用于河道湖泊生物修复土著微生物的定向扩增方法及应用技术

本发明专利技术涉及环境修复和污水处理技术领域，尤其是涉及用于河道湖泊生物修复土著微生物的定向扩增方法及应用。本发明专利技术通过定向扩增，富集筛选出硝化细菌菌群、好氧异养菌群，反硝化细菌菌群三大土著微生物功能菌群，配合河道曝气、底泥生物修复等技术，应用于河道、湖泊水质净化和生态修复。土著微生物制剂取自河道底泥，适应性强，可直接定植在河道湖泊生态系统功能微生物种群或群落中，实现高效水质净化和底泥修复，效果持续性好；无生物安全性问题，不存在生物入侵和生态风险等问题；生产价格低，可广泛应用于黑臭河道治理、城市河道水质提升，根据具体情况，配合河道曝气、底泥生物修复等技术，实现“一河一策”、“一河一菌”，提高河道治理效率。治理效率。

【技术实现步骤摘要】
用于河道湖泊生物修复土著微生物的定向扩增方法及应用


[0001]本专利技术涉及环境修复和污水处理
，尤其是涉及用于河道湖泊生物修 复土著微生物的定向扩增方法及应用。

技术介绍

[0002]目前，河道水质维护和修复方法主要有物理法、化学法和生物法，物理法包 括河道曝气、打捞、投放吸附剂、底泥屏蔽、换水稀释等，投资大，运行费用高， 难以持久；化学法主要是向河湖投放氧化剂、絮凝剂、固化剂等化学药剂，存在较 大二次污染风险；生物修复就是向水体或底泥投放微生物制剂或微生物促生剂、酶 制剂等，强化微生物对污染物降解，增强河湖自净能力，维持河道洁净好氧生态系 统。生物修复是一种原位修复技术，不需要实施大型工程，投资小，效率高，环境 友好，无二次污染，已成功应用于土壤、地下水、河道和近海洋面的污染治理。
[0003]生物修复技术主要包括生物强化技术和生物促生技术，前者强调直接投加微 生物制剂，后者重视微生物促生剂、复合酶制剂，刺激土著微生物生长，强化对污 染物降解，提高水质。实际工程应用中，往往将二者结合起来，既投放微生物，增 加高效降解微生物生物量，又投加促生药剂，为微生物繁殖和降解创造有利环境条 件，以加快生物修复过程。生物强化技术采用的微生物制剂多为外源筛选，甚至采 用生物工程手段构建的微生物制剂，存在生物安全性问题，外源微生物投放到水中， 往往竞争不过土著微生物，难以定植，虽然功能强大，效果难以持久。土著微生物 在水环境治理中具有外源微生物不具备的独特优势，土著微生物源于需要治理河 道、湖泊的底泥，是自然界长期选择的结果，其代谢活动直接影响水环境物质循环 和生态平衡，已完全适应环境，一旦刺激其繁殖，或扩增至一定种群数量，就可以 有效发挥水质净化功能，而外源微生物是实验室筛选、分离、扩增的商业产品，对 自然环境适应性不如土著微生物，也难以定植到自然环境中；自然界物质转化是由 多种功能土著微生物种群或群落协同作用，共同完成的，而外源微生物只是某种或 几种微生物组成的功能微生物种群，按现有技术，目前生产的复合微生物产品最多 也就由几十种菌种组成，相对于自然界庞大的微生物种群数量来说，几乎是可以忽 略的，因此，外源微生物制剂在自然环境中难以发挥协作优势，还存在一定生物安 全性问题和生态风险。而常规的土著微生物扩培方法往往是采用实验室筛选、分离、 扩增程序，也只是针对某种功能微生物，难以选到特定的功能微生物菌群或群落， 在生物修复工程中作用受到一定限制。专利CN10739981213B采用脱氮硫杆菌菌 粉，复合芽孢杆菌菌粉，复合酵母菌粉等，制成复合微生物制剂，用于黑臭河道治 理，能快速改善黑臭河流的水体质量与去除底泥黑臭，但实验室培养的外源微生物 菌种，虽然复合微生物菌群比单个菌株效果好，但外源微生物难以适应自然河道， 也难以定植到自然生态系统的功能种群或群落中，其水质净化效果难以持久；申请 号为201911022181.7的专利公开了一种土著氮转化微生物富集培养的方法及其治 理的应用，采集需要治理河道不同位置底泥，将其转移至氮转化微生物富集培养基 中，制得一定量氮转化微生物，通过3
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5次的转接培养获得转化基体，放入培养罐 中进行扩增，
达到土著微生物制剂，通过河水测试处理效果。但该方案制得的土著 氮转化微生物制剂主要针对氮的转化，而自然水体中氮转化实际上是一个复杂过 程，至少设计到硝化和反硝化二大类微生物群落，而这二大类微生物群落选择方式 和富集培养基完全不同，很难在一个选择培养系统里同时生产出这二类功能微生物 群落(硝化细菌为自养菌，反硝化细菌为兼氧异养菌)，各个取样点分开筛选和培 养，难以富集到所需的功能微生物菌群；申请号为201910101603.3的专利公开了 一种培养土著微生物高效去除水体氨氮的方法，从目标河道中采集的底泥或已挂膜 的填料溶解于目标水体后过筛，加入二次培养基分别原位曝气培养24～48h和24h， 以使土著微生物富集，最后将培养得到的菌液投加至目标河道中，该技术方案主要 是富集培养出除去氨氮的功能微生物种群和群落，但其培养基设计含有大量碳源， 在此培养方案中，很难富集到自养硝化细菌群落，在实际工程中难以发挥作用。需 要开发出一种用于河道湖泊生物修复的土著微生物定向扩增方法，根据河道湖泊生 态修复中水质净化指标的要求，扩增出适合河道水体、底泥的不同土著功能微生物 种群或群落。

