CN101629153A - 一种利用复合菌群处理榨菜废水的方法 - Google Patents

一种利用复合菌群处理榨菜废水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用嗜(耐)盐菌处理榨菜废水的方法。使用以盐单胞菌、假丝酵母菌、海杆菌和芽孢杆菌为主的复合菌群，结合SBR工艺对榨菜废水进行处理，可在24h内实现90％以上的COD去除率。本发明提供的榨菜废水处理方法工艺简单，出水稳定，负荷耐冲击性好，可以用较低的成本实现对榨菜废水的高效处理。

Description

一种利用复合菌群处理榨菜废水的方法
技术领域
本发明属于环境微生物技术领域，具体涉及一种嗜(耐)盐菌的复合菌群及其在榨菜废水处理中的用途。
背景技术
榨菜是一种半干态非发酵性咸菜，以茎用芥菜为原料腌制而成，是中国名特产品之一，与德国的甜酸甘蓝、欧洲酱黄瓜并称世界三大名腌菜，是我国民众喜爱的一种调味菜。榨菜产业也是重庆涪陵、浙江余姚等地农村经济的支柱产业。
但是，榨菜产业的发展也给当地带来了严重的环境污染问题；榨菜生产会产生大量的废水，包括腌制、淘洗、脱盐等生产工艺中排放的废水，其中有很高的盐浓度和有机物浓度。榨菜废水直接排放会造成严重的环境污染：一是导致接纳水系的富营养化，导致水体变黑发臭；二是破坏农田土壤结构，使土壤碱性增导致土质硬化、板块化；三是榨菜废水自身会散发出难闻的异味，严重影响周围居民生活环境。
榨菜废水处理中遇到的问题包括以下两个方面：一，废水含盐量高，传统的活性污泥法处理效果很差，而费用较高的物化处理方法又很难被利润微薄的生产企业接受；二，生产企业数量众多且规模普遍较小，加之分布零散，不利于采用先进技术对废水进行集中的大规模处理。因此，迫切需要发展一种经济可行、简单有效的新方法来对榨菜废水进行处理。
嗜盐菌特别是极端嗜盐菌具有灵巧的排钠吸钾的生理特性，使得其能在高浓度的氯化钠环境中生存。中度嗜盐菌则是通过在细胞内积累一些被称为相容性溶质的物质来抵抗细胞外的高渗透压，维持细胞的形态、结构和生理功能。有些酵母菌因为对细胞外的高渗透压有较好的耐受性而能在较高盐浓度的环境中生长，我们称之为耐盐性酵母或渗透耐性酵母。
嗜(耐)盐菌能够适应高盐生长环境这一特性使其在处理高盐污水方面具有很大的优势和潜力。已有研究结果表明嗜(耐)盐菌在好氧法、厌氧法以及厌氧(兼氧)/好氧联合法处理高盐污水时都取得了较好的效果。
榨菜废水本身含有较多能够被微生物利用的有机物，其可生化性较好，使得采用生物法进行处理成为一种可行的方法。因此，筛选合适的嗜(耐)盐菌，构建稳定、高效的微生物群组，发展一种便捷、有效、经济的榨菜废水处理方法，将是解决榨菜废水污染问题的有效方式。
发明内容
本发明的一个目的在于克服榨菜废水的高盐度对微生物处理法的干扰，提供一种利用嗜(耐)盐菌群进行榨菜废水处理的方法。
本发明提供了一种复合菌群，包括盐单胞菌、假丝酵母菌、海杆菌、芽孢杆菌。
进一步的，本发明的复合菌群的组成为(重量比)：盐单胞菌40-60％，优选50％；海杆菌20-35％，优选30％；假丝酵母菌5-15％，优选10％；芽孢杆菌5-10％，优选5％。
进一步的，本发明的复合菌群还可包含柠檬球菌，含量可为5-10％，优选5％。
上述复合菌群中的菌种来自浙江近海水域、青海湖、新疆阿牙克库木湖等地采集的含盐水样及在浙江慈溪榨菜厂污水排放口采集水样和泥样。海水样和盐湖水样压滤富集后涂布于2216固体培养基上，30℃静置培养，2216培养基组分为(总体积为1L)：Yeast Extract5.00g，Bactopeptone 1.00g，柠檬酸铁0.10g，NaCl 19.45g，MgCl28.80g，CaCl2 1.80g，KCl 0.55g，NaHCO3 0.16g，KBr 0.08g，氯化锶34.0mg，硼酸22.0mg，硅酸钠4.0mg，氟化钠2.4mg，NH4NO31.6mg，Na2HPO48.0mg，固体培养基加2％的琼脂；榨菜厂排放口水样用灭菌后的榨菜废水梯度稀释后取10-2-10-6直接涂布于用榨菜废水制成的固体培养基上(将榨菜废水pH用NaOH调节至7，然后加入2％的琼脂，121℃灭菌30min即可)，30℃静置培养；榨菜厂排放口泥样先用灭菌后的榨菜废水悬浮，取上清用灭菌后的榨菜废水梯度稀释并取10-2-10-6直接涂布于用榨菜废水制成的固体培养基上，30℃静置培养。将所分离到的单菌落进行重复分离、纯化，得到纯的单菌。
