CN101327405B

CN101327405B - 降解“三苯”VOCs废气的复合微生物菌剂的制备方法

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Publication number: CN101327405B
Application number: CN2008100637372A
Authority: CN
Inventors: 陈建孟; 张丽丽; 吴石金; 王家德; 叶峰
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2028-07-25
Also published as: CN101327405A

Abstract

本发明公开了一种降解“三苯”VOCs废气的复合微生物菌剂的制备方法。它首先以含三苯类物质的培养基驯化取自污水处理厂的活性污泥，以驯化获得的高降解性能的活性污泥作为混合菌种，接种至菌剂载体材料，经固体发酵培养可获得复合微生物菌剂。所述制备方法包括活性污泥的驯化、菌剂载体材料的按比例混合和固体发酵培养，制备方法简单，成本低，有效结合了活性污泥混合体系微生物种群丰富、菌群结构合理和菌剂利于长期保存的优点，因其针对目标污染物制备，在废气生物处理实际应用中可缩短驯化时间，加速反应装置的快速启动。它可替代活性污泥快速启动废气生物净化反应器，实现目标污染物的高效降解。

Description

降解“三苯”VOCs废气的复合微生物菌剂的制备方法

技术领域

本发明涉及废气净化技术，尤其是涉及一种降解“三苯”VOCs废气的复合微生物菌剂的制备方法。

背景技术

大气污染是目前最突出的环境问题之一。挥发性有机化合物(VOCs)是除粉尘之外排放范围最广泛、种类最多的大气污染物。根据以往的研究和相关的污染源调查报告，在实际排放的VOCs中，工业“三苯”(苯、甲苯、二甲苯)VOCs占有较大比例，是一类主要挥发性有机污染物，已被许多国家列入优先控制污染物。大量的“三苯”废气排放到大气中势必对大气环境与人类健康造成有害影响。研发“三苯”废气的污染控制技术显得十分重要和迫切。目前，生物降解技术是净化这类物质的有效方法之一。

废气生物处理系统中，微生物是工作的主体。所有废气生物处理装置(生物滤床、生物滴滤床或其他生物处理反应器)，在启动阶段都需要接种微生物。目前，废气生物处理系统在应用过程中多采用活性污泥接种启动反应器。但活性污泥接种的反应器常存在启动时间长、启动期去除效率不高、性质不稳定等缺点，特别是在难降解混合废气生物净化过程中，此类问题尤为突出。此外，污泥活性保存周期短，且携带、运输不便。活性污泥的上述特点一定程度上限制了生物净化技术在废气治理领域的应用。微生物菌剂在环保技术领域的应用主要集中在难降解废水、粪便无害化处理等方面。经检索有关专利文献，目前尚未检索到应用于“三苯”VOCs废气生物处理体系的复合微生物菌剂。该类复合微生物菌剂取代活性污泥应用于废气生物处理装置的启动，具有易保存、携带方便等优点，可达到快速启动反应器和提高处理效率的目的，在废气生物净化的工程实践中极具开发潜力和应用前景。

发明内容

为了克服用于启动废气生物处理装置的活性污泥在实际应用中存在的不足，本发明的目的在于提供一种降解“三苯”VOCs废气的复合微生物菌剂的制备方法，该类菌剂可替代活性污泥进行接种。

本发明采用的技术方案是：

它由高降解活性的混合菌种和菌剂载体材料组成，经固体发酵培养制成。

所述的高降解活性的混合菌种是以含三苯类物质的污泥培养基驯化取自污水处理厂曝气池内的活性污泥，获得的高降解性能的活性污泥作为混合菌种。

所述的污泥驯化培养基由苯、甲苯、邻二甲苯、K₂HPO₄、Na₂HPO₄、KH₂PO₄、NH₄Cl、MgSO₄、CaCl₂、FeCl₃、MnSO₄、ZnSO₄和(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O组成，它们的浓度范围依次分别为800～1000mg/L、500～1000mg/L、300～500mg/L、2.0～6.0mg/L、5.0～8.0mg/L、1.5～4.0mg/L、4.5～6.0mg/L、6.5～8.5mg/L、4.0～8.0mg/L、0.25～1.0mg/L、0.05～0.5mg/L、0.01～0.1mg/L、0.01～0.05mg/L；采用定期更换培养基持续驯化的方式驯化活性污泥，直至其对三苯类物质降解效率≥95％。

所述的菌剂载体材料由麦麸、纤维素和稳定剂组成，它们的重量百分数范围为：80％～90％∶5％～15％∶5％，加入2倍的水混匀，121℃湿热灭菌30～40min冷却待用。

所述的高降解活性的混合菌种加入量与菌剂载体材料的重量比为1～3∶10，固体培养发酵温度范围为35℃～45℃，菌剂干燥温度范围为30℃～50℃，干燥后磨粉封装冷藏。

所述的纤维素选为红木屑。所述的稳定剂选用硅藻土。

本发明中菌剂的使用方法为：根据实际废气的主要成分，预先驯化活性污泥获得具有高降解活性的混合菌种，采用上述方法制得复合菌剂产品后，打开包装将菌剂加入至废气生物处理反应体系中的培菌装置中进行扩增培养，将培养好的混合菌液循环淋洒于生物填料上，使废气生物处理装置快速启动。

