CN102719482A

CN102719482A - 利用养殖废水和剩余活性污泥生产微生物絮凝剂的方法

Info

Publication number: CN102719482A
Application number: CN2012100472107A
Authority: CN
Inventors: 杨春平; 郭俊元; 彭蓝艳; 曾光明; 罗胜联; 谢更新; 易鸣; 吕黎
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明公开了一种利用养殖废水和剩余活性污泥生产微生物絮凝剂的方法。首先将菌株植入种子培养基，培养获得种子液；其次在养殖废水中加入蔗糖(作为补充碳源)、磷酸盐(调节pH)制得养殖废水发酵培养基，将养殖废水与预处理剩余活性污泥按照体积比1∶5～1∶8混合，制得养殖废水-剩余活性污泥发酵培养基；最后，接种1～2％的种子液至发酵培养基，采用两步发酵工艺发酵生产絮凝剂生产微生物絮凝剂。本发明利用富含N、P、K的养殖废水和富含有机质的剩余活性污泥生产微生物絮凝剂，大大降低生产成本，实现废物综合利用，生产方法简便易行，生产的微生物絮凝剂具有较高的絮凝性能。

Description

利用养殖废水和剩余活性污泥生产微生物絮凝剂的方法

技术领域

本发明属于废水处理处置技术领域，具体涉及一种采用两步发酵工艺，利用养殖废水和剩余活性污泥生产微生物絮凝剂的方法，本发明所选用的微生物絮凝剂生产菌为红平红球菌。

背景技术

长期以来，以铁盐、铝盐及其聚合物为代表的无机絮凝剂和以聚丙烯酰胺及其衍生物为代表的有机高分子絮凝剂，被成功应用于工业废水处理、饮用水净化、污泥脱水、食品加工和发酵工业中。尽管无机絮凝剂和有机絮凝剂具有良好的絮凝效果，而且成本低，但是它们在使用过程中对人体和环境造成了不可忽略的危害和污染。研究表明，铝盐不仅可诱发阿尔茨海默氏病，而且大量使用会导致污泥机械脱水困难；铁盐不仅具有很强的腐蚀性，而且大量使用会增加处理水的色度，影响水质；聚丙烯酰胺是一种强致癌物，具有强烈的神经毒性，而且难以生物降解。这些缺点极大地限制了无机絮凝剂和有机絮凝剂在废水处理中的广泛应用。

微生物絮凝剂是微生物在生长过程中产生的可生物降解的代谢产物，具有高效、无毒、无二次污染等优点，有良好的除浊、脱色、降解有机物的性能。目前，国内外对产絮微生物和微生物絮凝剂的报道越来越多，如：邓叔波等人采用曲霉寄生菌生产的絮凝剂对印染废水具有高效的脱色性能，李忠等人采用枯草芽孢杆菌生产的絮凝剂在低温饮用水处理中取得了较好的效果。

虽然许多微生物絮凝剂已逐渐替代无机絮凝剂和有机絮凝剂应用于污水处理领域，但微生物絮凝剂生产成本高、生产效率低依然是限制其在实际水处理中广泛应用的最大因素。因此，利用廉价的替代培养基生产微生物絮凝剂，合理优化发酵条件，能有效地解决生产成本高、生产效率低、絮凝能力低等问题，为生物絮凝剂在实际工程中的广泛应用和工业产业化提供契机。近年来，已陆续报道利用廉价培养基生产絮凝剂的研究，如：刘晖等研究了青霉菌利用酱油废水生产微生物絮凝剂，该生物絮凝剂处理高岭土悬浊液的最佳用量为10～15ml/L；周旭等采用假单胞菌CX-4利用鱼粉加工废水生产絮凝剂，存在絮凝剂生产效率低的缺陷，絮凝剂产量仅为0.612g/L；中国专利CN101225405A公开了克雷伯氏菌利用淀粉和复合氮源生产微生物絮凝剂的方法，该微生物絮凝剂可与金属离子复配使用，使絮凝剂用量降低2～4倍，但在生产过程中存在以下缺陷：所述的克雷伯氏菌种子液制备技术实施有困难；所复配的含钙离子溶液和含铝离子溶液用量大，一般为2～4ml15～20g/L的含钙离子溶液和2～4ml 2～4g/L的含铝离子溶液；生物絮凝剂的产量较低。中国专利CN101948183A公开了酱油曲霉菌利用啤酒废水、糖蜜废水和味精废水等替代培养基生产微生物絮凝剂的方法，该絮凝剂可与PAC复配使用，对电镀废水中的Cu²⁺、Ni²⁺有一定的去除作用，但是在生产过程中存在以下缺陷：种子培养基的碳源用量较大(30g/L)；替代培养基需要外加碳源量也较大(10g/L)；絮凝率只可以达到73.9％；絮凝剂的产量较低，仅为1.5～2.1g/L。

