CN103193368A - 一种嗜热土芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解的方法 - Google Patents
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Abstract
一种嗜热土芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解的方法，涉及促进剩余污泥微生物水解的方法。本发明是要解决剩余污泥微生物的生物水解率低，成本高的技术问题。方法：一获得活化后的嗜热土芽孢杆菌；二、活化后的嗜热土芽孢杆菌接种于发酵的培养基中培养，获得嗜热土芽孢杆菌发酵液；三、将嗜热土芽孢杆菌发酵液的上清液投加入剩余污泥中反应，即完成嗜热土芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解。本发明促进微生物的裂解率，提高污泥的水解速率，本发明应用于微生物水解的技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及促进剩余污泥微生物水解的方法。
背景技术
废水处理过程中伴随着大量固体废物的产生，其中最主要成分为剩余污泥。在中国，2008年剩余污泥(含水率80％)产量高达1800万吨/年，并以每年10％的速度持续增长。其处理处置费用占污水处理厂总运营费用的60％左右，占总投资费用的40％以上。剩余污泥中微生物的比例达到70％以上，并且以革兰氏阴性菌为主，同时富含多种有机碳源，如：蛋白质，碳水化合物和脂类。目前针对剩余污泥处理和处置，越来越多的研究集中在将剩余污泥作为一种廉价的宝贵资源进行利用。然而，大多数可生物降解的物质或者包裹在微生物细胞内，或者固定于胞外聚合物中，导致剩余污泥中挥发性固体的生物降解率减少了35％～45％。细胞壁的水解已经成为剩余污泥降解过程的主要限制因素，因此酶水解剩余污泥受到广泛关注。然而，由于高活性酶的高费用及不可回收性，致使采用酶处理剩余污泥在很大程度上提高了成本。以往的研究表明，酶水解剩余污泥(TSS8270mg/L)的成本大约为$3/m3。
基于嗜热菌能够分泌蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等多种酶类，一些研究者开始研究应用嗜热菌分泌的酶类对污泥进行预处理。由于在大多数细菌不能生存的极端生长环境下，嗜热菌能形成一种特殊的酶系统和抵御高温环境的机制，因此采用嗜热菌分泌的胞外酶能够快速有效的强化剩余污泥的水解，最终达到污泥利用的目的。从而研究嗜热溶胞菌胞外酶的活性对于强化污泥水解性能是非常有必要的。
发明内容
本发明是要解决剩余污泥微生物的生物水解率低，成本高的技术问题，从而提供一种嗜热土芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解的方法。
本发明的一种嗜热土芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解的方法是按以下步骤进行的：
一、取一环冷冻保藏的嗜热土芽孢杆菌接种于LB培养基中，在40～60℃、100～120r/min的旋转摇床上通气培养24～36h，获得活化后的嗜热土芽孢杆菌；
二、取一环活化后的嗜热土芽孢杆菌接种于发酵的培养基中，在40～80℃下培养12～24h，获得嗜热土芽孢杆菌发酵液；
三、取75～200mL的步骤二获得的嗜热土芽孢杆菌发酵液的上清液，投加入剩余污泥中，得到300mL的混合液，将混合液置于60～80℃水浴孵育1～6h，完成嗜热土芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解；
其中步骤一中嗜热土芽孢杆菌为Geobacillus sp.G-1，保藏单位为中国农业微生物菌种保藏中心，保藏地址为北京市海淀区中关村南大街12号，保藏编号为02730；
步骤二中发酵培养基由10g脱脂乳，3.0g酵母浸粉，6.7g(NH4)2SO4，0.5g NaCl，1.2gK2HPO4，0.7g KH2PO4，和0.5g MgSO4·7H2O和1000mL的水组成，pH值为7.0，105℃下高压灭菌15min。
本发明包括以下有益效果：
1、剩余污泥中微生物所占比例为70％以上，并以革兰氏阴性菌为主体，通过嗜热菌分泌的热稳定酶作用于微生物细胞，促进微生物细胞的水机，提高污泥的水解速率。同时，在不同发酵条件下，嗜热菌分泌热稳定酶的活性有很大差异性，基于均匀设计提升一种嗜热土芽孢杆菌Geobacillus sp.G-1溶解剩余污泥微生物细胞性能的方法，可以有效的提高微生物细胞的裂解率。
2、本发明的方法处理剩余污泥后，剩余污泥微生物的溶解速率最高达到36.63％，较未处理的剩余污泥微生物的溶解速率提高了36.3倍。
附图说明
图1为孵育时间为2h时，溶解速率与嗜热脂肪地芽孢杆菌发酵液的上清液投加量的关系图；其中，代表对照组无嗜热菌上清液投加剩余污泥的溶解速率；
代表嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量为75mL时，剩余污泥溶解速率；嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量为100mL时，剩余污泥溶解速率；
嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量为150mL时，剩余污泥溶解速率；
代表嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量为200mL时，剩余污泥溶解速率；
