发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种减少污水处理过程中剩余污泥量的复合微生物菌剂及其制备方法和应用。该复合微生物菌剂在不影响出水水质的情况下,从源头削减污泥量,使污水处理过程中剩余污泥的排放量大大减少。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:
用于污泥减量的复合微生物菌剂是由微生物经发酵制成的液体菌剂,其中包含脱氮假单胞菌、珊瑚诺卡氏菌、产朊假丝酵母、类球红细菌和酱油曲霉。这五种菌种都是常规菌种,可以从中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)或美国菌种保藏中心(ATCC)购得。
脱氮假单胞菌(pseudomonas denitrificans)是属于假单胞菌属的细菌,优选菌种编号为ATCC 13867、ATCC 15749、ATCC 19244或ATCC 21988中的一种或两种以上的组合,其中脱氮假单胞菌活菌数占总活菌数的10%~50%较佳。
珊瑚诺卡氏菌(Nocardia corallina)是属于诺卡氏菌属的细菌,优选菌种编号为CGMCC 4.1037、CGMCC 4.1038、ATCC 19148、ATCC 19070或ATCC 19071中的一种或两种以上的组合,其中珊瑚诺卡氏菌活菌数占总活菌数的10%~50%较佳。
产朊假丝酵母(Candida utilis)是属于假丝酵母属的酵母菌,优选菌种编号为CGMCC 2.569、ATCC 8205、ATCC 9226、ATCC 9256或ATCC 9950中的一种或两种以上的组合,其中产朊假丝酵母活菌数占总活菌数的10%~50%较佳。
类球红细菌(Rhodobacter sphaeroides)是属于红细菌属的细菌,优选菌种编号为CGMCC 1.2174、CGMCC 1.2182或CGMCC 1.2183中的一种或两种以上的组合,其中类球红细菌活菌数占总活菌数的10%~50%较佳。
酱油曲霉(Aspergillus sojae)是属于曲霉属的丝状真菌,优选菌种编号为CGMCC 3.661、CGMCC 3.495或CGMCC 3.880中的一种或两种以上的组合,其中类球红细菌活菌数占总活菌数的10%~50%较佳。
复合微生物菌剂中所含的上述五种微生物的总活菌数大于或等于2.0×108cfu/mL。
用于污泥减量的复合微生物菌剂的制备方法,包括下述步骤:
A、液体放大培养:将脱氮假单胞菌、珊瑚诺卡氏菌、产朊假丝酵母、类球红细菌、酱油曲霉分别接入斜面培养基,使保藏的菌种活化,然后将活化后的菌种分别接种于各自相应的液体培养基中。
脱氮假单胞菌的液体培养基配方为(各成分按g/L计):蔗糖40,玉米浆20,甜菜碱5,(NH4)2SO4 1,(NH4)2HPO4 2,MnSO4·H2O 0.8,CoC12·6H2O 0.02,MgO 0.3,5,6-二甲基苯并咪唑(DMBI) 0.01,ZnSO4·7H2O 0.01。调节培养基的pH7.2~7.4。培养温度为26~30℃,培养时间为36~72小时。
珊瑚诺卡氏菌的液体培养基配方(各成分按g/L计):蛋白胨10,牛肉膏3,NaCl 5。调节培养基的pH 7.0。培养温度为28~30℃,培养时间为48~72小时。
产朊假丝酵母的液体培养基配方(各成分按g/L计):麦芽汁12Brix,培养基的pH为自然pH。培养温度为25~28℃,培养时间为36~72小时。
类球红细菌的液体培养基配方(各成分按g/L计):牛肉膏1.5,酵母膏1.5,胰蛋白胨5,葡萄糖1,NaCl 3.5,K2HPO4 4.8,KH2PO4 1.32,调节培养基的pH 7.2。培养温度为30~35℃,培养时间为48~72小时。
