CN109055252A - 一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂及其制备方法 - Google Patents

一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种异养硝化‑好氧反硝化复合微生物制剂，其特征在于：所述复合微生物制剂的原料为溶藻弧菌和铜绿假单胞菌，两种菌混合后发酵制得成品。本发明中，以溶藻弧菌HA2和铜绿假单胞菌YY24为原料，混合发酵后制得成品，使用时直接按照比例加入到曝气池中，同时进行硝化和反硝化进程，两种菌互为提供生长所需部分营养物质，培养无需特殊昂贵诱导物质且条件极为简单，大大降低了工业化生产的成本，而硝化反应时会限制反硝化反应使水体上升的pH值，使水体的pH值相对稳定，而且对水体内的氨氮去除率高，作用时间短，不会影响鱼、虾、植物等的生态活动，可在普通淡水土池塘、工厂化淡水/海水车间、生活污水、弱酸性水体、工业废水等氮含量超标的水体中使用。

Description

一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及水体三态氮处理技术领域，尤其是一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂及其制备方法。
背景技术
水中N元素存在的三种状态:硝态氮(硝酸根形式)、亚硝态氮(亚硝酸根)和铵态氮(铵根)，这些物质对水体中养殖物的生长发育有一定的影响，一旦达到某一浓度，则会在养殖物体内存积，间接影响人类的健康，甚至会使养殖物死亡。
传统水处理理论认为：氨氮的去除是通过硝化和反硝化两个相互独立的过程实现的，由于对环境条件的要求不同，这两个过程不能同时发生，而只能序列式进行，即硝化反应发生在好氧条件下，反硝化反应则发生在严格的缺氧或厌氧条件下。在这种理论指导下，传统的生物脱氮工艺都是将缺氧区(或厌氧区)与好氧区分隔开，如A/O***。在好氧区供氧充足，氨氮被硝化菌群氧化成硝酸盐氮，然后混合液一般被回流至前置式缺氧段；在缺氧条件下，反硝化菌利用硝酸盐氮和原污水中的有机物完成反硝化过程，达到脱氮的目的。上述脱氮过程工艺环节多，处理成本高、时间长，不利于迅速控制水体氨氮含量，在后置式反硝化场合，因为混合液中有机物的缺乏，一般还需要人工投加碳源。
随着生物脱氮技术理论的发展，异养硝化菌、好氧反硝化菌等有别于传统生物脱氮菌的发现，使得异养硝化-好氧反硝化脱氮成为了现实。基于新的脱氮理论的生物脱氮工艺也纷纷涌现，其中以芽孢杆菌属为优势菌种的生物脱氮工艺在日本、韩国广泛应用，近几年在我国城镇污水厂新建、改扩建等实际工程中也逐步得到应用。
发明内容
本发明的目的在于提供能在有氧条件下同时进行硝化-反硝化两个进程、菌株共生后的硝化的产物可直接作为反硝化作用的底物且反硝化释放出的OH-可部分补偿硝化反应所消耗的碱并使***中pH值相对稳定的一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂。
本发明采取的技术方案是：
一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂，其特征在于：所述复合微生物制剂的原料为溶藻弧菌和铜绿假单胞菌，两种菌混合后发酵制得成品。
而且，所述溶藻弧菌和所述铜绿假单胞菌接种的比例为1:2.31～5.52(光密度为OD600)。
而且，所述溶藻弧菌的名称为溶藻弧菌HA2，属于溶藻性弧菌种，其拉丁文名称为Vibrio alginolyticus，保藏单位为中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCCNo.9115，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
而且，所述铜绿假单胞菌的名称为铜绿假单胞菌YY24，属于铜绿假单胞菌种，其拉丁文名称为Pseudomonas aeruginosa，保藏单位为中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC No.9114，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
本发明的另一个目的是提供一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂的制备方法，其特征在于：将溶藻弧菌和铜绿假单胞菌混合后接种至培养基内，培养一段时间后，完成发酵；
所述溶藻弧菌的名称为溶藻弧菌HA2，属于溶藻性弧菌种，其拉丁文名称为Vibrioalginolyticus，保藏单位为中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCCNo.9115，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号；
