CN112375716B - 一种大蒜片加工废水除臭复合菌剂 - Google Patents

一种大蒜片加工废水除臭复合菌剂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及大蒜片加工废水除臭复合菌剂，可有效减轻大蒜片加工废水的臭味，缓解环境污染的问题，其解决的技术方案是，该复合菌剂由解淀粉芽孢杆菌WS3‑1菌剂、地衣芽孢杆菌WS3‑2菌剂、酿酒酵母CXMJ菌剂和米根霉JG3菌剂组成，解淀粉芽孢杆菌WS3‑1菌剂、地衣芽孢杆菌WS3‑2菌剂、酿酒酵母CXMJ菌剂和米根霉JG3菌剂的体积比为1:1:1～2:1～3；其中解淀粉芽孢杆菌WS3‑1、地衣芽孢杆菌WS3‑2、酿酒酵母CXMJ和米根霉JG3的有效活菌数均大于0.2亿/mL，本发明降解大蒜素等有机硫化物，以达到除臭的目的，是废水处理微生物制剂上的创新。

Description

一种大蒜片加工废水除臭复合菌剂
技术领域
本发明涉及微生物领域，特别是一种大蒜片加工废水除臭复合菌剂。
背景技术
大蒜片加工废水是生产大蒜片加工过程中排放的废水，我国大蒜产量居世界首位，大蒜加工主要以蒜片为主，其程序包括挑选、清理、切片、漂洗、脱水等。其中在清理、漂洗和离心脱水过程中会产生大量的有机废水。据估算，每生产1吨的脱水蒜片，需消耗30～40吨的水。由于大蒜中含有蒜氨酸，在大蒜经受物理挤压或破碎时，蒜氨酸酶被激活从而形成大蒜素，大蒜素对细菌和真菌具有很强的抑制作用，因此传统的生物法水处理工艺难以降解大蒜加工废水。
大蒜片加工废水主要成分以多糖、脂类物质等有机物为主,这些有机物没有毒性。尽管大蒜加工废水不含有毒物质，但含有大量可生物降解的有机物质。若不经过处理直接排入水体，需要消耗水中大量的溶解氧，造成水体缺氧，使水生生物死亡。废水中的悬浮物沉入水底，恶化水质。在厌氧条件下分解，大蒜加工废水中富含的有机硫化物产生特别的臭气，严重污染环境。
虽然利用生化-活性污泥法可以处理大蒜加工废水，但由于大蒜加工废水含有大蒜素等抗菌物质，对细菌具有很强的杀伤力，从而破坏微生物的正常代谢，给后面的活性污泥处理造成严重干扰，活性污泥生物***极易受到冲击而导致***的瘫痪，使其很难达到工业应用的效率和水平，加上其排放量变化较大，有机物浓度高，更增加了大蒜废水处理的难度。因此，必须对高浓度有机硫化物大蒜废水进行预处理，以减轻对后续生物处理单元的影响。
加热预处理方法对大蒜素等有机硫化物的去除有一定的作用，但其作用效果并不能满足实际生产需要，铁碳微电解法被广泛应用于废水处理工程中，国内有研究采用铁碳微电解法对大蒜切片废水进行预处理，对废水预处理有一定的效果。但是该工艺在处理废水过程中不稳定、再生性差。同时会消耗大量的铁碳、调的酸碱及曝气的动力费，在人力和物力方面都不能达到很好的效果。目前经国内某些水处理厂现场运行表明，酸碱预处理一铁炭微电解一絮凝一联合预处理工艺对去除大蒜废水有机硫化物具有效果。但该工艺过程中使用了大量的酸、碱试剂等危化品，对环境造成巨大的威胁，也为后续的生化处理带来压力，每年大量化学试剂及铁碳等材料的消耗也极大地增加了水处理成本。
20世纪80年代时期德国和荷兰等国家利用微生物处理臭气效果较好，引起了美国、日本等国家的重视，当前生物除臭已成为处理恶臭的主要技术。含氮化合物和含硫化合物被认为是主要的恶臭物质，因此除臭微生物的种类主要有：除氨微生物和脱硫微生物。微生物除臭技术是利用微生物自身的代谢作用使恶臭成分降解为无臭、无害的终产物，如H2O、CO2等，以达到除臭的目的。
微生物除臭技术对臭气的除臭效果明显且对环境条件的要求低，生长繁殖所需的能量为氧化分解过程中产生的氧化能，不需要其他的营养物质，运行成本低、具有效率高、无二次污染、所需设备简单、管理维护方便等优越性已成为治理恶臭的主要技术。运行成本低。而物理和化学除臭技术存在设备工艺复杂、成本高、有二次污染、耗能大等缺点，因此，目前无论在垃圾除臭上还是在污水处理上微生物除臭技术都在广泛地应用。