酱油曲霉的液体培养基配方(各成分按g/L计):蔗糖30,NaNO3 3,MgSO4·7H2O 0.5,KCl 0.5,FeSO4·4H2O 0.01,K2HPO4 1,调节培养基的pH 6.0~6.5。培养温度25~28℃,培养时间为48~96小时。
B、混合接种和发酵:经过液体扩大培养的各菌种采用混合接种的方法,将脱氮假单胞菌、珊瑚诺卡氏菌、产朊假丝酵母、类球红细菌、酱油曲霉按比例为1~5 : 1~5 : 1~5 : 1~5 : 1~5接种到装有发酵培养基的发酵罐中,接种量为5~20%,培养温度为28~37℃,发酵过程中采用间歇搅拌即每隔1~2h启动一次搅拌装置,转速10~50r/min,每次搅拌5min,发酵15~30天,即得复合微生物的液体菌剂。
发酵培养基为按重量百分含量计的下列物质:食用糖5%~20%、食用酒精5%~20%、食用醋5%~20%、余量为水。其中食用糖为饴糖、红糖或白糖中的一种,食用酒精为发酵酒精或白酒中的一种,食用酒精的酒精度数为30%~60%。食用醋为酿造的陈醋或白醋中的一种,食用醋的pH为3.0~5.0。
复合微生物菌剂主要用于现有污水处理的好氧段中。可以将复合微生物菌剂加入到含有活性污泥的曝气池、污泥浓缩池或二沉池中,为了使复合微生物菌剂在系统中停留的时间相对长一些,更好地与原有污泥结合在一起,一般将复合微生物菌剂的投放处设在曝气池的入口处,污泥浓缩池或二沉池的污泥回流管中。根据进水COD和SS等参数,确定复合微生物菌剂首次投加量,即复合微生物菌剂首次投加量与污水日处理水量的比例(重量比)为1:1000~1:100000,根据周期运行情况(一般为30天左右),在每个周期结束后再次补加首次投加量的10%~20%,在周期运行期间不需要投加复合微生物菌剂。剩余污泥减量率可以达到30~70%。
由于采用了上述技术方案,本发明所取得的技术进步在于:
本发明针对现有污泥末端治理难的问题,提供一种用于污泥减量的高效复合微生物菌剂,对污泥发生量的过程进行控制。复合微生物菌剂中包含的五种微生物分属于细菌、酵母菌、霉菌菌属。各种微生物之间的互相共生,互相作用,共同生长,形成一个所需各种酶活性都很高的生物降解体系,能有效破坏和分解活性污泥中死亡或衰老的菌体等有机物质,抑制腐败生物的生长以及某些病原菌的生长,对原有系统中活性强的菌不构成威胁。在不影响出水水质的情况下,有效分解有机物,从源头减少剩余污泥的产生量。复合微生物菌剂中含有的类球红细菌既能在黑暗好氧或微好氧条件下生长,也能在光照厌氧条件下生长。它能通过光合作用,分解污水中氨氮和亚硝酸盐、农药、激素等有害物质。菌体富含蛋白质、维生素及多种生理活性物质,能提供珊瑚诺卡氏菌和酱油曲霉生长所需的营养物质。脱氮假单胞菌在某些情况下,以硝酸盐为替代的电子受体进行厌氧呼吸。它是VB12的生产菌, VB12 可用于环保中土壤和污水水常见污染物一一有机卤化物的脱卤。珊瑚诺卡氏菌对有机物有很强的降解能力,尤其在处理芳香烃废水方面效果显著。它可利用光合细菌生成的氮源作为基质促进其数目增加,抑制有害菌的生长,争夺有害菌增殖所需的营养物质,从而创造其它有益的微生物的生存环境。产朊假丝酵母对环境中的或光合细菌合成的有机物进行发酵分解,发酵产物中的生物活性物质能促进微生物生长,有利于维持和促进微生物系统稳定的共生增殖关系。酱油曲霉可产生多种酶类和多糖物质,在分解有机物方面效果显著。该复合微生物菌剂中的五种微生物相互配合,共同发挥对剩余污泥减量的功能。菌剂投加量小,使用方便,在不需较大改变现行污水处理工艺的前提下,达到对污泥的绝对减量,使污水处理过程中污泥减量率达到30%~70%。可大大降低污泥处理的综合运行成本,无论在经济、环境和社会效益方面都有重大的意义。