将分离得到单菌接种于pH调节至7.0并过滤除菌的榨菜废水中，30℃培养7天，观察菌体生长情况并检测水样的COD，选择COD去除效果好的菌株进行下一步筛选。大多数嗜盐菌会产生嗜盐菌素，从而出现相互之间的生长抑制现象；为避免不同菌株之间相互抑制，采用双层平板筛选法对COD去除效果好的菌株进行嗜盐菌素抗性实验，淘汰对其它菌株生长抑制明显的菌株。
根据COD去除效果和嗜盐菌素抗性实验，筛选到16种可以用来构建处理榨菜废水的嗜(耐)盐菌群的菌株。经鉴定，其中6种为盐单胞菌，4种为海杆菌，3种为芽孢杆菌，2种为假丝酵母菌，1种为柠檬球菌。菌株具体信息见表1。
因此，优选的，上述复合菌群中盐单胞菌选自Halomonasalimentaria、Halomonas caseinilytica、Halomonas alkaliphila、Halomonas saccharevitans、Halomonas arcis和Halomonas subterranea中的一种或其中任意的混合菌群；海杆菌选自Marinobacterzhejiangensis、Marinobacter pelagius、Marinobacter segnicrescens和Marinobacter mobilis中的一种或其中任意的混合菌群；假丝酵母菌选自Candida rugosa和Candida thaimueangensis中的一种或其混合菌群；芽孢杆菌选自Bacillus algicola、Bacillus megaterium和Bacillusflexus中的一种或其中任意的混合菌群；柠檬球菌为Citricoccuszhacaiensis。
盐单胞菌、海杆菌、芽孢杆菌及柠檬球菌优选使用2216培养基作为发酵培养基；假丝酵母菌优选使用麦芽浸出粉培养基作为发酵培养基，其组成为(w/v)：干麦芽浸出粉0.3％、干酵母粉0.3％、蛋白胨0.5％、葡萄糖1％，pH约5.5。培养温度均为30℃。可按属进行发酵培养，即所有的盐单胞菌可等量接种后混合在一起发酵培养，海杆菌、芽孢杆菌、假丝酵母菌及柠檬球菌亦然。
表1本发明所涉及菌株的相关信息
  菌株编号   菌株名   保藏号
  ZC7.0b   Halomonas alimentaria   KCCM 41042T
  ZC7.0h   Hal0monas caseinilytica   CGMCC 1.6773T
  ZC7.0D   Halomonas alkaliphila   DSM 16354T
  ZC7.0E   Halomonas saccharevitans   CGMCC 1.6493T
  ZC7.0H   Halomonas arcis   CGMCC 1.6494T
  ZC7.0I   Halomonas subterranea   CGMCC 1.6495T
  ZC7.0A   Marinobacter zhejiangensis   CGMCC 1.7061T
  ZC7.0c   Marinobacter pelagius   CGMCC 1.6775T
  ZC7.0d   Marinobacter segnicrescens   CGMCC 1.6489T
  ZC7.0g   Marinobacter mobilis   CGMCC 1.7059T
  ZC7.0II   Bacillus algicola   KMM 3737
  ZC7.0IV Bacillus megaterium   JCM2506
  ZC7.0V   Bacillus flexus   JCM 12301
  ZC4.6A   Candida rugosa   CBS 613
  G70   Candida thaimueangensis   CGMCC No.3000
  ZC7.0F   Citricoccus zhacaiensis   CGMCC 1.7064T
