CN102071141A

CN102071141A - 一种脱氮微生物菌剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN102071141A
Application number: CN2010101335907A
Authority: CN
Inventors: 朱宝泉; 胡海峰; 陈纪文; 张琴; 陈建昌; 赵晓鸣
Original assignee: Wuxi Zhongjia Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Wuxi Zhongjia Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: HK1156343A1; CN102071141B

Abstract

本发明公开了一种脱氮微生物菌剂及其制备方法和应用。该脱氮微生物菌剂含有氧化微杆菌(Microbacterium oxydans)、红球菌(Rhodococcus)和反硝化细菌(Paracoccus denitrificans)。该制备方法包括将氧化微杆菌发酵液、红球菌发酵液和反硝化细菌发酵液与固体辅料按配比均匀混合，28℃～40℃烘干，粉碎经10～50目过筛，即可。该脱氮微生物菌剂在常温、真空环境下处于休眠状态，在用于污水处理工艺中能快速有效降低水中的总氮指标，具有广阔的应用前景。

Description

一种脱氮微生物菌剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于微生物环保领域，具体涉及一种脱氮微生物菌剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代工业的不断发展，化肥的普遍应用及大量生活、工业污水的排放，废水中的氮污染日益严重。污水中的氮源是水体的营养素，但水体的富营养化易引起水体黑臭。源水中过多的藻体和氨会增加水处理的成本，化合态氮(如亚硝酸盐和硝酸盐等)对人及生物体均有毒副作用，尤其是亚硝酸盐作为一种致癌物质更应严格控制排放标准。目前我国大部分污水处理厂的BOD、COD和TP等都比较容易达标，但是总氮及氨氮处理达标很困难，尤其在冬季这一问题更加显著，因此一般都需要在后续增加深度处理环节如加装脱氮除磷装置。

中国专利200820162683.0公开了一种高效污水脱氮装置。中国专利200820122485.1公开了一种后置脱氮水处理系统，能降低水中悬浮物指标，提高硝氮和总氮的去除。污水处理加装脱氮装置虽能降低水中的总氮指标，但投资运行费用高，限制其大规模推广使用。生物脱氮法只需在传统的污水处理过程中添加脱氮微生物菌剂，无需任何设备，投资费用低；但是，目前对于生物脱氮涉及的微生物菌剂在污水处理过程的研究应用报道较少，国内未见专用于污水处理的生物脱氮微生物菌剂的相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是本发明提供了一种脱氮微生物菌剂及其制备方法和应用。该脱氮微生物菌剂在常温、真空环境下处于休眠状态，在用于污水处理工艺中能快速有效降低水中的总氮指标，具有广阔的应用前景。

本发明的脱氮微生物菌剂，其含有氧化微杆菌Microbacterium oxydans、红球菌Rhodococcus和反硝化细菌Paracoccus denitrificans。

其中，所述的氧化微杆菌属于气微菌属细菌，较佳的为氧化微杆菌Microbacterium oxydans CGMCC 1788(中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心)、氧化微杆菌Microbacterium oxydans MCCC 1A04(可自中国海洋微生物菌种保藏管理中心购得)和氧化微杆菌Microbacterium oxydansMCCC 1A04974(可自中国海洋微生物菌种保藏管理中心购得)中的一种或多种。所述的氧化微杆菌含量较佳的为菌数占总菌数百分比30％～50％，更佳的为35％～40％。本发明人经过大量实验首次研究发现，所述的氧化微杆菌能产生反硝化相关酶类，完成反硝化反应。

其中，所述的红球菌属于红球菌属细菌菌种，较佳的为赤红球菌Rhodococcus ruber ATCC 15906(美国菌种保藏中心)、赤红球菌Rhodococcusruber ATCC 51882和赤红球菌Rhodococcus ruber ATCC 534中的一种或多种(美国菌种保藏中心)。所述的红球菌含量较佳的为菌数占总菌数百分比10％～30％，更佳的为20％。本发明人经过大量实验首次研究发现，所述的红球菌可产生多种与氮代谢有关酶，既能利用有机氮，也可利用无机氮包括硝酸盐和亚硝酸盐。

