CN104419699A

CN104419699A - 含好氧微生物组合菌的生物制品及其制法和应用

Info

Publication number: CN104419699A
Application number: CN201310369807.8A
Authority: CN
Inventors: 房来喜; 平郑骅; 朱炜; 袁唯
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2015-03-18

Abstract

本发明公开了一种含好氧微生物组合菌的生物制品及其制法和应用，该生物制品包括：负载于多孔载体的好氧微生物组合菌；其中，好氧微生物组合菌包括：芽孢杆菌和恶臭假单胞菌；其制备方法，包括：1)用酸或碱浸泡多孔载体后，再用水漂洗至中性，得预处理的多孔载体；2)将好氧微生物组合菌的菌液负载于多孔载体上；该生物制品可应用于污水处理中，并能大幅提高生化处理的效率，高效去除COD和氨氮，改善出水水质，使剩余污泥的产量减少80％以上。

Description

含好氧微生物组合菌的生物制品及其制法和应用

技术领域

本发明涉及一种生物制品及其制法和应用，特别是涉及一种含好氧微生物组合菌的生物制品及其制法和应用。

背景技术

环境微生物普遍存在于自然界中，具有来源广，繁殖速度快，对环境适应性强等特点，已广泛用于水处理领域中。许多好氧微生物在氧存在条件下，通过分解代谢、合成代谢和物质矿物化，把有机物氧化分解成CO₂和H₂O，使水质得以净化，并在此过程中，获取C、N、P、S和能量，使自身得以繁衍。其中，活性污泥法自1912年英国科学家Clark和Cage发现和应用以来，经过近百年的发展，在工艺上日臻完善，已经成为污水的生物处理中应用历史最长，最广泛，而且在理论和实践上发展最完善的方法。但是，活性污泥法存在诸多弊端，主要是活性低，产生的剩余污泥量大和抗冲击性差。

显然，随着国家对排放水水质的要求越来越高，传统的活性污泥法已经难以满足污水处理的要求。对活性污泥法的改造已迫在眉睫。

筛选和研究优势微生物是近年来环境微生物家和相关的环境微生物生产厂商关注的焦点。优势菌是用人工培养及诱变的方法制成的高效降解菌。其方法是通过富集、分离、筛选和驯化等步骤从自然界中找到降解某种污染物的菌群，经扩大培养后再投入到受污染环境中，使发挥作用。也可以将已有的高效降解菌通过诱变或基因重组或原生质体细胞融合等技术制成新型的高效工程菌。

经驯化培育的高效菌不但有很高的活性和很强的分解能力，而且有很好的针对性。例如，用光合细菌可处理高浓度有机污水，用白霉细菌可处理含纤维素污水，用硝化细菌可处理高含氮有机污水，用热带假丝酵母可处理含酚废水，用镰刀霉菌和放线菌能分解氰化物等。目前许多实验室的研究成果已经产业化，在市场上，一些优势菌已作为商品出售。这些产品有些被用作帮助传统的活性污泥快速启动的促进剂，有些被用作污泥***出现问题时的修复剂，有的被用作提高活性污泥处理效率的辅助剂，特别是当污水中存在用活性污泥难以降解的有机物时，这些优势菌群的加入作用十分显著。这些商品化的高效菌产品大都与活性污泥混合使用，即在传统的活性污泥中添加部分优势菌，以提高污泥的活性。但是这种加入方法很难维持优势菌在***中的深度，这是因为部分微生物会在使用过程中，同剩余污泥一起从体系中排出。因此，为了维持优势菌的浓度，必须定期予以补充，所需的费用很高，影响优势菌产品的推广。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种含好氧微生物组合菌的生物制品及其制法和应用。本发明的生物制品能用于污水好氧处理，取代活性污泥用于城市污水的处理，该制品的应用能防止优势菌的流失，而且能大幅提高生化处理的效率，改善出水水质，降低剩余污泥的产量。

为解决上述技术问题，本发明的含好氧微生物组合菌的生物制品，包括：负载于多孔载体的好氧微生物组合菌；其中，好氧微生物组合菌包括：芽孢杆菌(Basillussubtilis)和恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida strain)。