注：本表格所列保藏号为该已知菌株在公共菌株库的保藏号。其中假丝酵母菌G70(Candida thaimueangensis)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.3000，保藏日期为2009年4月2日。
本发明的另一个目的是提供一种适用于中小型榨菜厂的榨菜废水处理方法。因此，本发明还涉及上述的复合菌群结合SBR工艺在榨菜废水处理中的应用，包括以下步骤：
(1)启动阶段：将发酵培养后收集到的嗜(耐)盐菌复合菌群湿菌体按照1-5％(w/v)的接种量投加到预先用NaOH调节pH至6-7的榨菜废水中，采用SBR装置进行闷曝培养，至有颗粒状污泥出现即可。
(2)运行阶段：将SBR装置中的污泥沉降比控制在10-15％，出水后剩余泥水占总有效容积的15-25％；运行期间控制溶解氧为2-4mg/L，pH 6-8。
利用上述的复合菌群，本发明采用比较适合于小型污水厂的SBR工艺进行榨菜废水的处理，处理装置中废水pH以6-7为佳，温度以30-35℃为佳。
本发明所采用的SBR工艺包括：进水、曝气、沉淀、排泥、排水和闲置共六个工序，整个运行周期的时间为24h，其中进水2-4h，曝气14-18h，沉淀1.5h，排泥+排水0.5h，闲置2-4h。
因为嗜(耐)盐菌复合菌群中的假丝酵母菌G70可以利用自身的代谢活动来提升榨菜废水的pH，所以，除了污泥培养阶段所用的榨菜废水需要用NaOH将pH调节至6-7外，后续处理过程中的进水pH不需再用NaOH调节，只需根据进水pH选择合适的进水时间即可消除pH波动对系统运行稳定性的影响。
本发明采用的SBR工艺在用于小型污水厂时，具有以下的明显优点：①工艺流程简单，运转灵活，基建费用低；②处理效果良好，出水可靠；③较好的除磷脱氮效果；④污泥沉降性能良好；⑤对水质水量变化的适应性强。
本发明提供的利用嗜(耐)盐菌复合菌群结合SBR工艺处理榨菜废水的方法工艺简单，出水稳定，负荷耐冲击性好，可以用较低的成本实现对榨菜废水的高效处理，尤其适合中小型榨菜厂的榨菜废水处理。本发明提供的方法将在榨菜废水处理方面发挥重大作用。
附图说明
图1为本发明所用SBR装置示意图。其中，1-进水管，2-温度计，3-进气管，4-气体流量计，5-曝气砂头，6-出水阀门，7-出水口，8-排泥阀门，9-排泥口。
具体实施方式
实施例1、海水及盐湖水样中菌株的分离
将瓶装的水样混匀，在无菌条件下，用装有0.22μm微孔滤膜的滤器(无菌的)过滤，在滤器上富集菌体；富集的水样量达到20～30ml时，小心取下滤膜，装入3ml液体培养基试管中，振荡使菌体脱离滤膜；混匀后作适当梯度稀释，吸取100μl液体至2216培养基平板上，涂布均匀，每个梯度涂布2块平板，分别于25℃和37℃静置培养。随机挑选单菌落，反复划线平板，直到平板上菌落的颜色、大小和形态完全一致，并记录菌落形态特征。经鉴定，得到表1所列的盐单胞菌和海杆菌。
实施例2、榨菜厂污水排放口水样中菌株的分离
将瓶装的水样混匀，用pH 7.0且过滤除菌的榨菜废水梯度稀释；选择稀释倍数为104和106的两个浓度梯度，吸取100μl液体至榨菜废水培养基平板上(榨菜废水原液调节pH至7.0，加入2％的琼脂，121℃灭菌30min即可)，涂布均匀，每个梯度涂布2块平板，分别于25℃和37℃静置培养。随机挑选单菌落，反复划线平板，直到平板上菌落的颜色、大小和形态完全一致，并记录菌落形态特征。经鉴定，得到表1所列的芽孢杆菌和柠檬球菌。
实施例3、榨菜厂污水排放口泥样中菌株的分离
将采自浙江慈溪榨菜厂污水排放口泥样2g放在50ml经过滤的榨菜废水中，加入玻璃珠振荡打散，取上清液用pH 7.0且过滤除菌的榨菜废水梯度稀释；选择稀释倍数为104和106的两个浓度梯度，吸取100μl液体至榨菜废水培养基平板上(榨菜废水原液调节pH至7.0，加入2％的琼脂，121℃灭菌30min即可)，涂布均匀，每个梯度涂布2块平板，分别于25℃和37℃静置培养。随机挑选单菌落，反复划线平板，直到平板上菌落的颜色、大小和形态完全一致，并记录菌落形态特征。经鉴定，得到表1所列的假丝酵母菌。
实施例4、嗜盐菌素抗性筛选
