CN103159329A - 一种微生物活性原位强化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微生物活性原位强化方法，所述方法通过培养特别的菌剂以及专用的改性载体，能在短时间内在处理装置中快速提高目标微生物的活性，在短时间内可以使芽孢杆菌比例达到并维持在总菌数的80％以上。在实际用于污水处理时，该微生物群可以对载体表面沉积污染物质进行高效快速分解，载体表面附着菌膜厚度始终维持2mm左右，促使BOD污泥转换减少40％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种微生物活性强化方法，特别地涉及一种微生物活性原位强化方法。
背景技术
以活性污泥法为代表的生物处理技术是目前生活污水和大部分工业废水的主要处理工艺。生物处理系统普遍存在污泥易膨胀和对水质水量的抗冲击能力较差等问题。系统处理效率的高低与微生物活性的好坏密切相关。另外，在生物法处理污水的过程中不可避免的会产生大量剩余污泥，现行的焚烧处理不仅需要昂贵费用，而且在焚烧时产生有毒气体污染环境，因此如何减少剩余污泥的产量也是废水生物处理过程中亟需解决的问题。因此，国内外研究者先后对采用生物强化、微生物固定化以及促进生物降解过程等技术激活微生物进行了不同程度的研究，已取得了一定的进展。如清华大学的发明专利CN1278950中报道将维生素溶解成溶液或直接作为微生物活性增加剂投放入工业废水中进行处理，经过6～24小时的降解处理即可使污水达到环保标准。发明专利CN10157036中报道了一种通过壳聚糖增强核酸辅酶功效的用于强化污水生物处理的复合物液剂，该液剂的加入有效提高了活性污泥菌胶团对污水的处理效果。这些研究可以分成两类，一类是对菌剂、培养液的研究，另一类是对微生物载体的研究。
针对以上问题，本发明提供了一种经济、高效且生态安全性高的用于处理生活污水和工业废水的微生物活性原位强化方法。该方法通过新型的菌剂以及新型的生物载体促进活性污泥中有益微生物的生长、抑制有害微生物并改善污泥菌胶团结构，从而分解水中的有机污染物及污泥、提高污泥的沉降性能，达到净化水质和剩余污泥减排的双重目的。
发明内容
本发明提供了一种微生物活性原位强化方法，该方法包括对微生物采用快速富集及强化菌剂进行培养，还包括在培养时使用新型载体，从而达到微生物活性原位强化的效果。
所述微生物活性原位强化方法的特征之一在于，使用能够快速富集及强化的菌剂进行培养。所述菌剂通过以下方法制备：
在高密度发酵用基础培养基中依次接种枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)ACCC01197、巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium)ACCC03116和铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)ACCC02722进行发酵培养，控制温度为28～34℃、pH6.0～8.0、溶解氧为1～5mg/L，发酵过程中分批流加额外碳源，发酵总时间为80～100h。发酵初始接种枯草芽孢杆菌后培养24h，之后再同时接入巨大芽孢杆菌和铜绿假单胞菌。所述流加的额外碳源是总体积为高密度发酵用基础培养基体积15％的质量浓度为50％的葡萄糖溶液，该葡萄糖溶液中还含有质量浓度为0.1～0.2％的亚硒酸钠，所述葡萄糖溶液在接种枯草芽孢杆菌24h后开始流加，于20h内流加完毕，流加方式可选择指数增加的方式。优选的，在接种枯草芽孢杆菌后控制pH在6.0以上，接种巨大芽孢杆菌后直至发酵结束控制pH在7.5～8.0，发酵过程中pH调节液为氨水。
发酵时使用的基础培养基组成如下：葡萄糖20～25g/L、大豆蛋白胨20～25g/L、磷酸二氢钠5～8g/L、维生素B11～3mg/L、生物素0.2～0.4mg/L、烟酸0.5～0.7mg/L，维生素B60.1～0.2mg/L、蛋白酶0.05～0.1mg/L、脂酶0.03～0.05mg/L、微量元素母液1～3mL/L、PPE高效聚醚消泡剂0.1mL/L、用磷酸调节pH至6.0；