本发明具有的有益效果是：

(1)利用定向驯化后的活性污泥作为混合菌种，微生物种群丰富、群落结构合理，比人工组合的混合菌种更具生态合理性和代谢互补性；

(2)复合微生物菌剂在实际工程应用中可替代活性污泥接种启动废气生物处理装置，因其针对目标污染物制备，可缩短驯化时间，加速反应装置的快速启动；

(3)复合微生物菌剂相对于活性污泥更利于长期保存，4℃冷藏保存时间长达1年，其对三苯类物质去除率下降在10％以内，延长了使用寿命；

(4)使用方便，包装、运输便利，可形成商品化。

具体实施方式

实施例1：

(1)样品采集：活性污泥取自某污水厂曝气池，至4℃冰箱保存，48h内使用。

(2)活性污泥驯化培养基：苯800mg/L，甲苯500mg/L，邻二甲苯300mg/L，K₂HPO₄ 2.0mg/L，Na₂HPO₄ 5.0mg/L，KH₂PO₄ 1.5mg/L，NH₄Cl 4.5mg/L，MgSO₄6.5mg/L，4.0mg/L CaCl₂，0.25mg/L FeCl₃，MnSO₄ 0.05mg/L，ZnSO₄ 0.01mg/L，(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O 0.01mg/L。

(3)活性污泥驯化方法：将新鲜污泥沉降30min，取50ml的浓污泥置于500ml的锥形瓶中，加入100ml的驯化培养基。锥形瓶置入摇床在28℃，160rpm振荡培养，每5天为一个驯化周期，一个周期内隔天测量驯化体系pH，调至6.0-8.0。每个周期结束后更换新鲜的培养基和添加相同浓度的三苯类物质，定期检测活性污泥的比降解速率和耐受能力，持续驯化直至其对三苯类物质降解速率≥95％。

(4)菌剂载体制备：麦麸、红木屑和硅藻土按90％∶5％∶5％混合，按载体∶水为1∶2的量加入水(pH调至5)，混匀后分装，每500ml的锥形瓶加入50克的载体，121℃湿热灭菌30min后冷却待用。

(5)复合微生物菌剂制备过程：在上述(4)制备的载体中接种5ml驯化后的混合菌种，35℃固体发酵培养48h，微生物在载体上的生长情况通过平板计数检测，当载体上的微生物数量大于10亿个/g后，对发酵物在30℃下进行干燥，干燥后碾磨成粉末分装保存。

(6)复合微生物菌剂的降解性能：取上述(5)制备的微生物菌剂0.5g降解100ml三苯混合物(各物质初始浓度分别为100mg/L)，24h后苯、甲苯、邻二甲苯去除率分别为75.2％、80.2％、78.4％。

实施例2：

(1)样品采集：同实施例1。

(2)活性污泥驯化培养基：苯1000mg/L，甲苯1000mg/L，邻二甲苯500mg/L，K₂HPO₄ 6.0mg/L，Na₂HPO₄ 8.0mg/L，KH₂PO₄ 4.0mg/L，NH₄Cl 6.0mg/L，MgSO₄ 8.5mg/L，8.0mg/L CaCl₂，1.0mg/L FeCl₃，MnSO₄ 0.5mg/L，ZnSO₄ 0.1mg/L，(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O 0.1mg/L。

(3)活性污泥驯化方法：同实施例1。

(4)菌剂载体制备：麦麸、红木屑和硅藻土按85％∶10％∶5％混合，按载体∶水为1∶2的量加入水(pH调至7)，混匀后分装，每500ml的锥形瓶加入50克的载体，121℃湿热灭菌30min后冷却待用。

(5)复合微生物菌剂制备过程：在上述(2)制备的载体中接种10ml驯化后的混合菌种，40℃固体发酵培养48h，微生物在载体上的生长情况通过平板计数检测，当载体上的微生物数量大于10亿个/g后，对发酵物在40℃下进行干燥，干燥后碾磨成粉末分装保存。

(6)复合微生物菌剂的降解性能：取上述(3)制备的微生物菌剂0.5g降解100ml三苯混合物(各物质初始浓度分别为100mg/L)，24h后苯、甲苯、邻二甲苯去除率分别为85.2％、90.2％、88.4％。

实施例3：

(1)样品采集：同实施例1。

(2)活性污泥驯化培养基：苯800mg/L，甲苯800mg/L，邻二甲苯400mg/L，K₂HPO₄ 4.0mg/L，Na₂HPO₄ 6.5mg/L，KH₂PO₄ 4.0mg/L，NH₄Cl 5.0mg/L，MgSO₄7.0mg/L，6.0mg/L CaCl₂，0.7mg/L FeCl₃，MnSO₄ 0.2mg/L，ZnSO₄ 0.05mg/L，(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O 0.03mg/L。

