微生态颗粒净水剂的制备及其水质净化作用研究

张伯年++范冰++张嘉朋++高辉

摘 要：养殖水体的富营养化不仅制约水产养殖业的健康发展，还是开放水域的主要污染源之一。本文报道了一种集物理吸附技术与微生物技术于一体的微生态颗粒净水剂用于富营养化养殖水体的修复。结果发现，该净水剂投入水体后可有效下沉到水底发挥作用；对有机大分子物质淀粉和单胞藻类有较强的去除作用；可有效降低水体中T-N和T-P含量，降低水体中COD浓度，增加水体的透明度和DO值，并可优化水体的pH值。

关键词：微生态颗粒制剂； 养殖水体； 水质净化

中图分类号：S949 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170527001

在水产养殖过程中， 由于饵料的过度投放和养殖动物排泄物的积累，水体中的N、P等营养物质不断积累，在缓慢的水流流态和适宜的温度条件下就会形成养殖水体的富营养化[1]。养殖水体的富营养化制约水产养殖业的健康发展；是开放水域的主要污染源之一。

按照水体富营养化与污染控制理论，防治水体富营养化的根本措施是减少水体中N、P的含量，控制主要污染物——藻类、有机物等的生成，使富营养化的水体得到净化[2，3]。国内外用于富营养化养殖水体治理的传统方式包括物理、化学或两者相结合的方式。物理方式低效、短效、营养盐容易恢复、且易造成巨大的资源浪费；化学方式指向水体中投放有机、无机化合物，一般会导致二次污染，甚至水产品安全问题。目前在物理和化学方法治理富营养化方面，国内外尚无成熟的经验可提供[4-6]。随着人们对环境重要性认知度的提高，无害化水环境处理技术成为当前富营养化水体处理技术研究的热点，生态修复技术应运而生。生态修复技术是通过培育的水生植物、水生动物，培养、接种的微生物等的生命活动对水体中的污染物进行转移、转化及降解，从而使水体得到净化的技术[7，8]。其中，微生物是净化水质的主要执行者，可以将富营养化水质中的有机物降解为无机物，这正是污染物质分解转化过程中的第一个步骤，在生物修复中尤其重要，而且有的微生物还具有对无机污染物质进行还原，分泌抑菌素抑制致病菌生长等功能[9，10]。因此，包括活菌体、死菌体、菌体成分、代谢产物及具有活性的生长促进物质的微生态制剂在水质净化领域得到越来越多的关注。

本文以解决养殖水体富营养化问题为主要目的，研制了一种集物理因素与微生物技术于一体的微生态颗粒净水剂。考察该净水剂的常温储存稳定性和对温度的耐受性；观察该净水剂对淀粉的分解及单包藻类的去除能力。建立模拟养殖水体，考察了该净水剂对模拟养殖水体的净化效果。

1 实验材料和方法

1.1 主要实验材料

枯草芽孢杆菌，沸石颗粒（2.0～3.6 mm），滑石粉。

1.2 微生态颗粒净水剂的制备

枯草芽孢杆菌分别经活化、1级种子培养、2级种子培养、发酵培养后得发酵菌液，含菌量为2.0～3.0×1010 个/mL。将上述发酵菌液用孔径为0.45μm的微滤膜包进行浓缩，至浓度为2.0～3.0×1013个/mL。沸石颗粒干燥至恒重，与上述浓缩发酵菌液混合，室温下搅拌15min，转速100 rpm，然后加入附菌基滑石粉，继续搅拌10min，即得微生态颗粒制剂，其中沸石颗粒粒度为2.0～4.0 mm，菌液：沸石：滑石粉=1：5：4。

1.3 微生态颗粒净水剂的稳定性检测

1.3.1 常温下的储存稳定性

将制得的净水剂在常温条件下分别密封储存1个月、3个月、6个月、9个月、12个月。取1 g样品放入100 mL蒸馏水中，100 rpm震荡30 min，混悬液分别稀释至10-7，10-8、10-9倍，涂平板，37℃培养24 h，对菌落进行技术统计。

1.3.2 高温耐受性

分别将净水剂产品在60℃、70℃、80℃和90℃条件下处理5 min后，按1.3.1的方法处理，37℃平板培养24h，统计菌落数。净水剂产品在70℃条件下耐受不同的时间后平板37℃培养24h，对菌落进行计数统计。

1.4 净水剂对淀粉的分解及单包藻类去除能力宏观观察

取1g淀粉混悬在100mL 蒸馏水中，投入1g 净水剂产品，滴入一滴碘液，觀察净水剂对淀粉的分解能力。以铜绿微囊藻为受试藻种，在等量的含藻水中分别加入或不加净水剂，观察净水剂对单胞藻类的去除能力。