上述微量元素母液组成如下：MnCl2·4H2O4mg/ml、CoCl2·6H2O3mg/ml、CuCl2·2H2Olmg/ml、H3BO42mg/ml、Na2MoO4·2H2O1.5mg/ml、Zn(CH3COO)2·2H2O2mg/ml、KI0.5mg/L。
发酵后得到的菌种成分比例(w/w)为：枯草芽孢杆菌70～80％，巨大芽孢杆菌5～15％，铜绿假单胞菌5～15％。上述三种菌的含量最佳优选值：枯草芽孢杆菌含量75％，巨大芽孢杆菌含量15％，铜绿假单孢菌含量10％。
所述微生物活性原位强化方法的另一特征在于，使用新型载体用于微生物的培养，该新型载体为一种改性聚丙烯载体。所述载体的具体制备方法如下：
将杉树皮烘干后磨成40目以下的粉末状，在该杉树皮粉末中加入总质量1～2％的凹土，混合后按固/液质量比1∶5的比例加水，并将该固液混合体系在50～60℃的温度下搅拌5～10h。
在结束搅拌前数分钟内，在上述混合物中加入多聚磷酸钠以及小分子量聚丙烯酰胺，加入的质量比例为多聚磷酸钠：小分子量聚丙烯酰胺∶杉树皮粉末＝1∶1∶80～120。随后对悬浮液旋流分级，取中级进行脱水，得固体料。
将该固体料烘干、破碎，再加入过量的丙烯酸乙二醇酯进行交联反应；将交联反应生成的固体产物与三甲胺醇溶液进行季胺化反应，获得聚丙烯添加剂。
将上述获得的聚丙烯添加剂按15～20％的质量比例添加到聚丙烯中，再添加3～5％的膨润土粉末混合，经双螺杆挤出机熔融混合造粒，注塑成型，获得本发明中所使用的改性聚丙烯载体。这种改性聚丙烯具有比表面积≥1000m2/m3、孔隙率≥95％、密度接近1g/cm3、使用年限≥10年等特点。
本发明所述的菌剂在原位强化时，将前面所述的菌剂加入用于污水处理的生化处理器中，并加入前面所述的载体，加入前面所述的制备该菌剂时所使用的培养基，加入培养基总质量10％左右的质量浓度50％的葡萄糖溶液，将温度控制在30℃，强化时间为20～24h。强化结束后即可用于污水处理。
本发明所述的微生物活性原位强化方法通过培养特别的菌剂以及专用的改性载体，能在短时间内在处理装置中快速提高目标微生物的活性，在短时间内可以使芽孢杆菌比例达到并维持在总菌数的80％以上。在实际用于污水处理时，该微生物群可以对载体表面沉积污染物质进行高效快速分解，载体表面附着菌膜厚度始终维持2mm左右，促使BOD污泥转换减少40％以上。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明所述的一种微生物活性原位强化方法进行进一步阐述。
实施例1
(1)配制发酵时使用的基础培养基组成如下：葡萄糖20g/L、大豆蛋白胨20g/L、磷酸二氢钠5g/L、维生素B13mg/L、生物素0.4mg/L、烟酸0.7mg/L，维生素B60.2mg/L、蛋白酶0.1mg/L、脂酶0.05mg/L、微量元素母液3mL/L(微量元素母液的具体配方见前文)、PPE高效聚醚消泡剂0.1mL/L、用磷酸调节pH至6.0；
(2)在上述基础培养基中依次接种枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)ACCC01197、巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium)ACCC03116和铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)ACCC02722进行发酵培养，发酵初始接种枯草芽孢杆菌后，控制温度为30℃，pH值6.0，培养24h，之后再同时接入巨大芽孢杆菌和铜绿假单胞菌，之后开始加入总体积为高密度发酵用基础培养基体积15％的质量浓度为50％的葡萄糖溶液，该葡萄糖溶液中还含有质量浓度为0.1％的亚硒酸钠，于20h内流加完毕，接种巨大芽孢杆菌后直至发酵结束控制pH在7.5，温度为34℃，发酵总时间80h，获得所发明制备的菌剂；