而大蒜污水中由于含有大量的大蒜素，大蒜素(Allicin)学名为二烯丙基硫代亚磺酸酯，它是在蒜氨酸酶(Alliinase)作用下，由大蒜中的蒜氨酸(Alliin)转化生成的有机硫化合物，是大蒜中的主要功能成分之一。大蒜素中的活性硫(硫代基和硫醚基)具有氧化还原特性，既能够清除氧自由基，赋予大蒜素抗氧化活性，又能和细菌细胞内的巯基基团反应，赋予大蒜素广谱抗菌活性。
在大蒜产品加工过程中产生的废水，不仅具有刺鼻的蒜臭味，较高的化学需氧量(Chemical oxygen demand，COD)，而且废水中的大蒜素能够抑制活性污泥中微生物的生长，成为当前废水治理的难题之一。目前，对大蒜素生理活性、杀菌机制、提取分离乃至化学合成研究比较多，但对其生物降解机制的研究却很少，大蒜素降解菌的分离尚未有报道，这直接影响了大蒜素加工废弃物的生物法处理，如何利用微生物降解大蒜素成为当前大蒜素加工废水处理研究的热点。
由于大蒜片加工废水成分非常复杂，而微生物除臭是个复杂的生化过程，由多种菌互营共生形成优势混合菌群才能更好的抑制恶臭物质的产生。因此，如何解决大蒜片加工废水的处理是目前急需解决的技术问题。
发明内容
针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种大蒜片加工废水除臭复合菌剂，可有效减轻大蒜片加工废水的臭味，缓解环境污染的问题。
本发明解决的技术方案是，该复合菌剂由解淀粉芽孢杆菌WS3-1菌剂、地衣芽孢杆菌WS3-2菌剂、酿酒酵母CXMJ菌剂和米根霉JG3菌剂组成，解淀粉芽孢杆菌WS3-1菌剂、地衣芽孢杆菌WS3-2菌剂、酿酒酵母CXMJ菌剂和米根霉JG3菌剂的体积比为1:1:1～2:1～3；其中解淀粉芽孢杆菌WS3-1、地衣芽孢杆菌WS3-2、酿酒酵母CXMJ和米根霉JG3的有效活菌数均大于0.2亿/mL。
所述的解淀粉芽孢杆菌WS3-1菌剂为WS3-1芽孢菌液，具体是挑取WS3-1斜面菌种接种于液体LB培养基中，37℃，180r/min摇床培养24h后得种子液，将种子液按体积比1～3％的接种量接种于WS3-1产芽孢培养基中，37℃，180r/min摇床培养48h后得WS3-1芽孢菌液，其芽孢形成率达100％；所述的WS3-1产芽孢培养基：葡萄糖30g，酵母粉40g，七水硫酸镁2g，磷酸氢二钾2g，加蒸馏水至1000mL，pH7.0～7.5，115℃灭菌20min。
所述的地衣芽孢杆菌WS3-2菌剂为WS3-2芽孢菌液，具体是挑取WS3-2斜面菌种接种于液体LB培养基中，37℃，180r/min摇床培养12～24h得种子液，将种子液按体积比1～3％的接种量接种于WS3-2产芽孢培养基中，37℃，180r/min摇床培养48h后得WS3-2芽孢菌液，其芽孢形成率达98％以上；所述的WS3-2产芽孢培养基按质量百分数为：1％豆粕粉，0.5％胰蛋白胨，0.5％NaCl，0.03％FeCl3，pH 7.5。
所述的酿酒酵母CXMJ菌剂为CXMJ发酵菌液，具体是将斜面菌种酿酒酵母CXMJ接种于YPD平板上,于25～30℃培养2～3d后挑取较大菌落接种于YPD液体培养基中，25～30℃培养16～24h得预培养液；然后取适量的酵母预培养液，接种到新鲜无菌的YPD液体培养基中，使培养液起始OD600值为0.05，30℃，150r/min振荡培养16～24h后即得发酵种子液；将种子液按体积比1～3％的接种量接种于发酵培养基中，25～30℃，180r/min摇床培养2～3d后得发酵菌液；所述的YPD培养基：酵母粉10.0g，胰蛋白胨20.0g，葡萄糖20.0g，加至蒸馏水1000mL(pH自然)，115℃灭菌20min；所述的发酵培养基：葡萄糖20g，蛋白胨7.5g，酵母粉7.5g，磷酸二氢钾0.156g，七水硫酸镁0.496g，加至蒸馏水1000mL(pH自然)，115℃灭菌20min。