其中，所述的反硝化菌属于脱氮细菌类别菌种，较佳的为脱氮副球菌Paracoccus denitrificans ATCC 13543(美国菌种保藏中心)、脱氮副球菌Paracoccus denitrificans ATCC 17741和脱氮副球菌Paracoccus denitrificansATCC 35512中的一种或多种。所述的反硝化菌含量较佳的为菌数占总菌数百分比30％～50％，更佳的为40％～45％。所述的反硝化菌能产生多种与氮代谢有关酶，既能利用有机氮，也可利用无机氮包括硝酸盐和亚硝酸盐，可以将大多氮转化为氮气排出。

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)以及中国海洋微生物菌种保藏管理中心(MCCC)购买得到。

本发明的脱氮微生物菌剂的存在形式较佳的为冻干粉、微生物菌液或微生物菌液与固体辅料的混合物。

其中，当脱氮微生物菌剂存在形式为微生物菌液与固体辅料的混合物时，所述的固体辅料为本领域常规使用固体辅料，较佳的含有石灰石19％～80％，活性碳19％～80％，微量元素1％，百分比为各成分占固体辅料总量的质量百分比；更佳的为含有石灰石69％，活性碳30％，微量元素1％。其中，所述的活性炭较佳的还可以替换为硅藻土。所述的微量元素较佳的含有硫酸亚铁、硫酸镁、氯化钾和乙酸钠，各成分质量比较佳的为0.1∶5∶10∶84.9。所述的固体辅料与微生物发酵液的质量比较佳的为1.5∶1～2∶1。该固体辅料可使脱氮微生物菌剂中微生物的总菌数较佳的为5亿/克以上。

本发明的脱氮微生物菌剂可在兼性厌氧条件下利用硝酸盐、亚硝酸盐代替氧作为呼吸链的电子受体，并把硝酸盐还原成亚硝酸，最终转化为氮气，逸出至空气中。

本发明还涉及本发明的脱氮微生物菌剂的制备方法：

所述的脱氮微生物菌剂的存在形式为冻干粉时，制备方法包括将氧化微杆菌发酵液、红球菌发酵液和反硝化细菌发酵液均匀混合后，按本领域常规方法制成冻干粉即可；或者将氧化微杆菌发酵液、红球菌发酵液和反硝化细菌发酵液分别按本领域常规方法制成冻干粉后，均匀混合；或者氧化微杆菌冻干粉、红球菌冻干粉和反硝化细菌冻干粉均匀混合，即可；

所述的脱氮微生物菌剂的存在形式为微生物菌液时，制备方法包括将氧化微杆菌发酵液、红球菌发酵液和反硝化细菌发酵液均匀混合，即可；

所述的脱氮微生物菌剂的存在形式为微生物菌液与固体辅料的混合物时，制备方法包括将氧化微杆菌发酵液、红球菌发酵液和反硝化细菌发酵液与固体辅料均匀混合，28℃～40℃烘干，粉碎经10～50目过筛，即可。一般过筛之后，可包装装袋，成品经活菌计数总菌数达到5亿/克以上即可。

其中，所述的氧化微杆菌发酵液、红球菌发酵液和反硝化细菌发酵液均按照本领域常规的培养方式获得，较佳地经过斜面培养、一级种子培养和发酵培养。

其中，所述的斜面培养、一级种子培养和发酵培养涉及的培养基较佳的为营养肉汤培养基，具体配方较佳的为：蛋白胨0.3％～2％，牛肉膏0.3％～2％，氯化钠0.3％～1％，pH为7.0；其中，斜面培养基还含有1.4％～2％琼脂粉，上述百分比为质量百分比。