针对以上技术缺陷，本发明利用富含N、P、K的养殖废水和富含有机质的污水处理厂剩余活性污泥生产微生物絮凝剂，一方面，碳源、氮源来源更加广泛，且更加廉价，使得生产絮凝剂成本大大降低，废物综合利用，更容易实现絮凝剂生产的工业化；另一方面，与其它污泥资源化途径相比，利用污泥生产微生物絮凝剂，污泥资源化附加值更高。

发明内容

本发明在于提供一种采用两步发酵工艺，利用养殖废水和剩余活性污泥生产微生物絮凝剂的方法。本发明所选用的微生物絮凝剂生产菌为红平红球菌。本发明公开的微生物絮凝剂的生产方法如下：

1.选用红平红球菌作为微生物絮凝剂生产菌；

2.菌株的种子培养：将菌株从斜面保藏培养基接种到种子培养基中，于28～32℃、110～130rpm的条件下培养24～30h，获得种子液；

3.污泥预处理：将污泥处理厂剩余活性污泥浆液置于60～100℃条件下恒温热处理30～40min，使污泥细胞破碎；

4.发酵培养基的制备：将养殖废水与上述预处理后的活性污泥按照体积比1∶5～1∶8混合，高压灭菌；

5.两步发酵工艺：将种子液按1～2％的接种量接种至发酵培养基，采用两步发酵工艺发酵，即将发酵工艺分为两个阶段：第一阶段，33～36℃、140～160rpm的条件下发酵24h，第二阶段，28～32℃、110～130rpm的条件下发酵30～48h，得到发酵液；

6.微生物絮凝剂的提取：分析得知，本发明所生产的微生物絮凝剂絮凝成分主要分布在去菌体上清液中，微生物菌体的絮凝活性较低。因此将两步发酵工艺所得到发酵液在5000～6000rpm条件下离心20～30min，去菌体后即可得到液体微生物絮凝剂；在液体微生物絮凝剂中加入一定比例的预冷乙醇，得到沉淀物，将沉淀物真空干燥即可获得所述微生物絮凝剂。

本发明的优点

1.本发明以富含N、P、K的养殖废水和富含有机质的污水处理厂二沉池剩余活性污泥为廉价培养基，生产微生物絮凝剂，大幅度降低了微生物絮凝剂的生产成本(降低60％～70％)，同时实现了废物的综合利用和污泥的资源化；

2.采用两步发酵工艺生产微生物絮凝剂，产絮周期短，为60h；

3.采用两步发酵工艺生产的微生物絮凝剂，对高岭土悬浮液具有较好的絮凝效果，絮凝率高于85％；

4.无毒，两步发酵工艺生产的微生物絮凝剂，经鉴定其絮凝成分为蛋白质和多糖；

5.由于菌株生长代谢快，生产絮凝剂周期短，而且可以实现废物综合利用，因此可用于产业化生产；

6.两步发酵工艺生产的微生物絮凝剂，絮凝成分可生物降解，无二次环境污染；

具体实施方式

实施事例1 采用两步发酵工艺利用养殖废水生产微生物絮凝剂

1.微生物絮凝剂的生产

从新鲜的红平红球菌斜面保藏培养基挑取少许菌落至装有150ml种子培养基的250ml摇瓶内，于30℃、120rpm的摇条件下培养24h。将此种子液作为生产絮凝剂时的接种液。配制发酵培养基：养殖废水1.0L；蔗糖10g；KH₂PO₄ 2.0g；K₂HPO₄ 5.0g；NaCl 1.0g；MgSO₄ 0.2g；发酵培养基初始pH为8.0。按2％(v/v)的接种量将种子液接种至发酵培养基。在发酵初期的24h内采用发酵温度35℃、摇床速度150rpm的发酵条件，缩短菌体生长的停滞期，使发酵液中菌体浓度在较短时间内达到较高水平；发酵后期的36h内采用发酵温度30℃、摇床速度120rpm的发酵条件，最大限度利用营养物质生产絮凝剂。

2.微生物絮凝剂的提取

将两步发酵工艺获得的发酵液经5000rpm离心30min，收集上清液。在上清液中添加0.5％三氯甲烷和正丁醇(体积比4∶1)，静置6h，虹吸上清液，在上清液中添加2倍体积的预冷乙醇，4℃条件下静置48h，经5000rpm离心30min，得到微生物絮凝剂粗制品。采用透析法进行絮凝剂粗产品的纯化。微生物絮凝剂粗品溶于蒸馏水后，置于由半透膜组成的透析袋内进行透析，4℃条件下透析24h后，真空干燥获得絮凝剂纯品。

3.结合附图说明一步发酵工艺和两步发酵工艺对絮凝率和菌体干重的影响

附图1：一步发酵工艺和两步发酵工艺对絮凝率和菌体干重的影响(养殖废水培养基)

