剂复配，将三种菌株接种到液体培养基中分别扩大培养，扩大培养后的三种菌液按照1:1:1的比例混合均匀并向其中加入浓度为90～100mg/l的氨氮。

优选的，所述液体培养基包括浓度为1g/l的葡萄糖、浓度为0.5g/l的乙酸钠、浓度为0.25g/l的酵母膏、浓度为0.075g/l的氯化钙、浓度为0.22g/l的硫酸镁、浓度为0.04g/l的硫酸亚铁铵，浓度为0.0625g/l的氯化铵，浓度为0.0625g/l的硝酸钠，浓度为0.0625g/l的蛋白胨，浓度为0.0021g/l的磷酸二氢钾和浓度为0.0028g/l的磷酸氢二钾。

优选的，所述液体培养基的ph值为6.0～7.5，并对液体培养基进行灭菌，灭菌的温度为120℃、时间为20min。

优选的，所述覆盖材料制作方法包括以下步骤：

将硝酸钙粉粒和玉米粉与所述混合后的种子菌液混合，搅拌，并在120℃的高温下加热烘烤24小时制得10wt％的覆盖材料。

优选的，所述硝酸钙粉粒和玉米粉按照质量1:80的比例混合。

优选的，所述玉米粉的粒径为1～2微米。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

1．复合微生物菌剂由多种菌种组成，均为天然菌株，且各菌株之间比例合理，可共生，无拮抗作用；

2．复合微生物菌剂的活性高，繁殖快，环保不会产生二次污染；

3．复合微生物菌剂对于污染物针对性强，主要是针对河流中氮的去除效果。以及蛋白质和多糖类等大分子物质去除效率高，降解彻底，处理效果好；

4．添加了根系分泌物后，提高了微生物菌种的生物活性，根系分泌物与投加微生物产生协同作用，能更高效的进行脱氮作用。

5．采取了更为优化的包埋方法，使得微生物菌剂的包埋更加优化，投加至底泥中后释放的更为快速。

附图说明

图1为本发明投加菌剂后的水质监测浓度图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

第一方面：一种用于修复氮污染河流的优化方法，所述优化方法包括如下步骤：

提取芦苇根系分泌物；

获得复合微生物菌剂的种子菌液；

取适量所述芦苇根系分泌物与所述种子菌液混合；

将混合后的种子菌液制成覆盖材料；

将所得到的覆盖材料包埋至河流底泥中。

在本实施例中，所述提取芦苇根系分泌物的方法包括如下步骤：取芦苇根际土壤于有盖玻璃瓶中；按1：3的比例加入85%的乙醇，至于20℃磁力搅拌器，2600转每分钟浸提24h；置于20℃高速离心仪中，3500转每分钟旋转15min；离心后上清液，置于旋转蒸发仪脱去浸提剂，用比例为1:1的乙酸乙酯萃取2次，乙酸乙酯相为中性组分；再用1mol/l的氢氧化钠将水相ph值调至8.0，再用等量的乙酸乙酯萃取2次，乙酸乙酯相为碱性组分；合并酸、中、碱性乙酸乙酯相，得到芦苇根系分泌物提取液。治理水体开始时，分别对选择河流进行划分，确保每段河段的污染物水准相近，依次为河段a、河段b、河段c、河段d，河段1、河段2、河段3、河段4，河段a投加比例为1：1：1的复合微生物菌剂，河段b投加比例为3：1：1的复合微生物菌剂，河段c投加比例为1：3：1的复合微生物菌剂，河段d投加比例为1：1：3的复合微生物菌剂，河段1投加比例为1：1：1的添加了芦苇根系分泌物的复合微生物菌剂，河段2投加比例为3：1：1的加了芦苇根系分泌物复合微生物菌剂，河段3投加比例为1：3：1的加了芦苇根系分泌物的复合微生物菌剂，河段4投加比例为1：1：3的添加了芦苇根系分泌物的复合微生物菌剂，河段e做空白对照处理，每天投加一次复合微生物菌剂，连续2～3次，复合微生物菌剂的投加量以水体中浓度计为0.5mg/l左右。

在本实施例中，所述种子菌液获取方法包括以下步骤：选取反硝化无色杆菌与施氏假单胞菌与巨大芽孢杆菌进行菌剂复配，将三种菌株接种到液体培养基中分别扩大培养，扩大培养后的三种菌液按照1:1:1的比例混合均匀并向其中加入浓度为90～100mg/l的氨氮。

在本实施例中，所述液体培养基包括浓度为1g/l的葡萄糖、浓度为0.5g/l的乙酸钠、浓度为0.25g/l的酵母膏、浓度为0.075g/l的氯化钙、浓度为0.22g/l的硫酸镁、浓度为0.04g/l的硫酸亚铁铵，浓度为0.0625g/l的氯化铵，浓度为0.0625g/l的硝酸钠，浓度为0.0625g/l的蛋白胨，浓度为0.0021g/l的磷酸二氢钾和浓度为0.0028g/l的磷酸氢二钾；添加蛋白质和多糖类等大分子物质去除效率高，降解彻底，处理效果好。