(3)活性污泥驯化方法：同实施例1。

(4)菌剂载体制备：麦麸、纤维素和稳定剂按80％∶15％∶5％混合，按载体∶水为1∶2的量加入水(pH调至8)，混匀后分装，每500ml的锥形瓶加入50克的载体，121℃湿热灭菌30min后冷却待用。

(5)复合微生物菌剂制备过程：在上述(2)制备的载体中接种15ml驯化后的混合菌种，45℃固体发酵培养48h，微生物在载体上的生长情况通过平板计数检测，当载体上的微生物数量大于10亿个/g后，对发酵物在45℃下进行干燥，干燥后碾磨成粉末分装保存。

(6)复合微生物菌剂的降解性能：取上述(3)制备的微生物菌剂0.5g降解100ml三苯混合物(各物质初始浓度分别为100mg/L)，24h后苯、甲苯、邻二甲苯去除率分别为95.2％、98.2％、92.4％。

实施例4：

(1)样品采集、活性污泥驯化培养基及驯化方法同实施例3。

(2)菌剂载体制备：麦麸、纤维素和稳定剂按85％∶10％∶5％混合，按载体∶水为1∶2的量加入水(pH调至10)，混匀后分装，每500ml的锥形瓶加入50克的载体，121℃湿热灭菌30min后冷却待用。

(3)复合微生物菌剂制备过程：在上述(2)制备的载体中接种8ml驯化后的混合菌种，35℃固体发酵培养48h，微生物在载体上的生长情况通过平板计数检测，当载体上的微生物数量大于10亿个/g后，对发酵物在50℃下进行干燥，干燥后碾磨成粉末分装保存。

(4)复合微生物菌剂的降解性能：取上述(3)制备的微生物菌剂0.5g降解100ml三苯混合物(各物质初始浓度分别为100mg/L)，24h后苯、甲苯、邻二甲苯去除率分别为93.2％、95.2％、90.4％。

对比例：

设计两套平行生物滤塔反应器(A和B)，分别采用污水厂活性污泥和上述实施例中制备的复合微生物菌剂接种并启动反应器，考察启动时间及反应器运行性能。试验采用的生物滤塔由有机玻璃制成，内径150mm，总高1000mm，其中填料层高度为680mm。三苯类混合废气采用动态配气法配置，从空气压缩机出来的气流分成2股，辅气流进入苯、甲苯、邻二甲苯液体挥发瓶，含有三苯蒸汽的辅气流进入气体混合瓶与主气流混合，形成三苯废气。废气中苯、甲苯、邻二甲苯浓度范围分别为440～520mg/m³、340～450mg/m³、125～280mg/m³，废气流量通过气体流量计控制，空床气速0.05m/s。反应器A采用500mL取自污水厂的新鲜活性污泥接种，反应器B采用200g复合微生物菌剂接种。启动过程废气净化效果见表1。

表1结果表明，同样操作条件下，采用复合微生物菌剂可加速反应器的启动，从第7天开始，各物质去除率开始高于90％，而采用新鲜活性污泥启动的反应器从第15天起才达到上述效果。

表1反应器启动过程净化效果比较

Claims

1.一种降解“三苯”VOCs废气的复合微生物菌剂的制备方法，其特征在于：由高降解活性的混合菌种和菌剂载体材料经固体发酵培养制成；

所述的高降解活性的混合菌种是以含三苯类物质的污泥培养基驯化取自污水处理厂曝气池内的活性污泥，获得的高降解性能的活性污泥作为混合菌种；

所述的高降解活性的混合菌种加入量与菌剂载体材料的重量比为1～3∶10，固体培养发酵温度范围为35℃～45℃，菌剂干燥温度范围为30℃～50℃，干燥后磨粉封装冷藏；

所述的污泥培养基由苯、甲苯、邻二甲苯、K₂HPO₄、Na₂HPO₄、KH₂PO₄、NH₄Cl、MgSO₄、CaCl₂、FeCl₃、MnSO₄、ZnSO₄和(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O组成，它们的浓度范围依次分别为800～1000mg/L、500～1000mg/L、300～500mg/L、2.0～6.0mg/L、5.0～8.0mg/L、1.5～4.0mg/L、4.5～6.0mg/L、6.5～8.5mg/L、4.0～8.0mg/L、0.25～1.0mg/L、0.05～0.5mg/L、0.01～0.1mg/L、0.01～0.05mg/L；采用定期更换培养基持续驯化的方式驯化活性污泥，直至其对三苯类物质降解效率≥95％。

2.根据权利要求1所述的一种降解“三苯”VOCs废气的复合微生物菌剂的制备方法，其特征在于：所述的菌剂载体材料由麦麸、纤维素和稳定剂组成，它们的重量百分数范围为：80％～90％∶5％～15％∶5％，加入2倍的水混匀，121℃湿热灭菌30～40min冷却待用。

3.根据权利要求2所述的一种降解“三苯”VOCs废气的复合微生物菌剂的制备方法，其特征在于：所述的纤维素选为红木屑。

4.根据权利要求2所述的一种降解“三苯”VOCs废气的复合微生物菌剂的制备方法，其特征在于：所述的稳定剂选用硅藻土。