CN101302485B - 一种异养硝化微生物菌剂、其培养方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境微生物领域，具体涉及一种异养硝化微生物菌剂及其培养方法和在养殖废水处理中的用途。该微生物菌剂含有嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophiliastrain DN1.1)和恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida strain DN1.2)，保藏登记号分别为CCTCC M 207074和CCTCC M 207075。该微生物菌剂能够有效脱除水体中的氨氮和总氮，脱氮过程中，不产生亚硝酸盐和硝酸盐的积累。还可同时去除有机废水中的CODCr。适用于高浓度养殖废水的处理，使用该菌剂处理养殖废水工艺简单，效果稳定。
Description
技术领域
本发明属于环境微生物领域，具体涉及一种异养硝化微生物菌剂及其培养方法和在养殖废水处理中的用途。
背景技术
养殖废水由于具有高COD、高氨氮的特点，采用硝化反硝化脱氮工艺进行处理，工艺冗长，处理成本高且难于控制，是目前环境污染治理中的重大问题。硝化反硝化脱氮工艺是普遍采用的生物脱氮技术，其特点是脱氮过程由两类不同的微生物-自养硝化菌和异养反硝化菌通过各自的硝化与反硝化的偶联代谢作用使氨氮转化为氮气。
近年来，异养硝化现象不断被发现和报道，一些异养硝化菌已经被分离出来，有些还可以同时进行好氧反硝化。已报道的异养硝化菌又大都具有好氧反硝化功能，单株菌可以同时完成COD(化学需氧量，Chemical Oxygen Demand)的去除和将氨氮转变为氮气或氮氧化物从水体中完全去除，这为实现在同一反应器内同时硝化反硝化奠定了基础。因此异养硝化菌已成为研究热点。异养硝化菌易于培养，增殖较快，底物利用范围广，在废水生物脱氮系统中可以稳定存在。异养硝化过程和自养硝化过程相比，可以在较低的温度和溶氧浓度(0.5～2.8mg/L)下发生，并且对废水的水质要求更宽，C/N比在2.0以上都可以发生。因此在有机物浓度和氨氮浓度都较高的污水处理中，异养硝化脱氮和自养硝化脱氮相比具有一定的优势。
因此，直接采用人工培养获得的异养硝化功能菌株构建异养硝化微生物菌剂，以菌剂培养物为接种物，采用软性组合填料挂膜将菌剂固定在生物反应器中，不但能够获得良好的废水脱氮效果和COD去除效果，而且能够缩短系统启动时间，拓展温度和废水水质适用范围，为解决日益严重的养殖废水对环境的污染问题作出贡献。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种异养硝化微生物菌剂处理养殖废水的方法，该异养硝化微生物菌剂具有脱除养殖废水中氮和COD的能力。
本发明的另一个目的是提供一种微生物菌剂的固定方法，使菌剂培养物可以固定在反应器中。
本发明的另一个目的是提供一种反应条件，使该异养硝化微生物菌剂对养殖废水能表现出异养脱氮能力和同时去除COD的能力。
通过本发明可达到以上各目的。
本发明可以通过以下方式得以实现：
1.本发明中的异养硝化微生物菌剂由两株具有脱氮生物活性的异养硝化细菌构成，这些细菌可以脱除水体中的氨氮和COD，且在脱氮过程中，检测不到亚硝酸盐和硝酸盐的积累。更具体地，这两株菌株分别为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia strain DN1.1)和恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida strain DN1.2)，保藏登记号分别为CCTCC M 207074和CCTCC M 207075，保藏地点为中国典型培养物保藏中心，保藏时间为2007年5月25日。
2.本发明中异养硝化微生物菌剂的培养方法
(1)所使用的培养基：
牛肉膏培养基(g/L)：牛肉膏5.0，蛋白胨10.0，NaCl 5.0，调pH 7.2～7.4，121℃灭菌20分钟。如制成固体培养基，则添加琼脂1.5％～2.0％。
(2)培养条件：
