接种生物滤池去除水中MIB和Geosmin的方法

摘要

本发明接种生物滤池去除水中MIB和Geosmin的方法，该方法配制MIB和Geosmin的无机盐培养基和PBS缓冲液，在PBS缓冲液加入活性炭，得到生物膜的PBS缓冲液，用吸管吸取10mL含生物膜的PBS缓冲液溶于的MIB和Geosmin的无机盐培养基中进行选择性培养富集，采用平板划线法分离纯化降解菌种，得到MIB降解菌和Geosmin降解菌；将清洗后的砂粒填入过滤柱，将含有MIB降解菌和Geosmin降解菌的浓度为1×10

说明书

技术领域

    本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种利用接种微生物菌种的生物滤池去除饮用水中2-甲基异莰醇（2-methylisoborneol，简称：MIB）和土臭素（trans-1,10-dimethyltrans-9-decalol，简称：Geosmin）的方法。 

背景技术

    近年来，由于工农业废水和生活污水大量排放，湖泊、水库等水体氮、磷含量增高，藻类及菌类大量繁殖，水体产生嗅味。目前，饮用水嗅味问题已成为造成消费者投诉的主要原因之一。 

在人类活动的影响下，水库蓄水量大大减少，水体自净能力降低，加之水库周围环境的影响，水源水水质正在逐渐恶化。每到春末夏初、夏末秋初二季，藻类生长旺盛，水源水质明显下降，嗅味严重。第九水厂是北京市最主要的净水供应企业，日处理能力达150万吨，供水量占北京市区市政供水量的60%，其出水水质的好坏会直接影响北京市的供水安全。每年藻类旺盛生长期，该厂出水的MIB和Geosmin含量偏高，引起公众的投诉。 

致嗅物质的典型代表——2-甲基异莰醇（MIB，C₁₁H₂₀O）和土臭素（Geosmin，C₁₂H₂₂O）均为饱和环叔醇类物质，具有樟脑/土霉味，是某些蓝藻及放线菌的次级代谢产物，嗅阈值极低（10ng/L），传统水处理工艺（混凝、过滤及消毒）很难将其去除。 

由于MIB和Geosmin的亨利系数低，吹脱技术处理的成本较高；活性炭对MIB和Geosmin具有很好的吸附性，但是由于天然有机物的存在，对活性炭的消耗量较大；由于其它物质的加入，深度氧化技术（如二氧化碳光催化以及紫外/过氧化氢处理技术）能够去除饮用水中的致嗅物质，但会产生消毒副产物。传统生物滤池中微生物的针对性较差，不能较好的去除水中的MIB和Geosmin，而改进的生物滤池能够获得较好的处理效果。 

发明内容

   为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种方法简单，减少后续工艺中臭氧及活性炭用量，具有造价低、效果好的优点具有安全、经济的特点的接种生物滤池去除水中MIB和Geosmin的方法。

本发明的技术方案为：接种生物滤池去除水中MIB和Geosmin的方法 

，具体包括以下步骤：

步骤1：

1）配制无机盐培养基：将0.8-1.2g 的NH₄NO₃、0.8-1.2g 的KH₂PO₄、 0.4-0.6g 的MgSO₄7H₂O和0.2g 的KCl溶于1000mL的蒸馏水中，调节pH值至7.2-7.4，在温度为121°C下灭菌30min，用水系针式过滤器，在无菌环境下将1-100μL的浓度为 20μg/L的 MIB和Geosmin标准溶液分别加入无菌的200mL无机盐培养基中，得到浓度分别为100ng/L，200ng/L、500ng/L、1μg/L、2μg/L、5μg/L和10μg/L的 MIB和Geosmin的无机盐培养基，备用；

2）配制LB固体培养基：将5-10g的蛋白胨、3-5g的酵母提取物和8-10g的 NaCl溶于1000mL的蒸馏水中，用浓度为1mol/L的NaOH调节pH值到7.2-7.4，然后加入10-15g琼脂粉，加热使琼脂粉溶解，然后冷却到室温，备用；

3）配制缓冲液：将Na₂HPO₄12H₂O溶于蒸馏水中配制得到浓度为0.2 mol/L 的Na₂HPO₄，将NaH₂PO₄2H₂O溶于蒸馏水中配置得到浓度为0.2 mol/L NaH₂PO₄；将制备得到NaH₂PO₄ 、Na₂HPO₄和水按照19:81:200的体积比混合后，在温度为121°C下灭菌30min，得到浓度为0.1mol/L、pH=7.4的 PBS缓冲液，储存于冷暗处，备用；