其中，所述的一级种子培养温度较佳的为25℃～30℃；所述的一级种子培养时间较佳的为1～2天。

其中，所述的发酵培养温度为25℃～30℃。所述的发酵培养时间较佳的为2～3天。所述的发酵培养接种量较佳的为质量百分比5％～15％。

本发明还涉及本发明的脱氮微生物菌剂在处理废水脱氮中的应用。

本发明中，所述的脱氮微生物菌剂用于废水处理的脱氮步骤时的其用量较佳的为本发明的微生物菌数在废水中的含量≥10000个/毫升。

本发明还涉及一种脱氮微生物菌剂含有氧化微杆菌Microbacteriumoxydans或红球菌Rhodococcus。

其中，所述的氧化微杆菌或红球菌的种类均如前所述。

其中，所述的脱氮微生物菌剂的制备方法除菌种配方外，其他均如前所述。

本发明还涉及氧化微杆菌Microbacterium oxydans或红球菌Rhodococcus在制备脱氮微生物菌剂中的应用。

其中，所述的氧化微杆菌或红球菌均如前所述。

本发明所用试剂和原料除特殊说明外，均市售可得。

在符合本领域常识的基础上，本发明中上述的各技术特征可以任意组合得到较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供了一种脱氮微生物菌剂及其制备方法和应用。该脱氮微生物菌剂在常温、真空环境下处于休眠状态，在用于废水处理工艺脱氮投放后即能形成优势菌群，依据氮循环的原理各类微生物将含氮化合物依次通过氨化、硝化和反硝化反应将硝态氮转化为氮气，处理时间短只需几小时，即能迅速降低污水的总氮指标，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

下述实施例中，除特殊说明外，百分比均为质量百分比。

实施例1

脱氮微生物菌剂的制备：

将氧化微杆菌Microbacterium oxydans MCCC 1A04发酵液、红球菌Rhodococcus ruber ATCC 51882发酵液和反硝化细菌Paracoccus denitrificansATCC 17741发酵液分别按照30％，20％，50％配比(百分比为菌数占总菌数百分比)混合加入固体辅料中，固体辅料与发酵液的质量比为1.5∶1，搅拌均匀，28℃烘干，粉碎，经40目过筛，包装装袋，即可。其中，所述的氧化微杆菌Microbacterium oxydans MCCC 1A04发酵液、红球菌Rhodococcusruber ATCC 51882发酵液和反硝化细菌Paracoccus denitrificans ATCC 17741发酵液均经过斜面培养、一级种子培养和发酵培养获得。其中涉及的斜面培养基、一级种子培养和发酵培养均为营养肉汤培养基，具体配方：蛋白胨0.3％，牛肉膏2％，氯化钠0.3％，pH为7.0；其中，斜面培养基还含有1.6％琼脂粉。其中，发酵培养的接种量为5％，一级种子培养和发酵培养的培养温度为30℃，一级种子培养时间为2天，发酵培养时间为2天。

其中，固体辅料含有石灰石30％，活性碳69％，微量元素1％。所述的微量元素含有硫酸亚铁、硫酸镁、氯化钾和乙酸钠，各成分质量比为0.1∶5∶10∶84.9。

制得的脱氮微生物菌剂成品经活菌计数，总菌数达到5亿/克以上。

实施例2

脱氮微生物菌剂的制备：

将氧化微杆菌Microbacterium oxydans CGMCC 1788发酵液、红球菌Rhodococcus ruber ATCC 15906发酵液和反硝化细菌Paracoccus denitrificansATCC 13543发酵液分别按照50％，20％，30％配比(百分比为菌数占总菌数百分比)混合加入固体辅料中，固体辅料与发酵液的质量比为2∶1，搅拌均匀，40℃烘干，粉碎，经40目过筛，包装装袋，即可。

其中，氧化微杆菌Microbacterium oxydans CGMCC 1788发酵液、红球菌Rhodococcus ruber ATCC 15906发酵液和反硝化细菌Paracoccusdenitrificans ATCC 13543发酵液均经过斜面培养、一级种子培养和发酵培养获得。其中涉及的斜面培养基、一级种子培养和发酵培养均为营养肉汤培养基，具体配方：蛋白胨2％，牛肉膏0.3％，氯化钠1％，pH为7.0；其中，斜面培养基还含有1.6％琼脂粉。其中，发酵培养的接种量为15％，一级种子培养和发酵培养的培养温度为25℃，一级种子培养时间为2天，发酵培养时间为3天。