所述的米根霉JG3菌剂为JG3发酵菌液，具体是将斜面菌种米根霉JG3接种于PDA培养基平板上，于25～30℃培养2～3d，用打孔器取菌块3～5片，接种至PDA培养基中，25～30℃，180r/min摇床培养24～36h后得种子液；将种子液按体积比1～3％的接种量接种于发酵培养基中，25～30℃，180r/min摇床培养2～3d后得发酵菌液。
所述的解淀粉芽孢杆菌WS3-1，其分类命名为解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)，已于2019年11月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC NO19013，保藏地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
所述的地衣芽孢杆菌WS3-2，其分类命名为地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)，已于2019年11月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCCNO19012，保藏地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
所述的酿酒酵母CXMJ，其分类命名为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)，已于2019年11月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC NO19011，保藏地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
所述的米根霉JG3，其分类命名为米根霉(Rhizopus oryzae)，已于2019年11月28日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC NO19028，保藏地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
本发明提供的一种大蒜片加工污水除臭复合菌剂可以应用于大蒜加工废水降解处理的预处理，降解大蒜素等有机硫化物，以达到除臭的目的，是废水处理微生物制剂上的创新。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
实施例1
本发明在具体实施中，该复合菌剂由解淀粉芽孢杆菌WS3-1菌剂、地衣芽孢杆菌WS3-2菌剂、酿酒酵母CXMJ菌剂和米根霉JG3菌剂按体积比1:1:1:1组成，其中解淀粉芽孢杆菌WS3-1、地衣芽孢杆菌WS3-2、酿酒酵母CXMJ和米根霉JG3的有效活菌数均大于0.2亿/mL。
实施例2
本发明在具体实施中，该复合菌剂由解淀粉芽孢杆菌WS3-1菌剂、地衣芽孢杆菌WS3-2菌剂、酿酒酵母CXMJ菌剂和米根霉JG3菌剂按体积比1:1:2:2组成，其中解淀粉芽孢杆菌WS3-1、地衣芽孢杆菌WS3-2、酿酒酵母CXMJ和米根霉JG3的有效活菌数均大于0.2亿/mL。
实施例3
本发明在具体实施中，该复合菌剂由解淀粉芽孢杆菌WS3-1菌剂、地衣芽孢杆菌WS3-2菌剂、酿酒酵母CXMJ菌剂和米根霉JG3菌剂按体积比1:1:2:3组成，其中解淀粉芽孢杆菌WS3-1、地衣芽孢杆菌WS3-2、酿酒酵母CXMJ和米根霉JG3的有效活菌数均大于0.2亿/mL。
实施例4
本发明在具体实施中，该复合菌剂由解淀粉芽孢杆菌WS3-1菌剂、地衣芽孢杆菌WS3-2菌剂、酿酒酵母CXMJ菌剂和米根霉JG3菌剂按体积比1:1:1:3组成，其中解淀粉芽孢杆菌WS3-1、地衣芽孢杆菌WS3-2、酿酒酵母CXMJ和米根霉JG3的有效活菌数均大于0.2亿/mL。
实施例5