所述铜绿假单胞菌的名称为铜绿假单胞菌YY24，属于铜绿假单胞菌种，其拉丁文名称为Pseudomonas aeruginosa，保藏单位为中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为 CGMCC No.9114，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
而且，所述溶藻弧菌和铜绿假单胞菌两株菌以1:2.31～5.52的比例混合(光密度为 OD600)，接种培养量以培养基体积的1～5％接种，培养温度23～35℃、转速为100～130转、 pH值为4～9。
而且，培养时间为20～30小时，检测培养物OD值，当OD值至2.15±0.02时发酵完成。
而且，所述培养基包括KH2PO4、MgSO4·7H2O、Na2HPO4和微量元素，调节pH为7.0～7.5。
本发明的另一个目的是提供一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂的使用方法，其特征在于：在待处理水体中加入1～3‰经过冷冻干燥处理的复合微生物制剂，加入后进行曝气增氧。
本发明的另一个目的是一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂在水体三态氮处理中的应用。
本发明的优点和积极效果是：
本发明中，以溶藻弧菌HA2和铜绿假单胞菌YY24为原料，混合发酵后制得成品，使用时直接按照比例加入到曝气池中，同时进行硝化和反硝化进程，两种菌互为提供生长所需部分营养物质，培养无需特殊昂贵诱导物质且条件极为简单，大大降低了工业化生产的成本，而硝化反应时会限制反硝化反应使水体上升的pH值，使水体的pH值相对稳定，而且对水体内的氨氮去除率高，作用时间短，不会影响鱼、虾、植物等的生态活动，可在普通淡水土池塘、工厂化淡水/海水车间、生活污水、弱酸性水体、工业废水等氮含量超标的水体中使用。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂，本发明的创新在于：所述复合微生物制剂的原料为溶藻弧菌和铜绿假单胞菌，两种菌混合后发酵制得成品。
上述溶藻弧菌和所述铜绿假单胞菌发酵时的接种的比例为1:2.31～5.52(光密度为 OD600)。
其中，所述溶藻弧菌的名称为解藻酸弧菌HA2，属于溶藻性弧菌种，其拉丁文名称为 Vibrio alginolyticus，保藏单位为中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC No.9115，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏时间2014年4月30日。所述铜绿假单胞菌的名称为铜绿假单胞菌YY24，属于铜绿假单胞菌种，其拉丁文名称为Pseudomonas aeruginosa，保藏单位为中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC No.9114，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏时间2014年4月30日。
上述异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂的制备方法是：将溶藻弧菌和铜绿假单胞菌混合后接种至培养基内，培养一段时间后，完成发酵；所述溶藻弧菌和铜绿假单胞菌两株菌以1:2.31～5.52的比例混合，接种培养量以培养基体积的1～5％接种，培养温度23～35℃、转速为100～130转、pH值为4～9。更优选的是：培养时间为20～30小时，然后检测培养物 OD值，当OD值至2.15±0.02时发酵完成。
所述培养基配方为：(g/L)：
胰蛋白胨10；酵母提取物5；NaCl 10；NH4Cl 0.5；柠檬酸钠5.66；维氏盐溶液50mL，盐度为15‰的海水(NaCl 15)调节pH到7.0。
维氏盐溶液(g/L)：K2HPO45.0；MgSO4·7H2O 2.5；FeSO4·7H2O 0.05；MnSO4·4H2O0.05。
一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂的使用方法是：在待处理水体中加入1～3‰经过冷冻干燥处理的复合微生物制剂，加入后进行曝气增氧。
该两种菌的筛选过程是：
1.2012年，在天津立达海水资源开发有限公司的海水养殖过滤池进行水样的采集，经天津农学院水产学院天津市水产生态及养殖重点实验室筛选获得两株高效脱氮菌。
2.在试验室环境下，进行该两株菌的24h脱氮能力测试，试验条件是：以菌液1％的比例接种至100ml的250ml锥形瓶中，得到的数据是：铜绿假单胞菌YY24在最佳生长条件下24h 的氨氮去除率能达到96.67％，脱氮率达到95.36％；溶藻弧菌HA2在最佳生长条件下24h的氨氮去除率高达97.24％，脱氮率达90.92％。