其中，固体辅料配方为石灰石19％，硅藻土80％，微量元素1％。所述的微量元素含有硫酸亚铁、硫酸镁、氯化钾和乙酸钠，各成分质量比为0.1∶5∶10∶84.9。

实施例3

脱氮微生物菌剂的制备：

将氧化微杆菌Microbacterium oxydans MCCC 1A04974发酵液、红球菌Rhodococcus ruber ATCC 534发酵液和反硝化细菌Paracoccus denitrificansATCC 35512发酵液分别按照40％，20％，40％配比(百分比为菌数占总菌数百分比)混合加入固体辅料中，固体辅料与发酵液的质量比为1.8∶1，搅拌均匀，35℃烘干，粉碎，经40目过筛，包装装袋，即可。

其中，氧化微杆菌Microbacterium oxydans MCCC 1A04974发酵液、红球菌Rhodococcus ruber ATCC 534发酵液和反硝化细菌Paracoccusdenitrificans ATCC 35512发酵液均经过斜面培养、一级种子培养和发酵培养获得。其中涉及的斜面培养基、一级种子培养和发酵培养均为营养肉汤培养基，具体配方：蛋白胨1％，牛肉膏1％，氯化钠0.6％，pH为7.0；其中，斜面培养基还含有1.6％琼脂粉。其中，发酵培养的接种量为10％，一级种子培养和发酵培养的培养温度为28℃，一级种子培养时间为1天，发酵培养时间为2天。

其中，固体辅料配方为石灰石80％，活性碳19％，微量元素1％。所述的微量元素含有硫酸亚铁、硫酸镁、氯化钾和乙酸钠，各成分质量比为0.1∶5∶10∶84.9。

实施例4

脱氮微生物菌剂的制备：

将氧化微杆菌Microbacterium oxydans MCCC 1A04发酵液、红球菌Rhodococcus ruber ATCC 51882发酵液和反硝化细菌Paracoccus denitrificansATCC 17741发酵液分别按照35％，20％，45％配比(百分比为菌数占总菌数百分比)混合制成冻干粉，粉碎，经10目过筛，包装装袋，即可。

其中，所述的氧化微杆菌Microbacterium oxydans MCCC 1A04发酵液、红球菌Rhodococcus ruber ATCC 51882发酵液和反硝化细菌Paracoccusdenitrificans ATCC 17741发酵液均经过斜面培养、一级种子培养和发酵培养获得。其中涉及的斜面培养基、一级种子培养和发酵培养均为营养肉汤培养基，具体配方：蛋白胨0.3％，牛肉膏2％，氯化钠0.3％，pH为7.0；其中，斜面培养基还含有1.4％琼脂粉。其中，发酵培养的接种量为5％，一级种子培养和发酵培养的培养温度为30℃，一级种子培养时间为2天，发酵培养时间为2天。

实施例5

脱氮微生物菌剂的制备：

将氧化微杆菌Microbacterium oxydans MCCC 1A04发酵液、红球菌Rhodococcus ruber ATCC 51882发酵液和反硝化细菌Paracoccus denitrificansATCC 17741发酵液分别制成冻干粉后，按照40％，10％，50％配比(百分比为菌数占总菌数百分比)均匀混合，粉碎，经50目过筛，包装装袋，即可。

其中，所述的氧化微杆菌Microbacterium oxydans MCCC 1A04发酵液、红球菌Rhodococcus ruber ATCC 51882发酵液和反硝化细菌Paracoccusdenitrificans ATCC 17741发酵液均经过斜面培养、一级种子培养和发酵培养获得。其中涉及的斜面培养基、一级种子培养和发酵培养均为营养肉汤培养基，具体配方：蛋白胨0.3％，牛肉膏2％，氯化钠0.3％，pH为7.0；其中，斜面培养基还含有2％琼脂粉。其中，发酵培养的接种量为5％，一级种子培养和发酵培养的培养温度为30℃，一级种子培养时间为2天，发酵培养时间为2天。