所述多孔载体需具有贯穿孔结构，以保证水和气在多孔载体中的流通。该多孔载体包括：无机材料或高分子材料；其中，无机材料包括：活性炭、多孔沸石、焦炭、煤渣等中的一种或多种；高分子材料为泡沫塑料；该泡沫塑料包括：聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料(PVC泡沫塑料)、聚乙烯醇泡沫塑料(PVA泡沫塑料)、乙烯-醋酸乙烯酯泡沫塑料(EVA泡沫塑料)、聚酰胺泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料等中的一种或多种。优选为聚氨酯泡沫塑料和煤渣。所述多孔载体的尺寸为1cm³～400cm³，最好为4cm³～100cm³。多孔载体的孔径一般为0.1mm～10mm，最好为0.1mm～5mm。

所述芽孢杆菌的种类为一种以上。由于污水处理所面对的处理对象十分复杂，因此，在实际使用中，对菌的纯度要求不高。所述芽孢杆菌可包括：枯草芽孢杆菌(Basillussubtilis)、嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)、短小芽孢杆菌(Bacilluspumilus)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、蜡状芽孢杆菌(Basillus cereus)、环状芽孢杆菌等中的一种或多种，具体可根据对污水处理的实际需要进行选择。

本发明的芽孢杆菌可从食品加工厂的污泥中通过富集、分离得到。其中，性能较好的是枯草芽孢杆菌，因此，枯草芽孢杆菌(如编号为DF7658、JD32和5114等的菌类，其中，该编号为经不同的实验批次获得)是优选的芽孢杆菌。该枯草芽孢杆菌对城市污水中的淀粉和蛋白质成份有很强的净化作用。

另外，本发明中，在配制好氧微生物组合菌时，加入除了枯草芽孢杆菌以外的芽孢杆菌时，这些杆菌的存在不会影响组合菌的活性，因此，不会影响对污水中COD(Chemical Oxygen Demand)和氨氮的去除。

本发明所述的一株假单胞菌，是从农药厂污泥中通过分离、筛选和富集后得到的。经DNA分析，证明为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida strain CDd-9)。该株菌群不仅有很强的去COD能力，而且有很强的去氨氮和去油脂的能力。经测试，该菌株在氨氮浓度高于1000mg/L，盐浓度达3wt％(重量百分浓度)的环境中仍能存活。其去除氨氮的能力高于90％。

本发明将上述菌群在通用的培养液中快速繁殖，使菌液浓度达到10⁸个/ml以上。然后，将这些菌液按比例配制成组合菌液。并在好氧条件下，置于配制的污水中进行驯化。

本发明中，为了保证该生物制品对城市污水等的脱氨氮效果，在组合菌中恶臭假单胞菌的含量应不低于50％。如所述芽孢杆菌和恶臭假单胞菌的配比为1∶1～1∶5，优选为1∶1～1∶2。

所述好氧微生物组合菌的负载量为每立方厘米的多孔载体上负载0.1ml～0.5ml好氧微生物组合菌的菌液(即0.1ml～0.5ml好氧微生物组合菌的菌液/cm³多孔载体)，优先每立方厘米的多孔载体上负载0.1ml～0.2ml好氧微生物组合菌的菌液。其中，好氧微生物组合菌的菌液中的总菌体浓度为10⁷个/ml以上。

另外，本发明还公开了一种含好氧微生物组合菌的生物制品的制备方法，包括步骤：

1)多孔载体的清洗处理(预处理)

用酸或碱浸泡多孔载体后，再用水漂洗至中性，得预处理的多孔载体，以去除多孔载体中可能存在的对微生物生长有毒的物质；

2)将上述好氧微生物组合菌的菌液负载于经步骤1)处理的多孔载体上。其中，负载量可如上所述。

所述步骤1)中，酸包括：无机酸；其中，无机酸包括：盐酸、硫酸中的一种或其组合，优选HCl；酸的使用浓度为1vol％～5vol％(体积百分浓度)；碱包括：NaOH；碱的使用浓度1wt％～5wt％(重量百分浓度)；浸泡的温度为室温，浸泡的时间可根据所用载体中所含有害物质的浓度，通常为1h～12h。