本发明在具体实施中，该复合菌剂由解淀粉芽孢杆菌WS3-1菌剂、地衣芽孢杆菌WS3-2菌剂、酿酒酵母CXMJ菌剂和米根霉JG3菌剂按体积比1:1:2:1组成，其中解淀粉芽孢杆菌WS3-1、地衣芽孢杆菌WS3-2、酿酒酵母CXMJ和米根霉JG3的有效活菌数均大于0.2亿/mL。
本发明制备的复合菌剂可在大蒜素胁迫环境中长期生长，能够达到长时间除臭的效果，有关除臭效果试验资料如下：
1.向装有100mL大蒜片加工污水的烧杯(1L)中分别加入本发明实施例1制备的10mL液体除臭复合菌剂和解淀粉芽孢杆菌WS3-1菌剂、地衣芽孢杆菌WS3-2菌剂、酿酒酵母CXMJ菌剂、米根霉JG3菌剂四种单菌菌剂，保鲜膜密封烧杯；同时做不加菌剂的对照，每组设置三个重复，每天测定硫化氢降解率和大蒜素的降解率，连续5天测定的结果如表1和表2所示。
由表1的测定结果表明，使用各菌剂处理5d后，除臭复合菌剂与对照相比硫化氢的降解率最高为86.46％，与其它单菌剂处理组相比硫化氢的降解率差异极显著(P<0.01)。由表2的测定结果表明，使用各菌剂处理2d后，除臭复合菌剂与对照相比大蒜素的降解率高达100％，即大蒜片加工污水中的大蒜素完全降解，其它各单菌剂处理组即使到第5d大蒜素仍未降解完全。
所述硫化氢降解率(％)＝[(对照组硫化氢含量-菌剂处理后硫化氢含量)÷对照组硫化氢含量]×100％；
所述大蒜素的降解率(％)＝[(对照组大蒜素含量-菌剂处理后大蒜素含量)÷对照组大蒜素含量]×100％；
表1大蒜片加工污水除臭复合菌剂除臭效果试验硫化氢的降解率测定结果
Figure BDA0002804815730000051
表2大蒜片加工污水除臭复合菌剂除臭效果试验大蒜素的降解率测定结果
Figure BDA0002804815730000052
在上述试验的同时，还分别采用实施例2～5的除臭复合菌剂做了上述相同的试验，均取得了相同的或相近似的结果，这里不一一列举。
因此，使用本发明所提供的除臭复合菌剂可以显著地降解大蒜片加工污水中的硫化氢气体和大蒜素，以达到显著除臭的目的，与现有的物理化学和生物除臭技术相比，本发明所述的微生物复合菌剂没有任何二次污染，本发明的复合菌剂除臭效果明显高于单株菌的除臭效果，尤其是能高效去除大蒜素和硫化氢；本发明的微生物菌剂可在大蒜素胁迫环境中长期生长，能够达到长时间除臭的效果。预处理后的废水进入活性污泥处理***，能够实现达标排放。另外，本发明所提供的发酵培养基及培养条件简单，操作方便，易于工业化生产，生产成本低，是废水处理微生物制剂上的创新，具有良好的经济和社会效益。

Claims (6)

1.一种大蒜片加工废水除臭复合菌剂，其特征在于，该复合菌剂由解淀粉芽孢杆菌WS3-1菌剂、地衣芽孢杆菌WS3-2菌剂、酿酒酵母CXMJ菌剂和米根霉JG3菌剂组成，解淀粉芽孢杆菌WS3-1菌剂、地衣芽孢杆菌WS3-2菌剂、酿酒酵母CXMJ菌剂和米根霉JG3菌剂的体积比为1:1:1～2:1～3；其中解淀粉芽孢杆菌WS3-1、地衣芽孢杆菌WS3-2、酿酒酵母CXMJ和米根霉JG3的有效活菌数均大于0.2亿/mL；
所述的解淀粉芽孢杆菌WS3-1菌剂为WS3-1芽孢菌液，具体是挑取WS3-1斜面菌种接种于液体LB培养基中，37℃，180r/min摇床培养24h后得种子液，将种子液按体积比1～3%的接种量接种于WS3-1产芽孢培养基中，37℃，180r/min摇床培养48 h后得WS3-1芽孢菌液，其芽孢形成率达100%；所述的WS3-1产芽孢培养基：葡萄糖30g，酵母粉40g，七水硫酸镁2g，磷酸氢二钾2g，加蒸馏水至1000mL，pH7.0～7.5，115℃灭菌20min；
所述的地衣芽孢杆菌WS3-2菌剂为WS3-2芽孢菌液，具体是挑取WS3-2斜面菌种接种于液体LB培养基中，37℃，180r/min摇床培养12～24h得种子液，将种子液按体积比1～3%的接种量接种于WS3-2产芽孢培养基中，37℃，180r/min摇床培养48 h后得WS3-2芽孢菌液，其芽孢形成率达98%以上；所述的WS3-2产芽孢培养基按质量百分数为：1%豆粕粉，0.5%胰蛋白胨，0.5% NaCl，0.03%FeCl3，pH 7.5；