实施例6

脱氮微生物菌剂的制备：

将氧化微杆菌Microbacterium oxydans MCCC 1A04发酵液、红球菌Rhodococcus ruber ATCC 51882发酵液和反硝化细菌Paracoccus denitrificansATCC 17741发酵液分别按照30％，30％，40％配比(百分比为菌数占总菌数百分比)均匀混合，即可。

其中，所述的氧化微杆菌Microbacterium oxydans MCCC 1A04发酵液、红球菌Rhodococcus ruber ATCC 51882发酵液和反硝化细菌Paracoccusdenitrificans ATCC 17741发酵液均经过斜面培养、一级种子培养和发酵培养获得。其中涉及的斜面培养基、一级种子培养和发酵培养均为营养肉汤培养基，具体配方：蛋白胨0.3％，牛肉膏2％，氯化钠0.3％，pH为7.0；其中，斜面培养基还含有1.6％琼脂粉。其中，发酵培养的接种量为5％，一级种子培养和发酵培养的培养温度为30℃，一级种子培养时间为2天，发酵培养时间为2天。

实施例7

将氧化微杆菌Microbacterium oxydans MCCC 1A04发酵液、红球菌Rhodococcus ruber ATCC 51882同实施例1的方法培养得发酵菌液，然后各取与实施例1菌剂菌数相同量的菌液分别以100％比例加入固体辅料中，固体辅料用量同实施例1，搅拌均匀，28℃烘干，粉碎，经40目过筛，包装装袋即可分别制备MO(氧化微杆菌)、RR(红球菌)脱氮微生物菌剂。

效果实施例1

将反硝化细菌Paracoccus denitrificans ATCC 17741按照实施例1的方法培养制得菌液，然后取与实施例1菌剂菌数相同量的菌液以100％比例加入固体辅料中，固体辅料用量同实施例1，搅拌均匀，28℃烘干，粉碎，经40目过筛，包装装袋，即可获得PD(反硝化菌)脱氮微生物菌剂。

选用城市生活污水经活性污泥厌氧与爆气处理后，COD与氨基氮已经大幅降低，总氮水平偏高的水质；试验使用二级沉降池的有效容积为50L，温度15～20℃，分别投入实施例1的脱氮微生物菌剂2.0克(粉)、实施例7的单菌制剂MO(氧化微杆菌)、RR(红球菌)、前述PD(反硝化菌)的菌粉各2.0克，进水量4L/小时，处理前COD为156mg/L，氨氮为55mg/L，总氮85mg/L，连续运行6小时，分别完成四种菌剂试验，结果见表。

好氧生物工艺	COD平均去除率％	氨氮平均去除率％	总氮减少
				对照(不加菌)	5	10	11
实施例1菌剂	8	80	60
				实施例7MO菌剂	5	30	26
实施例7RR菌剂	6	35	29
				PD菌剂	7	33	35

由上述实验结果可知，在实验条件相同的情况下，本发明实施例1的脱氮微生物菌剂可以高效降低总氮和氨氮相较于其他三种单菌制剂，协同作用大，效果好，同时，实施例7制得的脱氮微生物菌剂作为单一菌剂也具有一定的降低总氮和氨氮的效果。

效果实施例2

在城市污水厂，利用50L水桶作为试验设备并带搅拌，取爆气池出水两个30L，分别加入两个桶中，调pH为7.0，水温20℃，取样测定COD、氨氮、总氮数据；处理前COD为43mg/L，氨氮为8mg/L，总氮30mg/L；其中一个水桶加实施例2的脱氮微生物菌剂2克，搅拌1小时，停止搅拌3小时，4小时后取样测定COD、氨氮、总氮数据，见下表。

样品	COD平均去除率％	氨氮平均去除率％	总氮减少
				对照(不加菌剂)	8	11	15
加微生物菌剂	11	90	75

总氮和氨氮去除显著，对COD影响较小，表明其除总氮的功能。

由此表明，本发明的脱氮微生物菌剂具有降低水体中硝酸盐、亚硝酸盐以及总氮的功能，将其应用于养殖业水质中硝酸盐去除、城市污水处理厂中氨氮和总氮的去除，均取得良好效果。