步骤2： 

1）取到30mL上述步骤制备得到的PBS缓冲液，加入一定量的活性炭滤池中生物膜生长成熟的活性炭，剧烈震荡10 min，静置一段时间，灭菌，得到生物膜的PBS缓冲液，用吸管吸取10mL含生物膜的PBS缓冲液溶于200mL 的浓度为100ng/L的 MIB和Geosmin的无机盐培养基中进行选择性培养富集，置于恒温振荡培养箱在温度为30°C，转速为160rpm的条件下培养，待培养基混浊后，分别按照10%的接种量逐步转接到200ng/L、500ng/L、1μg/L、2μg/L、5μg/L、10μg/L的 MIB和Geosmin的无机盐培养基中，在每个液体培养阶段结束后，以无菌操作方法吸取1mL充分混匀的水样，注入盛有9mL已灭菌生理盐水的试管中，混匀成1:10稀释液；吸取1:10的稀释液1mL注人盛有9mL灭菌生理盐水的试管中，混匀成1:100稀释液，按同法依次稀释成1:10³，1:10⁴，1:10⁵，1:10⁶，1:10⁷的稀释液，备用；用灭菌吸管取不同稀释度的稀释液0.2mL，分别注入含有已凝固固体培养基的平皿内，用玻璃刮棒将菌悬液在培养基表面涂布均匀，使用前，玻璃刮棒需经无菌处理，用后立即在酒精灯上灼烧灭菌、放置冷却，交替使用，每次检验时做一平行接种，同时另用一个平皿只倾注LB固体培养基作为空白对照，待菌液吸收后，翻转平皿，使底面向上，置于30°C±1°C培养箱内培养48h；采用平板划线法分离纯化降解菌种，得到微球菌、黄杆菌、短杆菌和假单胞菌为MIB降解菌，金色单胞菌、中华根瘤菌和寡养单胞菌为Geosmin降解菌；

步骤3： 

将清洗后的砂粒填入高度为100-550mm的过滤柱，将含有MIB降解菌和Geosmin降解菌的浓度为1×10³个/mL的菌液，在空床停留时间6-60min，流过过滤柱并循环4天，使MIB降解菌和Geosmin降解菌附着在所述滤料表面，从而去除饮用水中MIB和Geosmin。

本发明的优点在于： 

（1）改进的生物滤池对典型致嗅物质有降解能力，研究发现MIB及Geosmin初始浓度为500ng/L的沉淀池出水中，EBCT为20min时去除67%（74%）的MIB（Geosmin），大大减小了后续工艺中臭氧及活性炭用量，具有造价低、效果好的优点。

（2）筛选的菌种取自自来水厂活性炭滤池，易于培养且对人体无毒害作用，具有安全、经济的特点，在降解去除蓝藻及放线菌引起的饮用水MIB及Geosmin污染问题方面具有非常重要的意义。 

附图说明

图1是对生物滤池进行接种的工艺流程。 

图2是生物滤池处理含MIB及Geosmin沉淀池出水的工艺流程。 

图3a和图3b是单一降解菌对MIB和Geosmin的去除效果示意图。 

图4是空床停留时间对出水MIB和Geosmin浓度的影响。 

图5是滤池高度对出水MIB和Geosmin浓度的影响。 

图中：

1.反应器，2.水箱，3.空白实验柱，4.普通砂滤柱，5.改进的砂滤柱,6.空白实验柱。 

具体实施方法

   下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1：

反应器1尺寸为：直径28mm，柱高1000mm，底部取样口距反应器底50mm，其余每个取样口间距100mm，填料高度550mm。

（1）配制无机盐培养基：将1.0g的NH₄NO₃，1.0g的KH₂PO₄，0.5g的MgSO₄7H₂O和0.2g的KCl溶于1000mL的蒸馏水中，调节pH值至7.2-7.4，在温度为121°C下灭菌30min，用水系针式过滤器，在无菌环境下分别将1-100μL的浓度为 20μg/L的 MIB和Geosmin标准溶液加入无菌的200mL无机盐培养基中，得到浓度分别为100ng/L，200ng/L、500ng/L、1μg/L、2μg/L、5μg/L和10μg/L的 MIB和Geosmin的无机盐培养基，备用； 

（2）配制LB固体培养基：将10g的蛋白胨、5g的酵母提取物和10g的 NaCl溶于1000mL的蒸馏水中，用浓度为1mol/L的NaOH调节pH值到7.2，然后加入15g琼脂粉，加热使琼脂粉溶解，然后冷却到室温，备用；

（3）配制PBS缓冲液：将Na₂HPO₄12H₂O溶于蒸馏水中配制得到浓度为0.2 mol/L 的Na₂HPO₄，将NaH₂PO₄2H₂O溶于蒸馏水中配置得到浓度为0.2 mol/L NaH₂PO₄；将制备得到NaH₂PO₄ 、Na₂HPO₄和水按照19:81:200的体积比混合后，在温度为121°C下灭菌30min，得到浓度为0.1mol/L、pH=7.4的 PBS缓冲液，储存于冷暗处，备用；

