微生態顆粒凈水劑的制備及其水質凈化作用研究

張伯年++范冰++張嘉朋++高輝

摘 要：養殖水體的富營養化不僅制約水產養殖業的健康發展，還是開放水域的主要污染源之一。本文報道了一種集物理吸附技術與微生物技術于一體的微生態顆粒凈水劑用于富營養化養殖水體的修復。結果發現，該凈水劑投入水體后可有效下沉到水底發揮作用；對有機大分子物質淀粉和單胞藻類有較強的去除作用；可有效降低水體中T-N和T-P含量，降低水體中COD濃度，增加水體的透明度和DO值，并可優化水體的pH值。

關鍵詞：微生態顆粒制劑； 養殖水體； 水質凈化

中圖分類號：S949 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170527001

在水產養殖過程中， 由于餌料的過度投放和養殖動物排泄物的積累，水體中的N、P等營養物質不斷積累，在緩慢的水流流態和適宜的溫度條件下就會形成養殖水體的富營養化[1]。養殖水體的富營養化制約水產養殖業的健康發展；是開放水域的主要污染源之一。

按照水體富營養化與污染控制理論，防治水體富營養化的根本措施是減少水體中N、P的含量，控制主要污染物——藻類、有機物等的生成，使富營養化的水體得到凈化[2，3]。國內外用于富營養化養殖水體治理的傳統方式包括物理、化學或兩者相結合的方式。物理方式低效、短效、營養鹽容易恢復、且易造成巨大的資源浪費；化學方式指向水體中投放有機、無機化合物，一般會導致二次污染，甚至水產品安全問題。目前在物理和化學方法治理富營養化方面，國內外尚無成熟的經驗可提供[4-6]。隨著人們對環境重要性認知度的提高，無害化水環境處理技術成為當前富營養化水體處理技術研究的熱點，生態修復技術應運而生。生態修復技術是通過培育的水生植物、水生動物，培養、接種的微生物等的生命活動對水體中的污染物進行轉移、轉化及降解，從而使水體得到凈化的技術[7，8]。其中，微生物是凈化水質的主要執行者，可以將富營養化水質中的有機物降解為無機物，這正是污染物質分解轉化過程中的第一個步驟，在生物修復中尤其重要，而且有的微生物還具有對無機污染物質進行還原，分泌抑菌素抑制致病菌生長等功能[9，10]。因此，包括活菌體、死菌體、菌體成分、代謝產物及具有活性的生長促進物質的微生態制劑在水質凈化領域得到越來越多的關注。

本文以解決養殖水體富營養化問題為主要目的，研制了一種集物理因素與微生物技術于一體的微生態顆粒凈水劑。考察該凈水劑的常溫儲存穩定性和對溫度的耐受性；觀察該凈水劑對淀粉的分解及單包藻類的去除能力。建立模擬養殖水體，考察了該凈水劑對模擬養殖水體的凈化效果。

1 實驗材料和方法

1.1 主要實驗材料

枯草芽孢桿菌，沸石顆粒（2.0～3.6 mm），滑石粉。

1.2 微生態顆粒凈水劑的制備

枯草芽孢桿菌分別經活化、1級種子培養、2級種子培養、發酵培養后得發酵菌液，含菌量為2.0～3.0×1010 個/mL。將上述發酵菌液用孔徑為0.45μm的微濾膜包進行濃縮，至濃度為2.0～3.0×1013個/mL。沸石顆粒干燥至恒重，與上述濃縮發酵菌液混合，室溫下攪拌15min，轉速100 rpm，然后加入附菌基滑石粉，繼續攪拌10min，即得微生態顆粒制劑，其中沸石顆粒粒度為2.0～4.0 mm，菌液：沸石：滑石粉=1：5：4。

1.3 微生態顆粒凈水劑的穩定性檢測

1.3.1 常溫下的儲存穩定性

將制得的凈水劑在常溫條件下分別密封儲存1個月、3個月、6個月、9個月、12個月。取1 g樣品放入100 mL蒸餾水中，100 rpm震蕩30 min，混懸液分別稀釋至10-7，10-8、10-9倍，涂平板，37℃培養24 h，對菌落進行技術統計。

1.3.2 高溫耐受性

分別將凈水劑產品在60℃、70℃、80℃和90℃條件下處理5 min后，按1.3.1的方法處理，37℃平板培養24h，統計菌落數。凈水劑產品在70℃條件下耐受不同的時間后平板37℃培養24h，對菌落進行計數統計。

1.4 凈水劑對淀粉的分解及單包藻類去除能力宏觀觀察

取1g淀粉混懸在100mL 蒸餾水中，投入1g 凈水劑產品，滴入一滴碘液，觀察凈水劑對淀粉的分解能力。以銅綠微囊藻為受試藻種，在等量的含藻水中分別加入或不加凈水劑，觀察凈水劑對單胞藻類的去除能力。