采用双层平板筛选法：下层平板为15ml含琼脂2％的榨菜废水固体培养基，待凝固后将10ml温度降到55℃的琼脂含量为1％的榨菜废水固体培养基与4ml处于对数生长期的菌液Halomonasalimentaria混合，倒入已凝固的固体培养基中。待上层平板凝固后，用打孔器打三个孔，将Halomonas caseinilytica、Halomonasalkaliphila、Halomonas saccharevitans的菌液各40μl分别加入到不同的孔中，30℃培养4天，观察到各孔周围没有抑菌圈出现，说明Halomonas caseinilytica、Halomonas alkaliphila、Halomonassaccharevitans这三株菌对菌株Halomonas alimentaria没有抑制作用。用同样的方法，逐批进行筛选，最后验证表1所列的16种菌株相互之间没有抑制作用或抑制作用很微弱的。
实施例5、嗜(耐)盐菌复合菌群结合SBR工艺处理榨菜废水
用2216液体培养基在30℃发酵培养盐单胞菌、海杆菌、芽孢杆菌，用麦芽浸出粉液体培养基在30℃发酵培养假丝酵母菌；待菌体生长至对数期时，将发酵液以5000rpm的转速离心15min收集菌体，将收集到的湿菌体混合，组成比例为(重量比)：盐单胞菌Halomonasalimentaria 55％，海杆菌Marinobacter zhejiangensis 30％，假丝酵母菌Candida thaimueangensis 10％，芽孢杆菌Bacillus algicola 5％。
将混合后的湿菌体按照3％的接种量(w/v)接种有效容积为5L的自制SBR装置中，进行闷曝处理，榨菜废水pH预先用NaOH调节至6.5。闷曝2天后，SBR装置中出现大量污泥，污泥沉降比接近15％，开始通入pH未调节的榨菜废水进行处理。一个运行周期步骤为：进水→曝气→沉淀→排泥→排水→闲置，整个运行周期的时间为24h，其中进水2-4h，曝气14-18h，沉淀1.5h，排泥+排水0.5h，闲置2-4h。运行过程保持污泥沉降比在15％左右，出水后剩余泥水占总有效容积的25％；根据进水水质调整进水时间、曝气时间及闲置时间，运行期间控制溶解氧为2-4mg/L，pH 6-8。
所处理的榨菜废水原水水质为：盐度3.5-5.0％，pH 3.5-5.0，COD8000-15000mg/L；处理后出水水质为：盐度3.5-5.0％，pH 6-8，COD600-900mg/L。
实施例6、嗜(耐)盐菌复合菌群结合SBR工艺处理榨菜废水
按照实施例5的方法，将收集到的湿菌体混合，组成比例为(重量比)：盐单胞菌(Halomonas caseinilytica、Halomonas alkaliphila、Halomonas saccharevitans，均按1∶1混合)60％，海杆菌(Marinobacterpelagius、Marinobacter zhejiangensis，按1∶1混合)20％，假丝酵母菌Candida thaimueangensis 10％，芽孢杆菌Bacillus megaterium 5％，柠檬球菌Citricoccus zhacaiensis 5％。柠檬球菌的发酵及收集方法与盐单胞菌相同。
将混合后的湿菌体按照3％的接种量(w/v)接种有效容积为5L的自制SBR装置中，进行闷曝处理，榨菜废水pH预先用NaOH调节至6.5。闷曝2天后，SBR装置中出现大量污泥，污泥沉降比接近15％，开始通入pH未调节的榨菜废水进行处理。一个运行周期步骤为：进水→曝气→沉淀→排泥→排水→闲置，整个运行周期的时间为24h，其中进水2h，曝气18h，沉淀1.5h，排泥+排水0.5h，闲置2h。运行过程保持污泥沉降比在15％左右，出水后剩余泥水占总有效容积的25％，溶解氧为2mgg/L，pH 7；根据进水水质调整进水时间、曝气时间及闲置时间。
所处理的榨菜废水原水水质为：盐度4.0-5.0％，pH 3.5-5.0，COD8500-16000mg/L；处理后出水水质为：盐度3.5-5.0％，pH 6-8，COD650-880mg/L。
实施例7、嗜(耐)盐菌复合菌群结合SBR工艺处理榨菜废水