所述步骤2)中，负载的方法，包括：浸渍或喷洒。

所述步骤2)中，好氧微生物组合菌的菌液中，还需加入增稠剂来增加菌液的粘度，以防止好氧微生物组合菌的菌液从多孔载体中流出而造成菌液的流失，并利于保存和运输；其中，该增稠剂可为常用的食品增稠剂，如包括：明胶、琼脂、海藻酸钠、羧甲基纤维素等中的一种或多种。增稠剂的用量为好氧微生物组合菌的菌液量的1wt％～10wt％(重量百分浓度)，最好为1wt％～5wt％(重量百分浓度)。

再者，本发明还公开了一种含好氧微生物组合菌的生物制品的应用，如所述生物制品在污水处理中的应用。其中，所述污水包括：城市污水和养殖污水(如水产养殖污水)。

所述在污水处理中的应用的步骤包括：将含好氧微生物组合菌的生物制品以固定床(如用支架固定)或流化床(如将生物制品分装在空心塑料球中漂浮使用)的形式，投入待需要进行污水处理的好氧反应池中，从而进行污水的好氧处理；其中，生物制品的投入量通常为好氧反应池容积的10vol％(体积百分比)～50vol％，最好为20vol％～30vol％。

所述在污水处理中的应用的步骤，还可包括：在使用含好氧微生物组合菌的生物制品处理养殖污水的污水出口端还设有紫外灯灭菌装置，即在使用上述生物制品处理养殖污水的各项指标都达到水产养殖用水的标准后，在经好氧处理的污水出口端还需要安装紫外灯灭菌装置，以防止处理后的水中含有对水产品生长不利的微生物或病菌。

本发明根据城市污水的特点，从自然界存在的污泥中通过富集、分离、驯化的方法，针对性地筛选出既能高效降低污水的COD，又能降低氨氮的好氧微生物菌群，并将这些优势菌群合理配伍在一起，附载在多孔载体上，制成一种能高效用于污水好氧处理的生物制品，防止好氧高效菌群在使用过程中流失。该生物制品的具体有益效果如下：

1)本发明生物制品可即制即用，如需作长途运输或保存，也可用充气的塑料袋充氧后密封包装，以延长菌的生存时间，保持菌群的活性。

2)本发明生物制品能快速起动，大大减少驯化和调试时间。

3)本发明生物制品能取代活性污泥，用于城市污水的处理，并能大幅提高生化处理的效率，高效去除COD和氨氮，改善出水水质。

4)采用本发明的生物制品后，能使剩余污泥的产量减少80％以上。

具体实施方式

以下实施例中，含好氧微生物组合菌的生物制品是通过以下方法进行制备的：

1)采用的恶臭假单胞菌是从农药厂污泥中通过划线法分离，然后将其在LB培养液中快速繁殖，使菌液浓度达到10⁸个/ml以上。经DNA分析，确证为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida strain CDd-9)。

2)枯草芽孢杆菌是从食品加工厂的污泥中分离得到的。样本经加热杀灭芽孢杆菌营养体和其它微生物细胞，然后通过划线方法分离。菌群在用葡萄糖、蛋白胨、氯化钠、牛肉膏和琼脂配制的培养液中培养约20h，培养温度为3℃。经磷酸缓冲液离心洗涤后，测得菌液浓度达到10⁸个/mt以上，并经DNA分析，确证为枯草芽孢杆菌。

3)将上述两种菌液按比例混合，配制成混合菌液，然后，再负载于多孔载体上，得到含好氧微生物组合菌的生物制品。

以下实施例中，所用试剂如未特别说明，均为商业化试剂。

现通过更加具体的实施例进行详细说明。

实施例1

本实施例所用的多孔载体为聚氨酯泡沫塑料，其平均孔径约0.5～1mm，平均体积为20cm³。使用前先在浓度为1％(重量百分浓度)的HCl溶液中浸泡3h，以去除残留的异氰酸酯。然后，用清水洗至中性，挤干备用。