(3)将杉树皮烘干后磨成40目以下的粉末状，在该杉树皮粉末中加入总质量1％的凹土，混合后按固/液质量比1∶5的比例加水，并将该固液混合体系在50℃的温度下搅拌10h。在结束搅拌前数分钟内，在上述混合物中加入多聚磷酸钠以及小分子量聚丙烯酰胺，加入的质量比例为多聚磷酸钠∶小分子量聚丙烯酰胺∶杉树皮粉末＝1∶1∶100。随后对悬浮液旋流分级，取中级进行脱水，得固体料。将该固体料烘干、破碎，再加入过量的丙烯酸乙二醇酯进行交联反应；将交联反应生成的固体产物与三甲胺醇溶液进行季胺化反应，获得聚丙烯添加剂。将上述获得的聚丙烯添加剂按15％的质量比例添加到聚丙烯中，再添加3％的膨润土粉末混合，经双螺杆挤出机熔融混合造粒，注塑成型，获得改性聚丙烯载体。
(4)将(2)中获得的菌剂放置于生化处理器中，加入步骤(1)中制备的培养基，并且加入(3)中获得的载体，再加入培养基总质量10％左右的质量浓度50％的葡萄糖溶液，将温度控制在30℃，强化时间为20h。
强化结束后直接用于污水处理。
实施例2
(1)配制发酵时使用的基础培养基组成如下：葡萄糖25g/L、大豆蛋白胨25g/L、磷酸二氢钠6g/L、维生素B12mg/L、生物素0.3mg/L、烟酸0.5mg/L，维生素B60.1mg/L、蛋白酶0.1mg/L、脂酶0.05mg/L、微量元素母液2mL/L(微量元素母液的具体配方见前文)、PPE高效聚醚消泡剂0.1mL/L、用磷酸调节pH至6.0；
(2)在上述基础培养基中依次接种枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)ACCC01197、巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium)ACCC03116和铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)ACCC02722进行发酵培养，。发酵初始接种枯草芽孢杆菌后，控制温度为30℃，pH值6.0，培养24h，之后再同时接入巨大芽孢杆菌和铜绿假单胞菌，之后开始加入总体积为高密度发酵用基础培养基体积15％的质量浓度为50％的葡萄糖溶液，该葡萄糖溶液中还含有质量浓度为0.2％的亚硒酸钠，于20h内流加完毕，接种巨大芽孢杆菌后直至发酵结束控制pH在7.5，温度为34℃，发酵总时间90h，获得所发明制备的菌剂；
(3)将杉树皮烘干后磨成40目以下的粉末状，在该杉树皮粉末中加入总质量2％的凹土，混合后按固/液质量比1∶5的比例加水，并将该固液混合体系在60℃的温度下搅拌6h。在结束搅拌前数分钟内，在上述混合物中加入多聚磷酸钠以及小分子量聚丙烯酰胺，加入的质量比例为多聚磷酸钠∶小分子量聚丙烯酰胺∶杉树皮粉末＝1∶1∶100。随后对悬浮液旋流分级，取中级进行脱水，得固体料。将该固体料烘干、破碎，再加入过量的丙烯酸乙二醇酯进行交联反应；将交联反应生成的固体产物与三甲胺醇溶液进行季胺化反应，获得聚丙烯添加剂。将上述获得的聚丙烯添加剂按20％的质量比例添加到聚丙烯中，再添加5％的膨润土粉末混合，经双螺杆挤出机熔融混合造粒，注塑成型，获得改性聚丙烯载体。
(4)将(2)中获得的菌剂放置于生化处理器中，加入步骤(1)中制备的培养基，并且加入(3)中获得的载体，再加入培养基总质量10％左右的质量浓度50％的葡萄糖溶液，将温度控制在30℃，强化时间为22h。
强化结束后直接用于污水处理。
对本发明所述的微生物活性原位强化方法进行验证，将实施例1和2中分别获得的菌剂和载体加入污水处理用生化反应器中，另外引入四组对照组，对照组1和2分别使用实施例1和2中获得的菌剂但不使用特殊载体，而是使用由活性碳、石墨和木屑组成的普通载体，对照组3和4直接使用芽孢杆菌菌液，并且使用由活性碳、石墨和木屑组成的普通载体。
试验时，起始污泥浓度MLSS为5g/L，pH为7-8。微生物菌剂加入装置时稀释倍数为5000倍，原位强化结束后开始曝气并引入污水。经过一个月的连续试验得出系统CODCr平均去除率和氨氮平均去除率以及排出污泥的相对量(以实施例1为100％)。实验结果见下表：
| CODCr平均去除率 | 氨氮平均去除率 | 排出污泥的相对量 | |
| 实施例1 | 86.5％ | 83.9％ | 100％ |
| 实施例2 | 88.6％ | 84.7％ | 95.8％ |
| 对照组1 | 74.4％ | 75.3％ | 124.2％ |
| 对照组2 | 78.3％ | 74.2％ | 130.9％ |