所述的酿酒酵母CXMJ菌剂为CXMJ发酵菌液，具体是将斜面菌种酿酒酵母CXMJ接种于YPD平板上, 于25～30℃培养2～3d后挑取较大菌落接种于YPD液体培养基中，25～30℃培养16～24 h得预培养液；然后取适量的酵母预培养液，接种到新鲜无菌的YPD液体培养基中，使培养液起始OD600值为0.05，30℃，150r/min振荡培养16～24h后即得发酵种子液；将种子液按体积比1～3%的接种量接种于发酵培养基中，25～30℃，180r/min摇床培养2～3d后得发酵菌液；所述的YPD培养基：酵母粉10.0g，胰蛋白胨20.0g，葡萄糖20.0g，加至蒸馏水1000mL，115℃灭菌20min；所述的发酵培养基：葡萄糖20g，蛋白胨7.5g，酵母粉7.5g，磷酸二氢钾0.156g，七水硫酸镁0.496g，加至蒸馏水1000mL，115℃灭菌20min；
所述的米根霉JG3菌剂为JG3发酵菌液，具体是将斜面菌种米根霉JG3接种于PDA培养基平板上，于25～30℃培养2～3d，用打孔器取菌块3～5片，接种至PDA培养基中，25～30℃，180r/min摇床培养24～36h后得种子液；将种子液按体积比1～3%的接种量接种于发酵培养基中，25～30℃，180r/min摇床培养2～3d后得发酵菌液；
所述的解淀粉芽孢杆菌WS3-1，其分类命名为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens），已于2019年11月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.19013 ；
所述的地衣芽孢杆菌WS3-2，其分类命名为地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis），已于2019年11月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.19012 ；
所述的酿酒酵母CXMJ，其分类命名为酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），已于2019年11月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.19011 ；
所述的米根霉JG3，其分类命名为米根霉（Rhizopus oryzae），已于2019年11月28日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.19028 。
2.根据权利要求1所述的大蒜片加工废水除臭复合菌剂，其特征在于，该复合菌剂由解淀粉芽孢杆菌WS3-1菌剂、地衣芽孢杆菌WS3-2菌剂、酿酒酵母CXMJ菌剂和米根霉JG3菌剂按体积比1:1:1:1组成。
3.根据权利要求1所述的大蒜片加工废水除臭复合菌剂，其特征在于，该复合菌剂由解淀粉芽孢杆菌WS3-1菌剂、地衣芽孢杆菌WS3-2菌剂、酿酒酵母CXMJ菌剂和米根霉JG3菌剂按体积比1:1:2:2组成。
4.根据权利要求1所述的大蒜片加工废水除臭复合菌剂，其特征在于，该复合菌剂由解淀粉芽孢杆菌WS3-1菌剂、地衣芽孢杆菌WS3-2菌剂、酿酒酵母CXMJ菌剂和米根霉JG3菌剂按体积比1:1:2:3组成。
5.根据权利要求1所述的大蒜片加工废水除臭复合菌剂，其特征在于，该复合菌剂由解淀粉芽孢杆菌WS3-1菌剂、地衣芽孢杆菌WS3-2菌剂、酿酒酵母CXMJ菌剂和米根霉JG3菌剂按体积比1:1:1:3组成。
6.根据权利要求1所述的大蒜片加工废水除臭复合菌剂，其特征在于，该复合菌剂由解淀粉芽孢杆菌WS3-1菌剂、地衣芽孢杆菌WS3-2菌剂、酿酒酵母CXMJ菌剂和米根霉JG3菌剂按体积比1:1:2:1组成。
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