其中：a、发酵温度35℃，摇床速度150rpm的一步发酵工艺对絮凝率和菌体干重的影响

b、发酵温度30℃，摇床速度120rpm的一步发酵工艺对絮凝率和菌体干重的影响

c、两步发酵工艺对絮凝率和菌体干重的影响

如图1(a)所示，在发酵温度为35℃和摇床速度为150rpm的一步发酵条件下，发酵60h，菌体干重最大，为3.24mg/L，絮凝率达到最高，为83.2％；如图1(b)所示，在发酵温度为20℃和摇床速度为120rpm的一步发酵条件下，发酵66h，菌体干重最大，为3.17mg/L，絮凝率达到最高，为85.4％；如图1(c)所示，两步发酵工艺条件下，发酵60h，菌体干重最大，为3.23mg/L，絮凝率达到最高，为88.6％，高于一步发酵工艺。

4.微生物絮凝剂对高岭土悬浊液的沉降

将两步发酵工艺工艺获得的发酵液、1％(w/v)的CaCl₂溶液与4g/L的高岭土悬浊液按1∶2.5∶50的体积比混合，300rpm搅拌1min，180rpm搅拌4min。静置10min后，检测所得絮凝率，达到88.6％。说明红平红球菌利用养殖废水生产的絮凝剂具有较好的絮凝性能。

实施事例2 采用两步发酵工艺利用养殖废水和污水处理厂剩余活性污泥生产微生物絮凝剂

1.微生物絮凝剂的生产

从新鲜的红平红球菌斜面保藏培养基挑取少许菌落至装有150ml种子培养基的250ml摇瓶内，于30℃、120rpm的摇条件下培养24h。将此种子液作为生产絮凝剂时的接种液。配制发酵培养基：将污泥处理厂剩余活性污泥浆液置于100℃条件下恒温热处理30～40min，将养殖废水与上述预处理后的活性污泥按照体积比1∶7混合，高压灭菌；发酵培养基初始pH为8.0。按2％(v/v)的接种量将种子液接种至发酵培养基。在发酵初期的24h内采用发酵温度35℃、摇床速度150rpm的发酵条件，缩短菌体生长的停滞期，使发酵液中菌体浓度在较短时间内达到较高水平；发酵后期的36h内采用发酵温度30℃、摇床速度120rpm的发酵条件，最大限度利用营养物质生产絮凝剂。

2.微生物絮凝剂的提取

3.结合附图说明一步发酵工艺和两步发酵工艺对絮凝率的影响

附图2：一步发酵工艺和两步发酵工艺对絮凝率的影响(养殖废水-剩余活性污泥培养基)

如图2所示，在发酵温度为35℃和摇床速度为150rpm的一步发酵条件下，发酵60h，絮凝率达到最高，为78.4％；在发酵温度为30℃和摇床速度为120rpm的一步发酵条件下，发酵66h，絮凝率达到最高，为84.3％；两步发酵工艺条件下，发酵60h，絮凝率达到最高，为86.9％，高于一步发酵工艺。

4.微生物絮凝剂对高岭土悬浊液的沉降

将两步发酵工艺工艺获得的发酵液、1％(w/v)的氯化钙溶液与4g/L的高岭土悬浊液按1∶2.5∶50的体积比混合，300rpm搅拌1min，180rpm搅拌4min。静置10min后，检测所得絮凝率，达到86.9％。说明红平红球菌利用养殖废水和污水处理厂剩余活性污泥生产的絮凝剂具有较好的絮凝性能。

Claims

1.采用两步发酵工艺，利用养殖废水和二沉池剩余活性污泥生产微生物絮凝剂的特征步骤如下：

(1)种子液的培养：将菌株接种到种子培养基中，于28～32℃、110～130rpm的条件下培养24～30h，得到种子液；

(2)微生物絮凝剂的生产：采用两步发酵生产方法生产絮凝剂：第一步，33～36℃、140～160rpm的条件下发酵24h，第二步，28～32℃、110～130rpm的条件下发酵30～48h；

(3)微生物絮凝剂的提取：将两步发酵生产得到发酵液在5000～6000rpm条件下离心20～30min，收集上清液；在上清液中加入1～2倍体积的预冷乙醇，得到沉淀物；将沉淀物真空干燥获得微生物絮凝剂。

2.根据权利1所要求的微生物絮凝剂的生产方法，其特征在于：种子培养基成分：蛋白胨8.0～10.0g/L，酵母粉4.0～5.0g/L，牛肉粉1.5～2.0g/L，NaCl 8.0～10.0g/L，pH＝7.0。

3.根据权利1所要求的微生物絮凝剂的生产方法，其特征在于：养殖废水发酵培养基成分：养殖废水1.0L；蔗糖8.0～10g；KH₂PO₄ 1.0～2.0g；K₂HPO₄3.0～5.0g；NaCl 0.2～1.0g；MgSO₄ 0.1～0.2g，发酵培养基初始pH为8.0～9.0。养殖废水-剩余活性污泥发酵培养基成分：养殖废水与预处理后的活性污泥按照体积比1∶5～1∶8混合，发酵培养基初始pH为6.0～8.0。

4.权利1所述的养殖废水为厌氧后猪场废水，COD浓度为1000～1300mg/L，氨氮浓度为1000～1200mg/L。权利1所述的剩余活性污泥为湖南省长沙市第二污水处理厂二沉池剩余活性污泥。