CN116640702A - 一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的制备方法和应用。本发明通过芽孢杆菌、酵母菌、硝化细菌和好氧反硝化细菌的相互配合，有效除去养殖废水中的COD、BOD5、氨氮和总氮，使处理后的出水达到国家城镇污水排放标准一级A标准。
Description
本申请是名为《一种用于处理养殖废水的微生物菌剂及其制备方法和应用》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2019年03月07日，申请号为201910170887.1。
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，特别是涉及一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的制备方法和应用。
背景技术
我国养殖业随着人们生活质量的提高而不断发展，养殖户越来越多，养殖规模越来越大。养殖业一直是污染大户，由于畜禽对饲料中的蛋白质吸收差，饲料中超过一半的氮磷物质随粪尿排出，因此养殖废水中含大量氮磷。如果不经处理直接将养殖废水排入自然水体，将造成水体富营养化，进而引发蓝藻水华和土壤板结等一系列环境问题，严重地将直接威胁人类的健康安全。因此，如何有效处理养殖废水成为刻不容缓的问题。
目前国内外处理养殖废水的主要模式有三种：还田模式、自然处理模式和工业化处理模式。还田模式是指将养殖废水直接排入农田，以养殖废水中氮磷作为肥料提高土壤肥力，其优点是操作简单、成本低廉，但需要足够多的土地来承纳如此多的养殖废水，且氮磷超过土壤负载后，土地也将遭受污染。自然处理模式是指采用人工湿地和生态塘等手段，利用自然微生物和水生植物的联合作用，降解养殖废水中的有机物和氮磷。该方法成本较低且能够降解一定的污染物，但处理效果受环境影响大，当污染物压力或环境影响大时，***易崩溃，遇到大的降雨，污染还会进一步扩散。工业化处理模式是指，经过固液分离、厌氧池和好氧池等一系列工业化处理达到降解污染的目的，该方法处理效果较好，***也相对稳定，但建设和维护成本高。目前，我国大部分规模化养殖场采用工业化处理模式，严格按照操作标准可以实现养殖废水出水达到国家排放标准，而实际***运行过程中，受进水波动和维护成本的影响，养殖废水中有机污染物和氮磷仍不能很好地去除。随着国家环保政策越来越严厉，污染物减排要求也日益提高，达不到排放标准的养殖场面临关停的风险。通过添加合适的微生物菌剂，可以大幅提高污染物去除效率，同时也能有效去除一些难降解的可溶性污染物，保障废水出水远低于国家排放标准。
目前养殖废水处理中脱氮还停留在脱氨氮层面，目前现有技术很少涉及总氮的去除，包括我国正在执行的《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-20012003-01-01实施)也没有限定总氮的排放标准。在氨氮转化为亚硝态氮和硝态氮后，传统工艺需要在厌氧环境才能实现反硝化，将硝态氮转化为氮气，这需要养殖户增设一个厌氧池，从而加重了养殖户的负担，因此现有技术往往不考虑总氮指标，而总氮浓度高的污水排入自然水体，无疑会增大自然水体自净负担，使水体富营养化。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的制备方法和应用，能够同时除去养殖废水中的氨氮和总氮，且可以减少菌体蛋白在冷冻过程中冻伤死亡率，提高冷冻后菌剂的活菌数量，并且将微生物菌剂投加到养殖废水中，可同时除去养殖废水中的氨氮和总氮，废水处理成本低。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的制备方法，包括以下步骤：
(11)将保持在冰箱中的不同菌种分别在营养肉汤固体培养基上活化，分别挑取单菌落接种于不同的含营养肉汤液体培养基的容器中，培养得到种子液；
(12)将步骤(11)所得的各个种子液分别接种到发酵罐中，进行好氧发酵，得到发酵液；
(13)将步骤(12)所得的各个发酵液进行离心，得到菌体，将不同的菌体和保护剂混合进行真空冷冻干燥，得固体微生物菌剂；