在本实施例中，所述液体培养基的ph值为6.0～7.5，并对液体培养基进行灭菌，灭菌的温度为120℃、时间为20min。

在本实施例中，所述覆盖材料制作方法包括以下步骤：

将硝酸钙粉粒和玉米粉与所述混合后的种子菌液混合，搅拌，并在120℃的高温下加热烘烤24小时制得10wt％的覆盖材料。

在本实施例中，所述硝酸钙粉粒和玉米粉按照质量1:80的比例混合；所述玉米粉的粒径为1～2微米。

第二方面：下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

宜兴市某入太湖河流全长约2000米，宽约13米，水深1～1.5米，为镇级河道。河道上游接入东氿，流入下游太湖。试验河道南段两侧居民生活污水直排河道，从西端100米起开始有企业在河道边，至1100米处，企业污水处理后排入河流，是主要的点源污染源。南段存在河内养殖，底泥淤积较为严重，是主要的内源污染源。偶尔雨水导致的地表径流以及农田肥分的流入会使河道中污染物浓度瞬间上升。从河水外观上看，河道前段河水带黄绿色，表层水体溶解氧含量高。约1500米处河道颜色较深，河道中后段水体污染物指标较高。浮萍覆盖严重。

采用本发明所述的通过添加了芦苇根系分泌物的用于修复氮污染河流的复合微生物菌剂，采取最优化的菌种配比方案，对受城镇污染严重的氮污染严重的河流进行原位生态修复的方法，包括以下步骤：

例一：1号点投放菌液10立方包埋后的微生物菌剂于底泥中，每天10立方包埋后的微生物菌剂相当于河流中投加菌质量浓度为0.5mg/l。连续每天投加。连续加菌3次后减污效果明显。河道cod、氨氮和总氮均值分别达到29mg/l、2.23mg/l和2.40mg/l，和未加菌前河道原水质平均值相比去除率分别为54.69％、57.12％和62.50％。

例二：2号点投放菌液10立方包埋后的微生物菌剂于底泥中，每天10立方包埋后的微生物菌剂相当于河流中投加菌质量浓度为0.5mg/l。连续每天投加。连续加菌3次后减污效果明显。河道cod、氨氮和总氮均值分别达到32mg/l、3.69mg/l和4.78mg/l，和未加菌前河道原水质平均值相比去除率分别为52.69％、48.26％和53.64％

例三：3号点投放菌液10立方包埋后的微生物菌剂于底泥中，每天10立方包埋后的微生物菌剂相当于河流中投加菌质量浓度为0.5mg/l。连续每天投加。连续加菌3次后减污效果明显。河道cod、氨氮和总氮均值分别达到33mg/l、3.75mg/l和4.63mg/l，和未加菌前河道原水质平均值相比去除率分别为52.94％、49.63％和52.96％

例四：4号点投放菌液10立方包埋后的微生物菌剂于底泥中，每天10立方包埋后的微生物菌剂相当于河流中投加菌质量浓度为0.5mg/l。连续每天投加。连续加菌3次后减污效果明显。河道cod、氨氮和总氮均值分别达到35mg/l、3.66mg/l和4.96mg/l，和未加菌前河道原水质平均值相比去除率分别为50.99％、47.55％和51.35％

例五：5号点投放菌液10立方包埋后的微生物菌剂于底泥中，每天10立方包埋后的微生物菌剂相当于河流中投加菌质量浓度为0.5mg/l。连续每天投加。连续加菌3次后减污效果明显。河道cod、氨氮和总氮均值分别达到28mg/l、2.17mg/l和2.26mg/l，和未加菌前河道原水质平均值相比去除率分别为55.23％、58.22％和63.56％。

例六：6号点投放菌液10立方包埋后的微生物菌剂于底泥中，每天10立方包埋后的微生物菌剂相当于河流中投加菌质量浓度为0.5mg/l。连续每天投加。连续加菌3次后减污效果明显。河道cod、氨氮和总氮均值分别达到31mg/l、3.52mg/l和4.36mg/l，和未加菌前河道原水质平均值相比去除率分别为52.94％、49.32％和53.79％

例七：7号点投放菌液10立方包埋后的微生物菌剂于底泥中，每天10立方包埋后的微生物菌剂相当于河流中投加菌质量浓度为0.5mg/l。连续每天投加。连续加菌3次后减污效果明显。河道cod、氨氮和总氮均值分别达到32mg/l、3.69mg/l和4.25mg/l，和未加菌前河道原水质平均值相比去除率分别为53.23％、49.98％和53.33％

例八：8号点投放菌液10立方包埋后的微生物菌剂于底泥中，每天10立方包埋后的微生物菌剂相当于河流中投加菌质量浓度为0.5mg/l。连续每天投加。连续加菌3次后减污效果明显。河道cod、氨氮和总氮均值分别达到34mg/l、3.63mg/l和4.36mg/l，和未加菌前河道原水质平均值相比去除率分别为51.15％、48.69％和52.45％

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。