（4）取5.0g北京第九水厂活性炭滤池中生物膜生长成熟的活性炭，加入30mL 0.1mol/L PBS缓冲液剧烈震荡10 min，静置一段时间后用灭菌后的吸管吸取10mL菌液溶于200mL 含100ng/L MIB和Geosmin的无机盐培养基中进行选择性培养富集，置于恒温振荡培养箱（30°C，160rpm）条件下培养。

（5）待培养基混浊后，分别按照10%的接种量逐步转接到200ng/L、500ng/L、1μg/L、2μg/L、5μg/L和10μg/L MIB和Geosmin的无机盐培养基中，对典型致嗅物质降解菌进行筛选，提取出典型致嗅物质降解菌。 

（6）每个液体培养阶段结束后，以无菌操作方法吸取1mL充分混匀的水样，注入盛有9mL已灭菌生理盐水的试管中，混匀成1:10稀释液；吸取1:10的稀释液1mL注人盛有9mL灭菌生理盐水的试管中，混匀成1:100稀释液。按同法依次稀释成1:10³，1:10⁴，1:10⁵，1:10⁶，1:10⁷等稀释液等备用。如此递增稀释一次，必须更换一支1mL灭菌吸管。 

（7）用灭菌吸管取不同稀释度的水样0.2mL，分别注入含有已凝固固体培养基的平皿内，用玻璃刮棒将菌悬液在培养基表面涂布均匀。使用前，玻璃刮棒需经无菌处理，用后立即在酒精灯上灼烧灭菌、放置冷却，交替使用。每次检验时做一平行接种，同时另用一个平皿只倾注LB固体培养基作为空白对照。待菌液吸收后，翻转平皿，使底面向上，置于30°C±1°C培养箱内培养48h，以筛选菌种。 

（8）采用平板划线法分离纯化降解菌种，得到微球菌、黄杆菌、短杆菌和假单胞菌为MIB降解菌，金色单胞菌、中华根瘤菌和寡养单胞菌为Geosmin降解菌。 

（10）将清洗后的砂粒填入过滤柱。采用含已获得的典型致嗅物质降解菌接种滤床，具体方法如下：将含有每种菌各1×10³个/mL的菌液以1mL/min（EBCT为30min）流过过滤柱并循环4天，使降解菌可以附着在滤料表面；采用无菌水以同样的流速流经滤柱作为对照。 

（11）将接种液排空，把3桶灭菌后的含有MIB和Geosmin各500ng/L的北京第九水厂沉淀池出水各25L分别置于反应器旁，以一定的滤速流经空白、未接种及接种砂滤池，考察EBCT的影响。图3中a为单一菌种对沉淀池出水中MIB的去除效果，b为单一菌种对沉淀池出水中Geosmin的去除效果。图3a中，1为空白，2为微球菌处理效果，3为黄杆菌处理效果，4为短杆菌处理效果，5为假单胞菌处理效果;图3b中，1为空白，2为金色单胞菌处理效果，3为中华根瘤菌处理效果，4为寡养单胞菌处理效果；图3表明筛选获得的菌种对MIB和Geosmin均有较好的去除效果，微球菌、黄杆菌、短杆菌和假单胞菌对MIB的去除率分别为98%，96%，95%和 93%，其中挥发的MIB约占25%；金色单胞菌、中华根瘤菌和寡养单胞菌对Geosmin的去除率分别为85%，82%和83%，其中挥发的Geosmin约占35%。 

图3b中,图4中为生物滤池对沉淀池出水中MIB的去除效果，为生物滤池对沉淀池出水中Geosmin的去除效果。图4中1~3分别代表空白、普通砂滤柱和改进的砂滤柱对MIB和Geosmin的去除效果。图4表明在MIB及Geosmin初始浓度为500ng/L的沉淀池出水中，滤料高度550mm，EBCT为20min时，改进的生物滤池可去除67%（74%）的MIB（Geosmin）。 

实施例2：

（1）筛选获得纯化的菌种

（2）通过实验室实验模拟水厂中生物滤池对水中典型致嗅物质及其它指标的去除效果。将清洗后的砂粒填入过滤柱。采用含已获得的典型致嗅物质降解菌接种滤床，具体方法如下：将含有每种菌各1×10³个/mL的菌液以1mL/min（EBCT为20min）流过过滤柱并循环4天，使降解菌可以附着在滤料表面；采用无菌水以同样的流速流经滤柱作为对照。

（3）将接种液排空，把3桶灭菌后的含有MIB和Geosmin各500ng/L的北京第九水厂沉淀池出水各25L分别置于反应器旁，以一定的滤速流经空白、未接种及接种砂滤池，考察滤料高度的影响。 

图5中为生物滤池对沉淀池出水中MIB的去除效果，为生物滤池对沉淀池出水中Geosmin的去除效果。图5中1和2分别代表普通砂滤柱和改进的砂滤柱对MIB和Geosmin的去除效果。