所述菌种包括芽孢杆菌、酵母菌、硝化细菌和好氧反硝化细菌，所述好氧反硝化细菌包括门多萨假单胞菌、施氏假单胞菌和粪产碱杆菌；所述保护剂包括蔗糖、脱脂奶粉和明胶；所述保护剂包括蔗糖3-8份、脱脂奶粉2-6份和明胶0.5-2.5份；所述芽孢杆菌包括枯草芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌；所述硝化细菌包括硝化杆菌和亚硝化单胞菌；所述酵母菌为假丝酵母菌；微生物菌剂总有效活菌数大于2×108CFU/g；微生物菌剂的COD去除率为98.6％；BOD5去除率为98.8％；总氮去除率为94.6％；氨氮去除率为94.9％。
优选地，包括芽孢杆菌1-6份、酵母菌1-6份、硝化细菌1-5份和好氧反硝化细菌1-5份；
所述芽孢杆菌包括枯草芽孢杆菌1-5份、凝结芽孢杆菌1-5份和地衣芽孢杆菌1-4份；
所述硝化细菌包括硝化杆菌1-6份和亚硝化单胞菌2-7份；
所述好氧反硝化细菌包括门多萨假单胞菌2-6份、施氏假单胞菌1-4份和粪产碱杆菌1-5份。
相应的，本发明还提供了一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的应用，将微生物菌剂投加到废水处理***的好氧池中，其中，微生物菌剂的投加量为10-100mg/L，好氧池中的溶解氧含量大于2mg/L，pH为7.0-8.5，碳氮比为(5-20)：1，氮磷比为(5-20)：1，水力停留时间为8-120h。
实施本发明，具有如下有益效果：
1、本发明提供的一种用于处理养殖废水的微生物菌剂，应用在养殖废水处理领域，所述微生物菌剂包括芽孢杆菌、酵母菌、硝化细菌和好氧反硝化细菌。本发明通过芽孢杆菌、酵母菌、硝化细菌和好氧反硝化细菌的相互配合，有效除去养殖废水中的COD、BOD5、氨氮和总氮，使处理后的出水达到国家城镇污水排放标准一级A标准。
其中，所述好氧反硝化细菌包括门多萨假单胞菌、施氏假单胞菌和粪产碱杆菌。本发明的好氧反硝化细菌能在现有的好氧池中除去废水中的氨氮、硝态盐和亚硝态盐，从而不需要增设厌氧池，大大节省废水处理成本。
2、本发明提供的一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的制备方法，将不同的菌体和保护剂混合进行真空冷冻干燥，得固体微生物菌剂。采用本发明方法制备的微生物菌剂，可以便于储存和运输，并有效提高活菌数量，降低成本。
其中，所述保护剂包括蔗糖、脱脂奶粉和明胶。本发明通过保护剂来减少菌体蛋白在冷冻过程中冻伤死亡率，提高冷冻后菌剂的活菌数量。
3、本发明提供一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的应用，将上述微生物菌剂投加到废水处理***的好氧池中。本发明的好氧反硝化细菌能在现有的好氧池中除去废水中的氨氮、硝态盐和亚硝态盐，从而不需要增设厌氧池，与现有的厌氧反硝化技术相比，本发明的好氧池比厌氧池更好实现，成本更低，适合养殖废水处理。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本申请的说明书和权利要求书的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。
本发明提供的一种用于处理养殖废水的微生物菌剂，所述微生物菌剂应用在养殖废水处理领域。
所述微生物菌剂包括芽孢杆菌、酵母菌、硝化细菌和好氧反硝化细菌。其中，芽孢杆菌将废水中的大分子有机物分解为小分子有机物，从而降解废水中的COD和氨氮，并为其他微生物生长提供碳源；酵母菌将废水中的糖类、蛋白类和油脂类有机物分解成二氧化碳、水、小分子有机酸和多肽；硝化细菌将废水中的多肽和铵盐物质分解为硝酸盐；好氧反硝化菌将废水中的氨氮、硝态盐和亚硝态盐分解为氮气，从而除去废水中的氨氮和总氮。
本发明通过芽孢杆菌、酵母菌、硝化细菌和好氧反硝化细菌的相互配合，有效除去养殖废水中的COD、BOD5、氨氮和总氮，使处理后的出水达到国家城镇污水排放标准一级A标准，其中，COD＜50mg/L，BOD5＜10mg/L，总氮＜15mg/L，氨氮＜8mg/L。