1.5 净水剂对模拟养殖水体水质净化效果考察

实验室模拟养殖水体，分别设净水剂产品处理组和空白对照组，温度控制在25±1℃。为增强水体富营养化，凸显净水剂产品的作用，在水缸底部添加富营养化底泥，并在鱼类养殖过程中加大投饵量。产品处理组的产品投掷量为400 g/m2养殖水面积。于不同的时间间隔检测水体的浊度、pH、T-P、T-N、溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）等指标。并宏观观察产品对水体的影响。

2 实验结果

2.1 微生态颗粒净水剂的制备

本研究制得的微生态颗粒净水剂表观如图1所示。由图可见制得的净水产品呈灰白色颗粒状，直径为2～3 mm。堆积密度为0.9 ～0.95 g/ cm3，骨架密度为2.0g/cm3，水分含量≤5%。

2.2 微生态颗粒净水剂的稳定性检测

2.2.1 微生态颗粒净水剂在常温下的储存稳定性

微生态净水剂在常温下的储存稳定性见表1。由结果可知，在1a的储存期内，净水剂中菌体存活数基本不变；该净水剂在常温下储存1a后，活菌数仍然大于9亿个/g，说明其在常温下具有良好的储存稳定性。

2.2.2 净水剂的高温耐受性

产品在70℃条件下耐受不同的时间后平板37℃培养24h，对菌落进行计数统计，结果见表1。由结果可知，产品在70℃条件下耐受20min后，菌体存活数大于7亿个/g。分别将净水剂在60℃、70℃、80℃和90℃条件下处理5min后，37℃平板培养12h，统计菌落数，结果见表1。由结果可知，90℃处理5min后活菌数为8.2×108个/g。由以上结果可知，本净水剂对温度耐受性良好。由于日常储运温度远小于实验温度，即便在较热天气一般也小于40℃，因此可常温储存运输而不影响产品的质量。

2.3 净水剂对淀粉的分解及单包藻类去除能力宏观观察

净水剂对淀粉的分解及单胞藻类去除能力见图2。其中空白对照中未加任何净化剂。由结果可知，本产品对淀粉有很好的降解作用，12h后，肉眼可见开始发挥作用；18h后产品处理组的颜色明显低于空白对照组；48h后产品处理组蓝色完全消失（图2A），说明样液中的淀粉被完全降解。产品组对单胞藻都表现出很强的去除能力。作用18h后，肉眼可见效果；36h后，效果明显（图2B）。

2.4 净水剂对模拟养殖水体水质净化效果考察

水体处理后分别于不同的时间间隔检测对照组和净水剂产品处理组水体的浊度、pH、T-P、T-N、溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）等指标。由结果可知，随着时间的推移，对照组水体的浊度逐渐增大，净水剂的加入可以明显降低模拟养殖水体的浊度（图3A）。对照组水样的pH 随着时间的推移逐渐降低，原因可能是饵料和养殖动物排泄物的代谢产物降低了水体的pH，不利于水体中养殖动物的生长；净水剂产品处理组的水样pH随着时间的推移基本维持不变，说明其在一定程度上可以调节水体的pH值（图3B）。 氮和磷是富营养化水体中的主要污染物，随着时间的推移，对照组模拟养殖水体中的总氮（T-N）和总磷（T-P）含量都会升高，而净水剂的加入可有效降低水体中的T-N含量（图3C）和T-P含量（图3D）。同时，净水剂的加入还可以降低水体中COD的浓度（图3E），提高水体中的DO值（图3F），说明本研究制备的净水剂产品具有良好的净化水体作用。

宏观观察净水剂产品投入后对水体的影响，结果发现产品投入2周后，水质清澈透明，池底清晰看见，而未投入本品的对照组水体浑浊不透明（图4）。

3 总结

本研究制备的微生态颗粒净水剂为直径2～3mm的灰白色颗粒，骨架密度为2.0g/cm3，投入水体后可有效下沉到水底发挥作用。本产品对有机大分子物质淀粉有较强的分解能力，对单胞藻类有较强的去除能力。产品投入模拟养殖水体后可有效降低水体中T-N和T-P含量，降低水体中COD浓度，增加水体的透明度和DO值，并可优化水体的pH值。宏观观察，本产品对模拟养殖水体的净化效果明显。

参考文献

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作者简介：张伯年（2001-），男，研究方向为养殖水体水质净化处理。