Claims

1.一种脱氮微生物菌剂，其特征在于：其含有氧化微杆菌Microbacteriumoxydans、红球菌Rhodococcus和反硝化细菌Paracoccus denitrificans。

2.如权利要求1所述的脱氮微生物菌剂，其特征在于：所述的氧化微杆菌为氧化微杆菌Microbacterium oxydans CGMCC 1788、氧化微杆菌Microbacterium oxydans MCCC 1A04和氧化微杆菌Microbacterium oxydansMCCC 1A04974中的一种或多种；所述的红球菌为赤红球菌Rhodococcusruber ATCC 15906、赤红球菌Rhodococcus ruber ATCC 51882和赤红球菌Rhodococcus ruber ATCC 534中的一种或多种；所述的反硝化菌为脱氮副球菌Paracoccus denitrificans ATCC 13543、脱氮副球菌Paracoccus denitrificansATCC 17741和脱氮副球菌Paracoccus denitrificans ATCC 35512中的一种或多种。

3.如权利要求1或2所述的脱氮微生物菌剂，其特征在于：所述的氧化微杆菌含量为菌数占总菌数百分比30％～50％；所述的红球菌含量为菌数占总菌数百分比10％～30％；所述的反硝化细菌含量为菌数占总菌数百分比30％～50％。

4.如权利要求1或2所述的脱氮微生物菌剂，其特征在于：所述的氧化微杆菌含量为菌数占总菌数百分比35％～40％；所述的红球菌含量为菌数占总菌数百分比20％；所述的反硝化细菌含量为菌数占总菌数百分比40％～45％。

5.如权利要求1～4任一项所述的脱氮微生物菌剂，其特征在于：所述的脱氮微生物菌剂的存在形式为冻干粉、微生物菌液或微生物菌液与固体辅料的混合物；其中，所述的固体辅料含有石灰石19％～80％，活性碳19％～80％，微量元素1％，百分比为各成分占固体辅料总量的质量百分比；所述的微量元素含有硫酸亚铁、硫酸镁、氯化钾和乙酸钠，各成分质量比为0.1∶5∶10∶84.9；所述的脱氮微生物菌剂存在形式为微生物菌液与固体辅料的混合物时，所述的固体辅料与微生物发酵液的质量比为1.5∶1～2∶1，其中的微生物的总菌数为5亿/克以上。

6.一种脱氮微生物菌剂的制备方法，其特征在于：

所述的脱氮微生物菌剂的存在形式为微生物菌液与固体辅料的混合物时，制备方法包括将氧化微杆菌发酵液、红球菌发酵液和反硝化细菌发酵液与固体辅料均匀混合，28℃～40℃烘干，粉碎经10～50目过筛，即可。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的氧化微杆菌发酵液、红球菌发酵液和反硝化细菌发酵液经过斜面培养、一级种子培养和发酵培养获得；

所述的斜面培养、一级种子培养和发酵培养涉及的培养基为营养肉汤培养基，具体配方为：蛋白胨0.3％～2％，牛肉膏0.3％～2％，氯化钠0.3％～1％，pH为7.0；其中，斜面培养基还含有1.4％～2％琼脂粉，上述百分比为质量百分比；

所述的一级种子培养温度为25℃～30℃；所述的一级种子培养时间为1～2天；所述的发酵培养温度为25℃～30℃；所述的发酵培养时间为2～3天；所述的发酵培养接种量较佳的为质量百分比5％～15％

8.一种如权利要求1～5任一项所述的脱氮微生物菌剂在处理废水脱氮中的应用，其用量为微生物菌数在废水中的含量≥10000个/毫升。

9.一种脱氮微生物菌剂，其特征在于：其含有氧化微杆菌Microbacteriumoxydans或红球菌Rhodococcus。

10.氧化微杆菌Microbacterium oxydans或红球菌Rhodococcus在制备脱氮微生物菌剂中的应用。