将牛肉膏培养基斜面上保存的Stenotrophomonas maltophilia strain DN1.1和Pseudomonasputida strain DN1.2用接种环刮取一环菌混和接种于牛肉膏液体培养基中，30～35℃，170～200rpm振荡培养，在20～24小时内可收获菌液，即可获得异养硝化微生物菌剂培养液。
3.本发明中所使用的反应器
反应器为圆柱形，材质为有机玻璃，底面直径8cm，高1.0m，有效高度90cm，有效容积4.5L。4个取样口，依次距底面60cm、50cm、40cm、30cm，排泥口距底面10cm。配置ACO-012电磁式空气压缩机和微孔曝气头，LZB玻璃转子气体流量计。
4.本发明中异养硝化微生物菌剂的固定方法
使用本发明提供的菌株固定方法可有效地固定异养硝化微生物菌剂。
(1)猪场废水：取自成都市某养猪场，CODCr3180-4550mg/L，NH4 +-N 455-600mg/L，pH值7.5-8.0。
(2)软性组合填料：购自浙江玉环县捷达给排水设备有限公司，悬挂安装在3所述的反应器中。
(3)取2(2)所述方法培养的异养硝化微生物菌剂培养液按其与废水的体积百分比为1-5％的比例(V∶V)接入4.5L反应器中，不接种其它活性污泥，补加猪场废水至4.5L，淹没软性组合填料，曝气量控制在100L/h-110L/h，持续曝气。
(7)观察到填料上生成淡黄色菌膜后停止曝气，开始换水运行反应器。按照5中所述方法处理养殖废水。
5.本发明养殖废水的处理方法
使用本发明所提供的养殖废水处理方法可以将养殖废水处理达到畜禽养殖废水排放标准(GB18596-2001)。
(1)将4中所述方法完成了菌剂挂膜固定化的反应器排空，重新加入猪场废水至4.5L，将曝气量控制在100L/h-110L/h，持续曝气。
(2)每隔一定时间取水样3ml，4000rpm离心6min，检测检测CODCr、氨氮、硝酸氮、亚硝酸氮，根据检测结果，当发现CODCr不足时，补充适量葡萄糖，以使氨氮获得最大降解。曝气94-96h结束试验，取此样测定TN。
(3)水样检测方法：
NH4 +-N：采用水杨酸-次氯酸盐分光光度法
NO2 --N：采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法
NO3 --N：采用DMP分光光度法
TN：采用碱性过硫酸钾法消解紫外分光光度法
CODCr：采用重铬酸钾消解分光光度法
以上方法均参照中国环境科学出版社出版的《水和废水检测分析方法》(第四版)。
NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TN、CODCr等的测定采用德国WTW多功能水质分析仪(TheSpectroquant Analysis System PhotoLab S12)，型号PhotoLab S12，工作电压12V。消煮使用WTW公司产CR 2200加热器。测试试剂为默克公司生产的配套试剂。
6.本发明异养硝化微生物菌剂用于养殖废水处理的条件
本发明异养硝化微生物菌剂可用于CODCr≤12000mg/L、氨氮含量≥450mg/L、pH6-9的养殖废水的处理，处理条件为温度10-37℃，pH6-9，曝气94-96h。
本发明中所使用的异养硝化微生物菌剂的组成菌株Stenotrophomonas maltophilia strainDN1.1和Pseudomonas putida strain DN1.2已作了专利程序的保藏，保藏号分别为CCTCC M207074和CCTCC M 207075，在本发明中，Stenotrophomonas maltophilia strain DN1.1等同于CCTCC M 207074，Pseudomonas putida strain DN 1.2等同于CCTCC M 207075。
本发明具有以下优点：
(1)本发明中所使用的异养硝化微生物菌剂基质利用范围广，易于培养。
(2)本发明中所使用的异养硝化微生物菌剂能在异养条件下对养殖废水进行脱氮，并且在脱氮过程中没有硝酸盐和亚硝酸盐的积累。
(3)本发明中所使用的异养硝化微生物菌剂可同时去除养殖废水中氨氮和COD。
(4)本发明中所使用的异养硝化微生物菌剂主要进行异化性脱氮。
(5)本发明使用异养硝化微生物菌剂培养物作为接种物，不需要添加其他污泥，经过软性组合填料挂膜，可以固定在生物反应器中。