复合微生物菌剂的菌种和原料易得,所用发酵培养基采用食品级的原料,确保产品复合微生物菌剂无毒、无害。正常使用情况下不会危害人体健康。制备复合微生物菌剂的工艺简单。将脱氮假单胞菌、珊瑚诺卡氏菌、产朊假丝酵母、类球红细菌、酱油曲霉按比例为1~5 : 1~5 : 1~5 : 1~5 : 1~5进行混合培养,在该配比下,这五种菌群能更好的发挥相互之间的互生作用,有利于混合发酵过程中各自菌群的生长和繁殖。发酵培养基中只含有食用糖、食用酒精、食用醋和水,碳源十分丰富,有效促进菌体增殖。同时各微生物在其生长增殖过程中产生的有用物质及其分泌物,成为各自或相互生长的基质和原料,形成共生互生增殖关系。此外,发酵培养基中的pH较低,可有效抑制有害菌的生长,还可以有效的延长产品保存期。复合微生物菌剂采用适当的接种比例,独特的培养基及工艺进行发酵,使微生物之间形成一个复杂而稳定的微生态系统。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明除特别说明之外,所用的百分比都是质量百分比。本发明所用的原料或试剂市售可得。
实施例1
用于污泥减量的复合微生物菌剂由脱氮假单胞菌ATCC 13867、珊瑚诺卡氏菌CGMCC 4.1037、产朊假丝酵母CGMCC 2.569、类球红细菌CGMCC 1.2182和酱油曲霉CGMCC 3.661制成的液体菌剂。
制备复合微生物菌剂的步骤如下:
A、将菌种分别进行液体放大培养
将脱氮假单胞菌ATCC 13867经斜面活化后,接种于液体培养基中,在温度30℃的条件下培养48小时。液体培养基配方(g/L):蔗糖40,玉米浆20,甜菜碱5,(NH4)2SO4 1,(NH4)2HPO4 2,MnSO4·H2O 0.8,CoC12·6H2O 0.02,MgO 0.3,5,6-二甲基苯并咪唑(DMBI) 0.01,ZnSO4·7H2O 0.01。调节培养基的pH7.3。
将珊瑚诺卡氏菌CGMCC 4.1037经斜面活化后,接种于液体培养基中,在温度30℃的条件下培养48小时。液体培养基配方(g/L):蛋白胨10,牛肉膏3,NaCl 5。调节培养基的pH 7.0。
将产朊假丝酵母CGMCC 2.569经斜面活化后,接种于液体培养基中,在温度28℃的条件下培养48小时。液体培养基配方(g/L):麦芽汁12Brix,培养基的pH为自然pH。
将类球红细菌CGMCC 1.2182经斜面活化后,接种于液体培养基中,在温度30℃的条件下培养48小时。液体培养基配方(g/L):牛肉膏1.5,酵母膏1.5,胰蛋白胨5,葡萄糖1,NaCl 3.5,K2HPO4 4.8,KH2PO4 1.32。调节培养基pH 7.2。
将酱油曲霉CGMCC 3.661经斜面活化后,接种于液体培养基中,28℃培养48小时。液体培养基配方(g/L):蔗糖30,NaNO3 3,MgSO4·7H2O 0.5,KCl 0.5,FeSO4·4H2O 0.01,K2HPO4 1,调节培养基pH 6.2。
B、混合接种和发酵
将液体扩大培养的各菌种采用混合接种方法,按脱氮假单胞菌:珊瑚诺卡氏菌:产朊假丝酵母:类球红细菌:酱油曲霉为1:1:1:1:1的比例接种至发酵罐培养,接种量为10%。发酵罐培养基配方(按重量百分含量计):红糖5%,酒精度数为60%发酵酒精5%,pH为3.5的白醋10%,其余为水。30℃厌氧发酵培养,每天每隔1h启动一次搅拌装置,转速40r/min,每次搅拌5min,发酵20天,即得复合微生物菌剂。经平板活菌计数,活菌总数达到2.5×108cfu/mL。其中脱氮假单胞菌活菌数占总活菌数的21%,珊瑚诺卡氏菌活菌数占总活菌数的18%,产朊假丝酵母活菌数占总活菌数的25%,类球红细菌活菌数占总活菌数的16%,酱油曲霉活菌数占总活菌数的17%。将所得液体复合微生物菌剂分装至200L塑料桶,密封于阴凉干燥通风处保存。
实施例2
制备复合微生物菌剂步骤如下:
A、液体放大培养
将脱氮假单胞菌的菌种编号为ATCC 13867、ATCC 15749和ATCC 19244三种细菌分别斜面活化后,再分别接种于液体培养基中,28℃培养60小时。液体培养基配方同实施例1。