将配制好的菌浓度为l0⁸个/ml的好氧微生物组合菌液(枯草芽孢杆菌和恶臭假单胞菌含量为1：2)中，每天加入城市污水10％(体积百分比)，在常温下培养、驯化5天。然后取出200mL菌液，加入3wt％海藻酸纳，溶解均匀，以增加混合菌液的粘度，然后，加入体积为2L经上述清洁的载体，使菌液尽可能均匀地附载在载体中(浸渍法负载)。每块载体上的菌液的总菌体平均附载量约为10⁷个/cm³。从而得到含好氧微生物组合菌的生物制品。

使用本发明的含好氧微生物组合菌的生物制品处理城市生活污水的试验是在自制的小型污水处理机(小试装置)中进行的。采用A/O工艺，即缺氧+好氧池。缺氧池容积为10L(100*200*500mm)，好氧池容积为20L(200*200*500mm)。池内分别以固定床(如用支架固定)安装含好氧微生物组合菌的生物制品约20％到50％(容积)。缺氧池安装一小型搅拌机，控制转速为100转/min。好氧池采用微孔曝气，控制溶解氧浓度不低于4mg/L。小试所用的污水取自城市污水厂。进水的平均COD约250mg/L，氨氮约30mg/L。

试验时，先让生物制品在取自污水厂的城市生活污水中进行驯化。在保持出水水质的条件下，逐步增加水量，当达到预定的容积负荷后，即每天每M³容积COD的去除率为0.6kg，水力停留时间HRT＝8h。恒定进水水量，并定时测定进、出水水质。

试验表明，应用本发明的含好氧微生物组合菌的生物制品处理城市污水，基本上可达到污水综合排放标准(GB8978-1996)1级的指标。其显著特点是，运行稳定，基本上无污泥。

实施例2

本实施例所用的多孔载体为聚氨酯泡沫塑料，孔径约0.5mm，每块体积约25cm³。使用前先在浓度为1％(重量百分浓度)的HCl溶液中浸泡2h，以去除残留的S化物等。然后，用清水洗至中性，晾干备用。

将配制好的每种菌浓度为10⁸个/ml的好氧微生物组合菌液200ml(枯草芽孢杆菌和恶臭假单胞菌含量为1：2)中加入5g海藻酸纳，溶解均匀后，加入体积为2L经上述清洁的载体，使菌液尽可能均匀地附载在载体中。每块载体上的菌液的总菌体平均附载量约为10⁷个/cm³，从而得到含好氧微生物组合菌的生物制品。

将上述制品安装在实施例1的小试装置中，运行一周后进行测试。COD的测试方法参照国标GB11914-89，氨氮分析方法参照国标GB7479-87。

结果如下：

水量180L/天，水力停留时间HRT＝8h。

进水：COD＝150～500mg/L，平均250mg/L；氨氮含量＝30～50mg/L；平均40mg/L

出水：COD＝30～55mg/L，平均45mg/L；氨氮含量＝0.14～1.5mg/L，平均＜1.0mg/L

二沉池无污泥检出。

实施例3

本实验例所用的多孔载体为煤渣，颗粒体积约4～10cm³不等。孔径为0.1～4mm不等。使用前用1vol％的NaOH溶液浸泡12小时，再用清水漂洗至中性并晾干。然后，按实施例2所述的方法制备含好氧微生物组合菌的生物制品，并采用与实施例1相同的工艺和条件进行污水处理试验。结果表明，使用这两种载体处理污水得到的效果是相似的。