此外，本发明的好氧反硝化细菌能在现有的好氧池中除去废水中的氨氮、硝态盐和亚硝态盐，从而不需要增设厌氧池，大大节省废水处理成本。
为了保证处理后的出水达到上述标准，所述微生物菌剂总有效活菌数必须大于2×108CFU/g。若微生物菌剂总有效活菌数低于2×108CFU/g，则废水处理效率低，甚至达不到处理效果。
优选的，所述好氧反硝化细菌包括门多萨假单胞菌、施氏假单胞菌和粪产碱杆菌。所述芽孢杆菌包括枯草芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌。所述硝化细菌包括硝化杆菌和亚硝化单胞菌。所述酵母菌为假丝酵母菌。需要说明的是，上述菌属不限于本申请所述列出的细菌。
具体的，所述微生物菌剂包括芽孢杆菌1-6份、酵母菌1-6份、硝化细菌1-5份和好氧反硝化细菌1-5份；
所述芽孢杆菌包括枯草芽孢杆菌1-5份、凝结芽孢杆菌1-5份和地衣芽孢杆菌1-4份；
所述硝化细菌包括硝化杆菌1-6份和亚硝化单胞菌2-7份；
所述好氧反硝化细菌包括门多萨假单胞菌2-6份、施氏假单胞菌1-4份和粪产碱杆菌1-5份。
需要说明的是，本发明所述菌种均可以从中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)以及美国模式培养物集存库(ATCC)、中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)购买得到。
本发明的另一目的是提供一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的制备方法，包括以下步骤：
(11)将保持在冰箱中的不同菌种分别在营养肉汤固体培养基上活化，分别挑取单菌落接种于不同的含营养肉汤液体培养基的容器中，培养得到种子液；
(12)将步骤(11)所得的各个种子液分别接种到发酵罐中，进行好氧发酵，得到发酵液；
(13)将步骤(12)所得的各个发酵液进行离心，得到菌体，将不同的菌体和保护剂混合进行真空冷冻干燥，得固体微生物菌剂；
所述菌种包括芽孢杆菌、酵母菌、硝化细菌和好氧反硝化细菌，所述好氧反硝化细菌包括门多萨假单胞菌、施氏假单胞菌和粪产碱杆菌。
本发明的保护剂可以改变生物样品冷冻干燥时的物理、化学环境，减轻或防止冷冻干燥或复水对细胞的损害，尽可能保持原有的各种生理生化特性和生物活性，从而减少菌体蛋白在冷冻过程中冻伤死亡率，提高冷冻后菌剂的活菌数量。
具体的，所述保护剂包括蔗糖、脱脂奶粉和明胶。其中，蔗糖属于渗透型保护剂，可渗透进细胞壁但不能透过细胞膜，渗透型保护剂在溶液中易结合水分子发生水合作用，使溶液的粘性增加，从而弱化了水的结晶过程，抑制微生物细胞干燥脱水过程中质膜的相变，从而达到了保护的目的。脱脂奶粉主要成分是蛋白质，属于大分子保护剂，大分子保护剂通过“包裹”的形式保护菌体，同时促进低分子保护剂发挥作用。明胶属于非渗透型保护剂，非渗透型保护剂不能进入细胞，它使溶液呈过冷状态，即可在特定温度下降低溶质浓度，从而起到保护作用。
现有的保护剂没有适用于不同微生物种类的通用配方，且现有的保护剂通常为复合配方。本发明所述保护剂种类及配方针对本发明微生物菌剂制定，用不同类型的保护剂组合可以增加保护效率，同时是良好的赋形剂，可以提升产品外观品质。
优选的，所述保护剂包括蔗糖3-8份、脱脂奶粉2-6份和明胶0.5-2.5份。更优的，所述保护剂包括蔗糖5份、脱脂奶粉3份和明胶1份。
此外，采用上述方法制备的微生物菌剂，可以便于储存和运输，并有效提高活菌数量，降低成本。
需要说明的是，所述芽孢杆菌包括枯草芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌；所述硝化细菌包括硝化杆菌和亚硝化单胞菌；所述酵母菌为假丝酵母菌。
具体的，所述微生物菌剂，包括芽孢杆菌1-6份、酵母菌1-6份、硝化细菌1-5份和好氧反硝化细菌1-5份；
所述芽孢杆菌包括枯草芽孢杆菌1-5份、凝结芽孢杆菌1-5份和地衣芽孢杆菌1-4份；
所述硝化细菌包括硝化杆菌1-6份和亚硝化单胞菌2-7份；
所述好氧反硝化细菌包括门多萨假单胞菌2-6份、施氏假单胞菌1-4份和粪产碱杆菌1-5份。