经过筛选，确定该两株菌具有脱氮能力强的优点并进行了生物保藏。
该复合制剂微生物适应的盐度很广，适用水体：包括普通淡水土池塘、工厂化淡水/海水车间、生活污水、弱酸性水体、工业废水等氮含量超标的水体。
NO- 2—N或NO- 3—N是硝化反应的直接产物,但在NH+ 4—N被降解的同时,整个生物脱氮过程均检测不到该产物,表明硝化和反硝化反应同时进行。反应过程中，两株菌株共生可以互为产生部分生长所需营养物质，硝化反应过程中的产物NO- 2—N和NO- 3—N可直接作为反硝化作用的底物，与有机物结合，还原成N2。因反硝化菌生长繁殖快,故避免了硝化产物硝酸、亚硝酸的积累对硝化反应的抑制，加速了硝化反硝化进程，且脱氮率明显高于其他培养方法,脱氮速度较快。
硝化反应pH为7.0～8.0，碱度应维持在70mg/L以上，因此单独进行硝化反应，碱度不够时，还应补充碱，而两株菌株共生反硝化反应中释放出的OH-可部分补偿硝化反应所消耗的碱，同时部分结合硝化反应过程中生成的H+，维持***中pH值相对稳定，使pH保持在7.0～7.5。
溶藻弧菌、铜绿假单胞菌生长脱氮需要以氮源(氨氮、硝态氮、亚硝态氮、简单有机氮)、碳源(柠檬酸钠)、极少的钙镁锰作为微量元素为基础。
实施例1
1.将溶藻弧菌和铜绿假单胞菌以1:2.31的比例混合；
2.培养基构成是：
培养基配方为(g/L)：胰蛋白胨10；酵母提取物5；NaCl 10；NH4Cl 0.5；柠檬酸钠5.66；维氏盐溶液50mL，盐度为15‰的海水(NaCl 15)调节pH到7.0。
维氏盐溶液(g/L)：K2HPO45.0；MgSO4·7H2O 2.5；FeSO4·7H2O 0.05；MnSO4·4H2O0.05。
3.将步骤1的混合物按培养基体积的5％接种，在温度25摄氏度、转速为100～130转/ 分钟的条件下进行培养，pH值为7.0～7.5；
4.培养20小时后检测培养物OD值，当OD值至2.15±0.02时发酵完成。
实施例2
1.将溶藻弧菌和铜绿假单胞菌以1:5.52的比例混合；
2.培养基构成是：
培养基配方为(g/L)：胰蛋白胨10；酵母提取物5；NaCl 10；NH4Cl 0.5；柠檬酸钠5.66；维氏盐溶液50mL，盐度为15‰的海水(NaCl 15)调节pH到7.0。
维氏盐溶液(g/L)：K2HPO45.0；MgSO4·7H2O 2.5；FeSO4·7H2O 0.05；MnSO4·4H2O0.05。
3.将步骤1的混合物按培养基体积的1％接种，在温度35摄氏度、转速为100～130转/ 分钟的条件下进行培养，pH值为7.0～7.5；
4.培养30小时后检测培养物OD值，当OD值至2.15±0.02时发酵完成。
实施例3
1.将溶藻弧菌和铜绿假单胞菌以1:3的比例混合；
2.培养基构成是：
培养基配方为(g/L)：胰蛋白胨10；酵母提取物5；NaCl 10；NH4Cl 0.5；柠檬酸钠5.66；维氏盐溶液50mL，盐度为15‰的海水(NaCl 15)调节pH到7.0。
维氏盐溶液(g/L)：K2HPO45.0；MgSO4·7H2O 2.5；FeSO4·7H2O 0.05；MnSO4·4H2O0.05。
3.将步骤1的混合物按培养基体积的3％接种，在温度30摄氏度、转速为100～130转/ 分钟的条件下进行培养，pH值为7.0～7.5；
4.培养30小时后检测培养物OD值，当OD值至2.15±0.02时发酵完成。
实施例4
1.将溶藻弧菌和铜绿假单胞菌以1:3.7的比例混合；
2.培养基构成是：
培养基配方为(g/L)：胰蛋白胨10；酵母提取物5；NaCl 10；NH4Cl 0.5；柠檬酸钠5.66；维氏盐溶液50mL，盐度为15‰的海水(NaCl 15)调节pH到7.0。
维氏盐溶液(g/L)：K2HPO45.0；MgSO4·7H2O 2.5；FeSO4·7H2O 0.05；MnSO4·4H2O0.05。
3.将步骤1的混合物按培养基体积的3％接种，在温度30摄氏度、转速为100～130转/ 分钟的条件下进行培养，pH值为7.0～7.5；
4.培养20小时后检测培养物OD值，当OD值至2.15±0.02时发酵完成。
上述复合微生物制剂应用于水体处理时的效果可参看对比试验。
对比试验：
实验组、空白对照组及阳性对照组使用的水体，均是无菌水中加入定量的含氮污染物，在实验组中加入1‰的复合微生物制剂，在阳性对照组中加入1‰的常见氨氮去除剂，空白对照组不做处理，经过12h、24h、36h、48h、72h后分别测定实验组、阳性对照组及空白对照组中总氮(TN)、氨氮(TAN)、亚硝态氮(NO2—N)、硝态氮(NO3—N)含量，具体结果见表 1～4。
表1：水体中总氮(TN)含量
表2：水体中氨氮(TAN)含量
表3：水体中亚硝态氮(NO2--N)含量
表4：水体中硝态氮(NO3--N)含量
结论：由表1、2、3、4可知，72小时的时候，实验组中的总氮(TN)、氨氮(TAN)、亚硝态氮(NO2--N)、硝态氮(NO3--N)含量远远低于对照组，且处理效果优于阳性对照组。