(6)本发明培育出的异养硝化微生物菌剂有效生物浓度高，能够缩短脱氮和去除COD的时间，同时耐受高有机负荷和高氨氮负荷。
(7)本发明培育出的异养硝化好氧颗粒污泥可用于高浓度养殖废水的处理，而且在脱氮过程中，不会产生亚硝酸盐和硝酸盐的积累，可以在一个处理系统中完成快捷脱氮。使用该异养硝化好氧颗粒污泥处理废水工艺简单，脱氮效果稳定。
下面结合具体实施例进一步阐明本发明，应当理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明要求保护的范围。
具体实施方式
实施例1：本发明异养硝化微生物菌剂的固定化
(1)所使用的培养基：
牛肉膏培养基(g/L)：牛肉膏5.0，蛋白胨10.0，NaCl 5.0，调pH 7.2～7.4，121℃灭菌20分钟。如制成固体培养基，则添加琼脂1.5％～2.0％。
(2)培养条件：
将牛肉膏培养基斜面上保存的Stenotrophomonas maltophilia strain DN1.1和Pseudomonas putida strain DN1.2用接种环刮取一环菌接种于牛肉膏液体培养基中，30～35℃，
170～200rpm振荡培养，在20～24小时内可收获菌液，即可获得异养硝化微生物菌剂培养液。
(3)将培养的异养硝化微生物菌剂培养液共260mL接入4.5L反应器中，不接种其它活性污泥，补加猪场废水至4.5L，淹没软性组合填料。反应器为圆柱形，材质为有机玻璃，底面直径8cm，高1.0m，有效高度90cm，有效容积4.5L。4个取样口，依次距底面60cm、50cm、40cm、30cm，排泥口距底面10cm。配置ACO-012电磁式空气压缩机和微孔曝气头，LZB玻璃转子气体流量计。
(4)控制反应器曝气量为100-110L/h，闷曝3天即可完成菌剂挂膜。肉眼观察可见填料表面生成淡黄色菌膜。
实施例2：本发明异养硝化微生物菌剂对猪场废水的处理
猪场废水取自成都市某养猪场，CODCr3180-4550mg/L，NH4 +-N 455-600mg/L，pH值7.5-8.0。
表3异养硝化微生物菌剂处理猪场废水试验一
表4异养硝化微生物菌剂处理猪场废水试验二
反应器为圆柱形，材质为有机玻璃，底面直径8cm，高1.0m，有效高度90cm，有效容积4.5L。4个取样口，依次距底面60cm、50cm、40cm、30cm，排泥口距底面10cm。配置ACO-012电磁式空气压缩机和微孔曝气头，LZB玻璃转子气体流量计。反应器以批次运行方式运行，结果见表3、表4。从表中可以看出，异养硝化微生物菌剂对猪场废水的处理具有良好的效果。实验运行至94-95h，对废水中氨氮的去除率达到87-88％，处理出水中氨氮含量为59-72mg/L，均低于80mg/L，可以达到畜禽养殖废水排放标准(GB18596-2001)。由于人为添加了葡萄糖，出水中CODCr含量比较高，可以进一步调整试验来降低CODCr。在猪场废水处理试验中进水TN790mg/L时，处理95h后出水TN 164mg/L，TN去除率为79.2％，由此可见异养硝化微生物菌剂对猪场废水具有良好的脱氮作用。
Claims (4)
1.一种异养硝化微生物菌剂，其特征在于该微生物菌剂含有嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)strain DN1.1和恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)strain DN1.2，保藏登记号分别为CCTCC M 207074和CCTCC M 207075。
2.一种培养权利要求1中所述菌剂的方法，其特征在于：采用牛肉膏蛋白胨培养基，在pH7.2～7.4，30～35℃，170～200rpm条件下振荡培养20～24小时，即可获得异养硝化微生物菌剂培养液。
3.一种固定权利要求1所述菌剂的方法，其特征在于：将软性组合填料悬挂安装在反应器中，把权利要求2中所述方法培养的异养硝化微生物菌剂培养液按体积比为1-5％的比例接入反应器中，不接种其它活性污泥，补加猪场废水淹没软性组合填料，持续曝气，当填料上生成淡黄色菌膜后停止曝气，完成微生物菌剂的固定化。
4.一种权利要求1中所述的菌剂在养殖废水处理中的应用。
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