本发明的另一目的是提供一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的应用，将微生物菌剂投加到废水处理***的好氧池中，其中，微生物菌剂的投加量为10-100mg/L，好氧池中的溶解氧含量大于2mg/L，pH为7.0-8.5，碳氮比为(5-20)：1，氮磷比为(5-20)：1，水力停留时间为8-120h。其中，碳氮比以(BOD5：TN)计算，氮磷比以(TN：TP)计算。
本发明通过芽孢杆菌、酵母菌、硝化细菌和好氧反硝化细菌的相互配合，有效除去养殖废水中的COD、BOD5、氨氮和总氮，使处理后的出水达到国家城镇污水排放标准一级A标准，其中，COD＜50mg/L，BOD5＜10mg/L，总氮＜15mg/L，氨氮＜8mg/L。
此外，本发明的好氧反硝化细菌能在现有的好氧池中除去废水中的氨氮、硝态盐和亚硝态盐，从而不需要增设厌氧池，与现有的厌氧反硝化技术相比，本发明的好氧池比厌氧池更好实现，成本更低，适合养殖废水处理。
需要说明的是，微生物发挥作用需要一定的水力停留时间，若好氧池水力停留时间低于8h，则容易造成微生物的流失，***处理能力降低。若因条件限制，水力停留时间需要在8h以下，可以通过增加微生物投加量的方式来达到处理效果。
下面将以具体实施例来阐述本发明
实施例1
一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的制备方法，包括以下步骤：
(11)将保持在冰箱中的不同菌种分别在营养肉汤固体培养基上活化，分别挑取单菌落接种于不同的含营养肉汤液体培养基的容器中，培养得到种子液；
(12)将步骤(11)所得的各个种子液分别接种到发酵罐中，进行好氧发酵，得到发酵液，其中，发酵液中有效活菌数大于2×109CFU/g；
(13)将步骤(12)所得的各个发酵液进行离心，得到菌体，将不同的菌体和保护剂混合进行真空冷冻干燥，得固体微生物菌剂；
所述菌种包括芽孢杆菌5份、酵母菌3份、硝化细菌4份和好氧反硝化细菌3份；
所述芽孢杆菌包括枯草芽孢杆菌3份、凝结芽孢杆菌3份和地衣芽孢杆菌3份；
所述硝化细菌包括硝化杆菌3份和亚硝化单胞菌4份；
所述好氧反硝化细菌包括门多萨假单胞菌4份、施氏假单胞菌3份和粪产碱杆菌3份。
一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的应用，将微生物菌剂投加到废水处理***的好氧池，其中，微生物菌剂的投加量为100mg/L，好氧池的溶解氧含量大于2mg/L，pH为7.0-8.5，碳氮比为(5-20)：1，氮磷比为(5-20)：1，水力停留时间为8h。
废水处理***(厌氧-好氧-好氧工艺)连续运行一个月后，对各个池中的废水进行检查，结果如下：
实施例2
一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的制备方法，包括以下步骤：
(11)将保持在冰箱中的不同菌种分别在营养肉汤固体培养基上活化，分别挑取单菌落接种于不同的含营养肉汤液体培养基的容器中，培养得到种子液；
(12)将步骤(11)所得的各个种子液分别接种到发酵罐中，进行好氧发酵，得到发酵液，其中，发酵液中有效活菌数大于2×109CFU/g；
(13)将步骤(12)所得的各个发酵液进行离心，得到菌体，将不同的菌体和保护剂混合进行真空冷冻干燥，得固体微生物菌剂；
所述菌种包括芽孢杆菌2份、酵母菌2份、硝化细菌1份和好氧反硝化细菌1份；
所述芽孢杆菌包括枯草芽孢杆菌1份、凝结芽孢杆菌1份和地衣芽孢杆菌1份；
所述硝化细菌包括硝化杆菌1份和亚硝化单胞菌2份；
所述好氧反硝化细菌包括门多萨假单胞菌2份、施氏假单胞菌1份和粪产碱杆菌1份。
一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的应用，将微生物菌剂投加到废水处理***的好氧池，其中，微生物菌剂的投加量为10mg/L，好氧池的溶解氧含量大于2mg/L，pH为7.0-8.5，碳氮比为(5-20)：1，氮磷比为(5-20)：1，水力停留时间为120h。