| 对照组3 | 70.8％ | 71.8％ | 143.9％ |
| 对照组4 | 66.1％ | 70.5％ | 150.3％ |
从实验数据中不难看出，本发明所述的微生物活性原位强化方法能够快速提高目标微生物的活性，从而在污水处理过程中对污染物质进行高效快速分解，一方面去污效果好，另一方面排出污泥量少，具有相当积极的作用。
本领域技术人员可以根据本发明公开的内容和所掌握的本领域技术对本发明内容作出替换或变型，但是这些替换或变型都不应视为脱离本发明构思的，这些替换或变型均在本发明要求保护的权利范围内。
Claims (2)
1.一种微生物活性原位强化方法，该方法包括：将菌剂加入用于污水处理的生化处理器中，并加入载体，加入培养基以及占培养基总质量10％左右的质量浓度50％的葡萄糖溶液，将温度控制在30℃，强化时间为20～24h，其特征在于，其中所述菌剂通过以下方法制备：
在高密度发酵用基础培养基中依次接种枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)ACCC01197、巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium)ACCC03116和铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)ACCC02722进行发酵培养，控制温度为28～34℃、pH6.0～8.0、溶解氧为1～5mg/L，发酵过程中分批流加额外碳源，发酵总时间为80～100h。发酵初始接种枯草芽孢杆菌后培养24h，之后再同时接入巨大芽孢杆菌和铜绿假单胞菌。所述流加的额外碳源是总体积为高密度发酵用基础培养基体积15％的质量浓度为50％的葡萄糖溶液，该葡萄糖溶液中还含有质量浓度为0.1～0.2％的亚硒酸钠，所述葡萄糖溶液在接种枯草芽孢杆菌24h后开始流加，于20h内流加完毕，流加方式可选择指数增加的方式。优选的，在接种枯草芽孢杆菌后控制pH在6.0以上，接种巨大芽孢杆菌后直至发酵结束控制pH在7.5～8.0，发酵过程中pH调节液为氨水；
发酵时使用的基础培养基组成如下：葡萄糖20～25g/L、大豆蛋白胨20～25g/L、磷酸二氢钠5～8g/L、维生素B11～3mg/L、生物素0.2～0.4mg/L、烟酸0.5～0.7mg/L，维生素B60.1～0.2mg/L、蛋白酶0.05～0.1mg/L、脂酶0.03～0.05mg/L、微量元素母液1～3mL/L、PPE高效聚醚消泡剂0.1mL/L、用磷酸调节pH至6.0；
上述微量元素母液组成如下：MnCl2·4H2O4mg/ml、CoCl2·6H2O3mg/ml、CuCl2·2H2O1mg/ml、H3BO42mg/ml、Na2MoO4·2H2O1.5mg/ml、Zn(CH3COO)2·2H2O2mg/ml、KI0.5mg/L；
发酵后得到的菌种成分比例(w/w)为：枯草芽孢杆菌70～80％，巨大芽孢杆菌5～15％，铜绿假单胞菌5～15％。上述三种菌的含量最佳优选值：枯草芽孢杆菌含量75％，巨大芽孢杆菌含量15％，铜绿假单孢菌含量10％。
2.权利要求1中所述的微生物活性原位强化方法，其特征在于所述载体为一种改性聚丙烯载体，其具体制备方法如下：
将杉树皮烘干后磨成40目以下的粉末状，在该杉树皮粉末中加入总质量1～2％的凹土，混合后按固/液质量比1∶5的比例加水，并将该固液混合体系在50～60℃的温度下搅拌5～10h；
在结束搅拌前数分钟内，在上述混合物中加入多聚磷酸钠以及小分子量聚丙烯酰胺，加入的质量比例为多聚磷酸钠：小分子量聚丙烯酰胺∶杉树皮粉末＝1∶1∶80～120。随后对悬浮液旋流分级，取中级进行脱水，得固体料；
将该固体料烘干、破碎，再加入过量的丙烯酸乙二醇酯进行交联反应；将交联反应生成的固体产物与三甲胺醇溶液进行季胺化反应，获得聚丙烯添加剂；
将上述获得的聚丙烯添加剂按15～20％的质量比例添加到聚丙烯中，再添加3～5％的膨润土粉末混合，经双螺杆挤出机熔融混合造粒，注塑成型，获得本发明中所使用的改性聚丙烯载体。
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