本发明中，以溶藻弧菌HA2和铜绿假单胞菌YY24为原料，混合发酵后制得成品，使用时直接按照比例加入到曝气池中，同时进行硝化和反硝化进程，两种菌互为提供生长所需部分营养物质，培养无需特殊昂贵诱导物质且条件极为简单，大大降低了工业化生产的成本，而硝化反应时会限制反硝化反应使水体上升的pH值，使水体的pH值相对稳定，而且对水体内的氨氮去除率高，作用时间短，不会影响鱼、虾、植物等的生态活动，可在普通淡水土池塘、工厂化淡水/海水车间、生活污水、弱酸性水体、工业废水等氮含量超标的水体中使用。

Claims (10)

1.一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂，其特征在于：所述复合微生物制剂的原料为溶藻弧菌和铜绿假单胞菌，两种菌混合后发酵制得成品。
2.根据权利要求1所述的一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂，其特征在于：所述溶藻弧菌和所述铜绿假单胞菌发酵时的接种的比例为1:2.31～5.52。
3.根据权利要求1或2所述的一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂，其特征在于：所述溶藻弧菌的名称为溶藻弧菌HA2，属于溶藻性弧菌种，其拉丁文名称为Vibrioalginolyticus，保藏单位为中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCCNo.9115，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
4.根据权利要求1或2所述的一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂，其特征在于：所述铜绿假单胞菌的名称为铜绿假单胞菌YY24，属于铜绿假单胞菌种，其拉丁文名称为Pseudomonas aeruginosa，保藏单位为中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC No.9114，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
5.一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂的制备方法，其特征在于：将溶藻弧菌和铜绿假单胞菌混合后接种至培养基内，培养一段时间后，完成发酵；
所述溶藻弧菌的名称为溶藻弧菌HA2，属于溶藻性弧菌种，其拉丁文名称为Vibrioalginolyticus，保藏单位为中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCCNo.9115，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号；
所述铜绿假单胞菌的名称为铜绿假单胞菌YY24，属于铜绿假单胞菌种，其拉丁文名称为Pseudomonas aeruginosa，保藏单位为中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC No.9114，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
6.根据权利要求5所述的一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂的制备方法，其特征在于：所述溶藻弧菌和铜绿假单胞菌两株菌以1:2.31～5.52的比例混合，接种培养量以培养基体积的1～5％接种，培养温度23～35℃、转速为100～130转、pH值为4～9。
7.根据权利要求5或6所述的一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂的制备方法，其特征在于：培养时间为20～30小时，检测培养物OD值，当OD值至2.15±0.02时发酵完成。
8.根据权利要求7所述的一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂的制备方法，其特征在于：每升培养基含有以下按克计重的组分，包括：胰蛋白胨10，酵母提取物5，NaCl 10，NH4Cl 0.5，柠檬酸钠5.66，维氏盐溶液50mL，调节pH到7.0。
9.一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂的使用方法，其特征在于：在待处理水体中加入1～3‰经过冷冻干燥处理的复合微生物制剂，加入后进行曝气增氧。
10.一种异养硝化-好氧反硝化复合微生物制剂在水体三态氮处理中的应用。
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