将珊瑚诺卡氏菌的菌种编号为CGMCC 4.1037、CGMCC 4.1038、ATCC 19070和ATCC 19701四种菌分别斜面活化后,再分别接种于液体培养基中,28℃培养60小时。液体培养基配方同实施例1。
将产朊假丝酵母的菌种编号为CGMCC 2.569、ATCC 8205和ATCC 9226三种菌分别斜面活化后,再分别接种于液体培养基中,28℃培养60小时。液体培养基配方同实施例1。
将类球红细菌的菌种编号为CGMCC 1.2174、CGMCC 1.2182和CGMCC 1.2183三种菌分别斜面活化后,再分别接种于液体培养基中,30℃培养48小时。液体培养基配方同实施例1。
将酱油曲霉的菌种编号为CGMCC 3.661、CGMCC 3.495和CGMCC 3.880三种菌分别斜面活化后,再分别接种于液体培养基中,28℃培养60小时。液体培养基配方同实施例1。
B、混合接种和发酵
将液体扩大培养的各菌种采用混合接种方法,按脱氮假单胞菌:珊瑚诺卡氏菌:产朊假丝酵母:类球红细菌:酱油曲霉为1:2:2:4:1的比例接种至发酵罐培养,接种量为15%。发酵罐培养基(按重量百分含量计)为:白糖20%,40%白酒15%,pH为3.5的白醋15%。35℃厌氧发酵培养,每天每隔1h启动一次搅拌装置,转速40r/min,搅拌5min,发酵15天,即得复合微生物菌剂。经平板活菌计数,活菌总数达到2.3×108cfu/mL。其中脱氮假单胞菌活菌数占总活菌数的15%,珊瑚诺卡氏菌活菌数占总活菌数的17%,产朊假丝酵母活菌数占总活菌数的32%,类球红细菌活菌数占总活菌数的10%,酱油曲霉活菌数占总活菌数的23%。将所得液体复合微生物菌剂分装至200L塑料桶,密封于阴凉干燥通风处保存。
实施例3
制备复合微生物菌剂步骤如下:
A、液体放大培养
将脱氮假单胞菌ATCC 21988经斜面活化后,接种于液体培养基中,26℃培养72小时。液体培养基配方同实施例1。
将珊瑚诺卡氏菌ATCC 19148经斜面活化后,接种于液体培养基中,28℃培养72小时。液体培养基配方同实施例1。
将产朊假丝酵母ATCC 9950经斜面活化后,接种于液体培养基中,26℃培养72小时。液体培养基配方同实施例1。
将类球红细菌CGMCC 1.2174经斜面活化后,接种于液体培养基中,30℃培养72小时。液体培养基配方同实施例1。
将酱油曲霉CGMCC 3.880经斜面活化后,接种于液体培养基中,26℃培养72小时。液体培养基配方同实施例1。
B、混合接种和发酵
将液体扩大培养的各菌种采用混合接种方法,按脱氮假单胞菌:珊瑚诺卡氏菌:产朊假丝酵母:类球红细菌:酱油曲霉为1:1:2:1:1的比例接种至发酵罐培养,接种量为18%。发酵罐培养基(按重量百分含量计)为:饴糖10%,40%发酵酒精15%,pH为4.0的白醋20%。28℃厌氧发酵培养,每天每隔2h启动一次搅拌装置,转速50r/min,搅拌5min,发酵15天,即得复合微生物菌剂。活菌总数达到2.7×108cfu/mL。将所得液体复合微生物菌剂分装至200L塑料桶,密封于阴凉干燥通风处保存。
实施例4
制备复合微生物菌剂步骤如下:
A、液体放大培养
将脱氮假单胞菌ATCC 15749经斜面活化后,接种于液体培养基中,28℃培养48小时。液体培养基配方同实施例1。
将珊瑚诺卡氏菌CGMCC4.1038经斜面活化后,接种于液体培养基中,28℃培养48小时。液体培养基配方同实施例1。
将产朊假丝酵母ATCC 8205经斜面活化后,接种于液体培养基中,28℃培养48小时。液体培养基配方同实施例1。
将类球红细菌CGMCC 1.2183经斜面活化后,接种于液体培养基中,30℃培养48小时。液体培养基配方同实施例1。
将酱油曲霉CGMCC 3.495经斜面活化后,接种于液体培养基中,25℃培养48小时。液体培养基配方同实施例1。
B、混合接种和发酵