1.5 凈水劑對模擬養殖水體水質凈化效果考察

實驗室模擬養殖水體，分別設凈水劑產品處理組和空白對照組，溫度控制在25±1℃。為增強水體富營養化，凸顯凈水劑產品的作用，在水缸底部添加富營養化底泥，并在魚類養殖過程中加大投餌量。產品處理組的產品投擲量為400 g/m2養殖水面積。于不同的時間間隔檢測水體的濁度、pH、T-P、T-N、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）等指標。并宏觀觀察產品對水體的影響。

2 實驗結果

2.1 微生態顆粒凈水劑的制備

本研究制得的微生態顆粒凈水劑表觀如圖1所示。由圖可見制得的凈水產品呈灰白色顆粒狀，直徑為2～3 mm。堆積密度為0.9 ～0.95 g/ cm3，骨架密度為2.0g/cm3，水分含量≤5%。

2.2 微生態顆粒凈水劑的穩定性檢測

2.2.1 微生態顆粒凈水劑在常溫下的儲存穩定性

微生態凈水劑在常溫下的儲存穩定性見表1。由結果可知，在1a的儲存期內，凈水劑中菌體存活數基本不變；該凈水劑在常溫下儲存1a后，活菌數仍然大于9億個/g，說明其在常溫下具有良好的儲存穩定性。

2.2.2 凈水劑的高溫耐受性

產品在70℃條件下耐受不同的時間后平板37℃培養24h，對菌落進行計數統計，結果見表1。由結果可知，產品在70℃條件下耐受20min后，菌體存活數大于7億個/g。分別將凈水劑在60℃、70℃、80℃和90℃條件下處理5min后，37℃平板培養12h，統計菌落數，結果見表1。由結果可知，90℃處理5min后活菌數為8.2×108個/g。由以上結果可知，本凈水劑對溫度耐受性良好。由于日常儲運溫度遠小于實驗溫度，即便在較熱天氣一般也小于40℃，因此可常溫儲存運輸而不影響產品的質量。

2.3 凈水劑對淀粉的分解及單包藻類去除能力宏觀觀察

凈水劑對淀粉的分解及單胞藻類去除能力見圖2。其中空白對照中未加任何凈化劑。由結果可知，本產品對淀粉有很好的降解作用，12h后，肉眼可見開始發揮作用；18h后產品處理組的顏色明顯低于空白對照組；48h后產品處理組藍色完全消失（圖2A），說明樣液中的淀粉被完全降解。產品組對單胞藻都表現出很強的去除能力。作用18h后，肉眼可見效果；36h后，效果明顯（圖2B）。

2.4 凈水劑對模擬養殖水體水質凈化效果考察

水體處理后分別于不同的時間間隔檢測對照組和凈水劑產品處理組水體的濁度、pH、T-P、T-N、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）等指標。由結果可知，隨著時間的推移，對照組水體的濁度逐漸增大，凈水劑的加入可以明顯降低模擬養殖水體的濁度（圖3A）。對照組水樣的pH 隨著時間的推移逐漸降低，原因可能是餌料和養殖動物排泄物的代謝產物降低了水體的pH，不利于水體中養殖動物的生長；凈水劑產品處理組的水樣pH隨著時間的推移基本維持不變，說明其在一定程度上可以調節水體的pH值（圖3B）。 氮和磷是富營養化水體中的主要污染物，隨著時間的推移，對照組模擬養殖水體中的總氮（T-N）和總磷（T-P）含量都會升高，而凈水劑的加入可有效降低水體中的T-N含量（圖3C）和T-P含量（圖3D）。同時，凈水劑的加入還可以降低水體中COD的濃度（圖3E），提高水體中的DO值（圖3F），說明本研究制備的凈水劑產品具有良好的凈化水體作用。

宏觀觀察凈水劑產品投入后對水體的影響，結果發現產品投入2周后，水質清澈透明，池底清晰看見，而未投入本品的對照組水體渾濁不透明（圖4）。

3 總結

本研究制備的微生態顆粒凈水劑為直徑2～3mm的灰白色顆粒，骨架密度為2.0g/cm3，投入水體后可有效下沉到水底發揮作用。本產品對有機大分子物質淀粉有較強的分解能力，對單胞藻類有較強的去除能力。產品投入模擬養殖水體后可有效降低水體中T-N和T-P含量，降低水體中COD濃度，增加水體的透明度和DO值，并可優化水體的pH值。宏觀觀察，本產品對模擬養殖水體的凈化效果明顯。

參考文獻

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作者簡介：張伯年（2001-），男，研究方向為養殖水體水質凈化處理。