废水处理***(厌氧-好氧-好氧工艺)连续运行一个月后，对各个池中的废水进行检查，结果如下：
实施例3
一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的制备方法，包括以下步骤：
(11)将保持在冰箱中的不同菌种分别在营养肉汤固体培养基上活化，分别挑取单菌落接种于不同的含营养肉汤液体培养基的容器中，培养得到种子液；
(12)将步骤(11)所得的各个种子液分别接种到发酵罐中，进行好氧发酵，得到发酵液，其中，发酵液中有效活菌数大于2×109CFU/g；
(13)将步骤(12)所得的各个发酵液进行离心，得到菌体，将不同的菌体和保护剂混合进行真空冷冻干燥，得固体微生物菌剂；
所述菌种包括芽孢杆菌3份、酵母菌5份、硝化细菌6份和好氧反硝化细菌5份；
所述芽孢杆菌包括枯草芽孢杆菌5份、凝结芽孢杆菌5份和地衣芽孢杆菌4份；
所述硝化细菌包括硝化杆菌6份和亚硝化单胞菌7份；
所述好氧反硝化细菌包括门多萨假单胞菌6份、施氏假单胞菌4份和粪产碱杆菌6份。
一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的应用，将微生物菌剂投加到废水处理***的好氧池，其中，微生物菌剂的投加量为60mg/L，好氧池的溶解氧含量大于2mg/L，pH为7.0-8.5，碳氮比为(5-20)：1，氮磷比为(5-20)：1，水力停留时间为72h。
废水处理***(厌氧-好氧-好氧工艺)连续运行一个月后，对各个池中的废水进行检查，结果如下：
实施例1、2和3使用本发明微生物菌剂处理废水后，好氧池出水水质得到明显改善，出水优于国家畜禽养殖业污水排放标准(GB18596-2001)，达到国家城镇污水排放标准一级A标准(GB18918-2002，COD＜50mg/L，BOD5＜10mg/L，总氮＜15mg/L，氨氮＜5mg/L)。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (3)
1.一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(11)将保持在冰箱中的不同菌种分别在营养肉汤固体培养基上活化，分别挑取单菌落接种于不同的含营养肉汤液体培养基的容器中，培养得到种子液；
(12)将步骤(11)所得的各个种子液分别接种到发酵罐中，进行好氧发酵，得到发酵液；
(13)将步骤(12)所得的各个发酵液进行离心，得到菌体，将不同的菌体和保护剂混合进行真空冷冻干燥，得固体微生物菌剂；
所述菌种包括芽孢杆菌、酵母菌、硝化细菌和好氧反硝化细菌，所述好氧反硝化细菌包括门多萨假单胞菌、施氏假单胞菌和粪产碱杆菌；所述保护剂包括蔗糖、脱脂奶粉和明胶；所述保护剂包括蔗糖3-8份、脱脂奶粉2-6份和明胶0.5-2.5份；所述芽孢杆菌包括枯草芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌；所述硝化细菌包括硝化杆菌和亚硝化单胞菌；所述酵母菌为假丝酵母菌；微生物菌剂总有效活菌数大于2×108CFU/g；微生物菌剂的COD去除率为98.6％；BOD5去除率为98.8％；总氮去除率为94.6％；氨氮去除率为94.9％。
2.如权利要求1所述的用于处理养殖废水的微生物菌剂的制备方法，其特征在于，包括芽孢杆菌1-6份、酵母菌1-6份、硝化细菌1-5份和好氧反硝化细菌1-5份；
所述芽孢杆菌包括枯草芽孢杆菌1-5份、凝结芽孢杆菌1-5份和地衣芽孢杆菌1-4份；
所述硝化细菌包括硝化杆菌1-6份和亚硝化单胞菌2-7份；
所述好氧反硝化细菌包括门多萨假单胞菌2-6份、施氏假单胞菌1-4份和粪产碱杆菌1-5份。
3.权利要求1-2任一项所述方法制备的用于处理养殖废水的微生物菌剂在养殖废水中的应用，其特征在于，将微生物菌剂投加到废水处理***的好氧池中，其中，微生物菌剂的投加量为10-100mg/L，好氧池中的溶解氧含量大于2mg/L，pH为7.0-8.5，碳氮比为(5-20)：1，氮磷比为(5-20)：1，水力停留时间为8-120h。
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