将液体扩大培养的各菌种采用混合接种方法,按脱氮假单胞菌:珊瑚诺卡氏菌:产朊假丝酵母:类球红细菌:酱油曲霉为1:2:3:2:1的比例接种至发酵罐培养,接种量为5%。发酵罐培养基(按重量百分含量计)为:饴糖15%,30%白酒20%,pH为5.0的陈醋20%。30℃厌氧发酵培养,每天每隔1h启动一次搅拌装置,转速20r/min,搅拌5min,发酵25天,即得复合微生物菌剂。总菌数达到3.0×108cfu/mL。将所得液体复合微生物菌剂分装至200L塑料桶,密封于阴凉干燥通风处保存。
下面通过效果实施例来进一步说明本发明的有益效果。
效果实施例1
某城市生活污水采用SBR工艺(间歇式活性污泥法污水处理工艺)进行处理,3个有效池容均为5m3的平行池(分别编号为0#、1#和2#),0#池为对比池,不投加菌剂,1#池中首次投加复合微生物菌剂2L(实施例1制备),2#池中首次也投加复合微生物菌剂2L(实施例1制备),1#和2#池做平行试验。HRT(水利停留时间)为12h,每个池的日处理水量为10m3,处理温度15~20℃,COD(进水的化学需氧量)为232~386mg/L,氨氮为15~23mg/L,SS(水质中悬浮物)为70~100mg/L,溶解氧控制在2.0mg/L左右,各池中的MLSS(污泥浓度)保持在3500~4000mg/L,连续运行100天。以30天为一个周期,每个周期结束后,1#和2#池需补加菌剂,补加量为首次投加量的10%,即200mL。结果见表1。
表1 城市生活污水处理的对照结果
可见,在其他条件相同的情况下,投加复合微生物菌剂的1#和2#池均比0#池的COD去除率、氨氮去除率略有提高,且在连续运行的100天过程中,1#和2#池分别排泥54 kg和58kg,而0#池累积排泥135kg,与0#池相比,1#池和2#池的污泥减量率分别达60%和57%。在每一个运行周期投加复合微生物菌剂后,在不排泥的情况下,污泥浓度呈逐渐下降的趋势。因此在出水水质达到标准的条件下,大大减少了剩余污泥的产生量,减少了剩余污泥处理成本。
效果实施例2
某制药废水采用SBR工艺处理,2个池容为10m3的水池(分别编号为0#和1#),0#池为对比池,不投加菌剂,1#池中首次投加复合微生物菌剂10L(实施例2制备),HRT为8h,每个池的日处理水量为21m3。处理温度20~25℃,进水COD为1510~2200mg/L,氨氮为100~130mg/L,SS为260~320mg/L,溶解氧控制在2.0以上,各池中的MLSS保持在4000~4500mg/L,连续运行100天。以30天为一个周期,每个周期结束后,1#池需补加菌剂,补加量为首次投加量的12.5%,即12.5L。结果见表2。
表2 制药废水处理的对照结果
可见,对于制药废水,复合微生物菌剂结合SBR工艺,在不影响出水水质的情况下,可有效减少剩余污泥量的排放,污泥减量率达70%。
效果实施例3
某养猪场废水采用气浮工艺和A2/ O工艺(厌氧-缺氧-好氧活性污泥处理工艺)处理,选择一个日处理水量800m3的试验池,进水COD为1000~1500mg/L,SS为80~110mg/L,温度为25~30℃,氨氮为80~140mg/L,溶解氧控制在2.0以上,好氧池中的MLSS保持在4000~5000mg/L。在好氧段的入口处,首次投加复合微生物菌剂560L(实施例3制备)。同时选择另外一个800m3的气浮和A2/O工艺的空白池,不加菌剂作为对照,连续运行180天。以28~30天为一个周期,每个周期结束后,试验池需补加菌剂,补加量为首次投加量的15%,即84L。结果见表3。
表3 养殖废水生产试验处理的对照结果
在日处理量为800m3废水的养猪场进行放大生产试验,污泥减量率达到50%的情况下,COD和氨氮的去除率均较好。这表明,在现有的污水处理好氧工艺中,无论在中试还是生产试验中,复合微生物菌剂与活性污泥联用,在生化处理过程中,从源头上削减污泥,具有较好的经济效益。