技术实现思路

[0004]针对外源微生物制剂环境适应性、生物安全、价格高、种群单一、效果持续 性差等问题，以及土著微生物制剂生产过程往往是针对单一功能微生物，没有定向 扩增和功能微生物种群或群落富集筛选，应用效率低等问题，本专利技术的目的是提供 一种用于河道湖泊生物修复土著微生物的定向扩增方法及应用。本专利技术目标是针对 河道湖泊水质净化指标，通过定向扩增，富集筛选出功能强大的硝化细菌菌群、好 氧异养菌群，反硝化细菌菌群等三大土著微生物功能菌群，配合河道曝气、底泥生 物修复等技术，应用于河道、湖泊水质净化和生态修复。
[0005]土著微生物制剂取自河道底泥，适应性强，可直接定植在河道湖泊生态系统 功能微生物种群或群落中，实现高效水质净化和底泥修复，效果持续性好；无生物 安全性问题，不存在生物入侵和生态风险等问题；生产价格低，可广泛应用于黑臭 河道治理、城市河道水质提升，根据河道湖泊具体情况，配合河道曝气、底泥生物 修复等技术，实现“一河一策”、“一河一菌”，提高河道治理效率。
[0006]本专利技术的技术构思如下：
[0007]与河道湖泊水质净化有关的微生物菌群主要为硝化细菌菌群，反硝化细菌菌 群和好氧异养微生物菌群等三大功能微生物种群或群落。硝化细菌菌群主要用于除 去水体中氨氮；反硝化细菌菌群主要用于河道底泥厌氧层反硝化除去底泥和底泥间 歇水中有机物，一般和硝酸钙配合使用；好氧异养微生物菌群主要用于除去水体或 底泥有机物，以氧气作为电子受体，因此和曝气、过氧化钙等增氧措施配合使用。 针对硝化细菌菌群，反硝化细菌菌群和好氧异养微生物菌群等三大功能微生物种群 或群落，设计功能性土著微生物菌群富集培养基，以需要治理的河道湖泊底泥作为 土著微生物种源，在曝气(硝化细菌菌群和好氧异养微生物菌群)或搅拌(反硝化 细菌菌群)条件下，富集和筛选所需的功能微生物菌群，将培养出的土著微生物菌 群投放到采集的治理河道河水中进行测试，确定功能性土著微生物菌群水质净化能 力，通过絮凝沉淀，浓缩功能微生物菌群，通过二级培养浓缩，培养，形成三大功 能性土著微生物菌群原种。功能性土著微生物菌群原种加入到培养罐
中，添加相应 的扩大培养基，对土著氮转化微生物进行大规模的培养，最终形成三大功能性土著 微生物菌群产品，液体产品可直接用于河道湖泊水质改善，如果需要用于底泥修复， 可加入固体负载剂和粘结剂，压片造粒，制成底泥修复微生物制剂产品。
[0008]本专利技术是采用功能性土著微生物菌群富集培养基，以需要治理的河道湖泊底 泥作为土著微生物种源，在曝气(硝化细菌菌群和好氧异养微生物菌群)或搅拌(反 硝化细菌菌群)条件下，富集和筛本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于河道湖泊生物修复的土著微生物定向扩增方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)底泥采集及清理：从河道湖泊采集底泥，清理除去底泥中垃圾和砂；(2)富集培养：将步骤(1)得到的清理后的底泥通过富集培养基一次培养，得到土著微生物第一原种，每种土著微生物第一原种筛选2
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3组；(3)二次培养：将步骤(2)筛选出的土著微生物第一原种作为菌种，再次加入富集培养基二次培养，得到土著微生物第二原种；(4)扩大培养：将步骤(3)得到的土著微生物第二原种作为菌种，添加到扩大培养基中，利用培养罐培养，最终形成功能性土著微生物菌群产品。2.根据权利要求1所述的一种用于河道湖泊生物修复的土著微生物定向扩增方法，其特征在于，所述用于河道湖泊生物修复的土著微生物包括硝化细菌菌群、反硝化细菌菌群、好氧异养细菌菌群。3.根据权利要求1所述的一种用于河道湖泊生物修复的土著微生物定向扩增方法，其特征在于，步骤(1)中，采集泥水界面以下20
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40mm的底泥，所述底泥颗粒物小于25μm。4.根据权利要求1所述的一种用于河道湖泊生物修复的土著微生物定向扩增方法，其特征在于，步骤(2)中，硝化细菌菌群富集培养基各组分、配比及培养方式如下：培养方式：曝气至溶氧保持4mg/l以上，加碳酸钙使pH保持7
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8；培养3
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7天；反硝化细菌菌群富集培养基各组分、配比及培养方式如下：
培养方式：搅拌培养15天左右，直至pH降到3
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4。好氧异养细菌菌群富集培养基各组分、配比及培养方式如下：培养方式：曝气至溶氧保持4mg/l以上，加碳酸钙使pH保持7
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7.3，培养3
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5天。5.根据权利要求1所述的一种用于河道湖泊生物修复的土著微生物定向扩增方法，其特征在于，步骤(2)中，所述筛选为高效微生物菌群的筛选，即，利用河水，加入葡萄糖、磷酸氢二钾，使河水COD为200
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300mg/l，TP为3
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【专利技术属性】
技术研发人员：王炜，
申请(专利权)人：海绵城市建设上海有限公司，
类型：发明
国别省市：