水量180L/天，水力停留时间HRT＝8h。

出水：COD＝30～55mg/L，平均45mg/L；氨氮含量＜1.5mg/L。

二沉池无污泥检出。

实施例4

本实验采用实施例2所用的含好氧微生物组合菌的生物制品(即含好氧微生物组合菌的载体)1M³，但枯草芽孢杆菌和恶臭假单胞菌含量为1∶1。安装在10M³的好氧处理池中。处理的污水是水产养殖污水。进水COD约30mg/L，氨氮含量约1mg/L。进水量为10M³/h，水力停留时间HRT＝1h。经好氧处理后，出水COD＜5mg/L，氨氮含量低于0.1mg/L。出水经紫外灯消毒后循环使用。

Claims

1.一种含好氧微生物组合菌的生物制品，其特征在于，包括：负载于多孔载体的好氧微生物组合菌；其中，好氧微生物组合菌包括：芽孢杆菌和恶臭假单胞菌。

2.如权利要求1所述的生物制品，其特征在于：所述多孔载体包括：无机材料或高分子材料；其中，无机材料包括：活性炭、多孔沸石、焦炭、煤渣中的一种或多种；高分子材料包括：泡沫塑料；

多孔载体的尺寸为1cm³～400cm³，孔径为0.1mm～10mm。

3.如权利要求2所述的生物制品，其特征在于：所述泡沫塑料包括：聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、聚乙烯醇泡沫塑料、乙烯-醋酸乙烯酯泡沫塑料、聚酰胺泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料中的一种或多种；多孔载体的尺寸为4cm³～100cm³，多孔载体的孔径为0.1mm～5mm。

4.如权利要求1所述的生物制品，其特征在于：所述多孔载体为聚氨酯泡沫塑料或煤渣；

所述芽孢杆菌和恶臭假单胞菌的配比为1∶1～1∶5；

其中，芽孢杆菌包括：枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、环状芽孢杆菌中的一种或多种；

所述好氧微生物组合菌的负载量为每立方厘米的多孔载体上负载0.1ml～0.5ml好氧微生物组合菌的菌液；其中，好氧微生物组合菌的菌液中的总菌体浓度为10⁷个/ml以上。

5.如权利要求4所述的生物制品，其特征在于：所述芽孢杆菌和恶臭假单胞菌的配比为1∶1～1∶2；

所述芽孢杆菌是枯草芽孢杆菌；

所述好氧微生物组合菌的负载量为每立方厘米的多孔载体上负载0.1ml～0.2ml好氧微生物组合菌的菌液。

6.一种如权利要求1～5任一项所述的生物制品的制备方法，其特征在于，包括步骤：

1)用酸或碱浸泡多孔载体后，再用水漂洗至中性，得预处理的多孔载体；

2)将如权利要求1所述的好氧微生物组合菌的菌液负载于经步骤1)处理的多孔载体上。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，酸包括：无机酸；其中，无机酸包括：盐酸、硫酸中的一种或其组合；酸的使用浓度为1vol％～5vol％；

碱包括：NaOH；碱的使用浓度1wt％～5wt％；

浸泡的温度为室温，浸泡的时间为1h～12h；

步骤2)中，好氧微生物组合菌的菌液中，还加入增稠剂；其中，该增稠剂包括：明胶、琼脂、海藻酸钠、羧甲基纤维素中的一种或多种；增稠剂的用量为好氧微生物组合菌的菌液量的1wt％～10wt％；负载的方法，包括：浸渍或喷洒。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述增稠剂的用量为好氧微生物组合菌的菌液量的1wt％～5wt％。

9.一种如权利要求1～5任一项所述的生物制品的应用，其特征在于：所述生物制品在污水处理中的应用；

其中，所述污水包括：城市污水和养殖污水；

所述在污水处理中的应用的步骤包括：将含好氧微生物组合菌的生物制品以固定床或流化床的形式，投入待需要进行污水处理的好氧反应池中，从而进行污水的好氧处理；其中，含好氧微生物组合菌的生物制品的投入量为好氧反应池容积的10vol％～50vol％。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于：所述在污水处理中的应用的步骤，还包括：在使用含好氧微生物组合菌的生物制品处理养殖污水的污水出口端还设有紫外灯灭菌装置；

所述含好氧微生物组合菌的生物制品的投入量为好氧反应池容积的20vol％～30vol％。