按照实施例5的方法，将收集到的湿菌体混合，组成比例为(重量比)：盐单胞菌(Halomonas alimentaria、Halomonas caseinilytica、Halomonas alkaliphila、Halomonas saccharevitans、Halomonas arcis和Halomonas subterranea，均按1∶1混合)50％；海杆菌(Marinobacterzhejiangensis、Marinobacter pelagius、Marinobacter segnicrescens和Marinobacter mobilis，均按1∶1混合)30％；假丝酵母菌(Candidarugosa和Candida thaimueangensis按1∶1混合)10％；芽孢杆菌(Bacillus algicola、Bacillus megaterium和Bacillus flexus，均按1∶1混合)5％；柠檬球菌(Citricoccus zhacaiensis)5％。柠檬球菌的发酵及收集方法与盐单胞菌相同。
将混合后的湿菌体按照3％的接种量(w/v)接种有效容积为5L的自制SBR装置中，进行闷曝处理，榨菜废水pH预先用NaOH调节至6.5。闷曝2天后，SBR装置中出现大量污泥，污泥沉降比接近15％，开始通入pH未调节的榨菜废水进行处理。一个运行周期步骤为：进水→曝气→沉淀→排泥→排水→闲置，整个运行周期的时间为24h，其中进水3h，曝气16h，沉淀1.5h，排泥+排水0.5h，闲置3h。运行过程保持污泥沉降比在15％左右，出水后剩余泥水占总有效容积的25％，溶解氧为3mg/L，pH 6.5；根据进水水质调整进水时间、曝气时间及闲置时间。
所处理的榨菜废水原水水质为：盐度3.6-5.0％，pH 3.5-5.0，COD8000-16000mg/L；处理后出水水质为：盐度3.6-5.0％，pH 6.5-8，COD500-650mg/L。

Claims (10)

1、一种复合菌群，包括盐单胞菌、假丝酵母菌、海杆菌和芽孢杆菌。
2、根据权利要求1所述的复合菌群，其特征在于：所述复合菌群的组成为(重量比)盐单胞菌40-60％，海杆菌20-35％，芽孢杆菌5-10％，假丝酵母菌5-15％。
3、根据权利要求1所述的复合菌群，其特征在于：所述菌群还包括柠檬球菌Citricoccus zhacaiensis，含量为5-10％。
4、根据权利要求1-3任一项所述的复合菌群，其特征在于：所述复合菌群中盐单胞菌选自Halomonas alimentaria、Halomonascaseinilytica、Halomonas alkaliphila、Halomonas saccharevitans、Halomonas arcis或Halomonas subterranea中的一种或其中任意的混合菌群。
5、根据权利要求1-3任一项所述的复合菌群，其特征在于：所述复合菌群中海杆菌选自Marinobacter zhejiangensis、Marinobacterpelagius、Marinobacter segnicrescens或Marinobacter mobilis中的一种或其中任意的混合菌群。
6、根据权利要求1-3任一项所述的复合菌群，其特征在于：所述复合菌群中芽孢杆菌选自Bacillus algicola、Bacillus megaterium或Bacillus flexus中的一种或其中任意的混合菌群。
7、根据权利要求1-3任一项所述的复合菌群，其特征在于：所述复合菌群中假丝酵母菌选自Candida rugosa或Candidathaimueangensis中的一种或其混合菌群。
8、权利要求1-7任一项所述的复合菌群在榨菜废水处理中的应用。
9、权利要求8所述的复合菌群在榨菜废水处理中的应用，其特征在于，包括如下步骤：
(1)启动阶段：将发酵培养好的嗜(耐)盐菌复合菌群培养液按照5-10％(v/v)的接种量投加到预先用NaOH调节pH至6-7的榨菜废水中，采用SBR装置进行闷曝培养，至有颗粒状污泥出现即可；
(2)运行阶段：将SBR装置中的污泥沉降比控制在10-15％，出水后剩余泥水占总有效容积的15-25％；运行期间控制溶解氧为2-4mg/L，pH 6-8。
10、权利要求9所述的复合菌群在榨菜废水处理中的应用，其特征在于：除了污泥培养阶段所用的榨菜废水需要用NaOH将pH调节至6-7外，后续处理过程中的进水pH不需再用NaOH调节。
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