图2为孵育时间为4h时，溶解速率与嗜热脂肪地芽孢杆菌发酵液的上清液投加量的关系图；其中，
代表对照组无嗜热菌上清液投加剩余污泥的溶解速率；
代表嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量为75mL时，剩余污泥溶解速率；
嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量为100mL时，剩余污泥溶解速率；
嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量为150mL时，剩余污泥溶解速率；代表嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量为200mL时，剩余污泥溶解速率。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种嗜热土芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解的方法是按以下步骤进行的：
一、取一环冷冻保藏的嗜热土芽孢杆菌接种于LB培养基中，在40～60℃、100～120r/min的旋转摇床上通气培养24～36h，获得活化后的嗜热土芽孢杆菌；
二、取一环活化后的嗜热土芽孢杆菌接种于发酵的培养基中，在40～80℃下培养12～24h，获得嗜热土芽孢杆菌发酵液；
三、取75～200mL的步骤二获得的嗜热土芽孢杆菌发酵液的上清液，投加入剩余污泥中，得到300mL的混合液，将混合液置于60～80℃水浴孵育1～6h，完成嗜热土芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解；
其中步骤一中嗜热土芽孢杆菌为Geobacillus sp.G-1，保藏单位为中国农业微生物菌种保藏中心，保藏地址为北京市海淀区中关村南大街12号，保藏编号为02730；
步骤二中发酵培养基由10g脱脂乳，3.0g酵母浸粉，6.7g(NH4)2SO4，0.5g NaCl，1.2gK2HPO4，0.7g KH2PO4，和0.5g MgSO4·7H2O和1000mL的水组成，pH值为7.0，105℃下高压灭菌15min；
本实施方式步骤一中嗜热土芽孢杆菌购买自中国农业微生物菌种保藏中心。
本实施方式包括以下有益效果：
1、剩余污泥中微生物所占比例为70％以上，并以革兰氏阴性菌为主体，通过嗜热菌分泌的热稳定酶作用于微生物细胞，促进微生物细胞的水机，提高污泥的水解速率。同时，在不同发酵条件下，嗜热菌分泌热稳定酶的活性有很大差异性，基于均匀设计提升一种嗜热土芽孢杆菌Geobacillus sp.G-1溶解剩余污泥微生物细胞性能的方法，可以有效的提高微生物细胞的裂解率。
2、本实施方式的方法处理剩余污泥后，剩余污泥微生物的溶解速率最高达到36.63％，较未处理的剩余污泥微生物的溶解速率提高了36.3倍。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中在60℃、120r/min的旋转摇床上通气培养24h。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中在60℃下培养24h。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤三中将混合液置于60℃水浴孵育2～4h。其它与具体实施方式一至三之一相同。
通过以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：本试验的一种嗜热脂肪地芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解的方法是按以下步骤实现的：
一、取一环冷冻保藏的嗜热土芽孢杆菌接种于LB培养基中，在60℃、120r/min的旋转摇床上通气培养24h，获得活化后的嗜热土芽孢杆菌；
二、取一环活化后的嗜热土芽孢杆菌接种于发酵的培养基中，在60℃下培养24h，获得嗜热土芽孢杆菌发酵液；
三、取75mL的步骤二获得的嗜热土芽孢杆菌发酵液的上清液，投加入剩余污泥中，得到300mL的混合液，将混合液置于60℃水浴孵育2h，完成嗜热土芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解；
其中步骤一中嗜热土芽孢杆菌为Geobacillus sp.G-1，保藏单位为中国农业微生物菌种保藏中心，保藏地址为北京市海淀区中关村南大街12号，保藏编号为02730；
步骤二中发酵培养基由10g脱脂乳，3.0g酵母浸粉，6.7g(NH4)2SO4，0.5g NaCl，1.2gK2HPO4，0.7g KH2PO4，和0.5g MgSO4·7H2O和1000mL的水组成，pH值为7.0，105℃下高压灭菌15min。
试验二：本试验与试验一不同的是：步骤二中取100mL的步骤一获得的嗜热土芽孢杆菌发酵液的上清液。其它与试验一相同。
试验三：本试验与试验一不同的是：步骤二中取150mL的步骤一获得的嗜热土芽孢杆菌发酵液的上清液。其它与试验一相同。
试验四：本试验与试验一不同的是：步骤二中取200mL的步骤一获得的嗜热土芽孢杆菌发酵液的上清液。其它与试验一相同。
孵育时间为2h时，溶解速率与嗜热脂肪地芽孢杆菌发酵液的上清液投加量的关系图如图1所示；其中，
代表对照组无嗜热菌上清液投加剩余污泥的溶解速率；
代表嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量为75mL时，剩余污泥溶解速率；嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量为100mL时，剩余污泥溶解速率；
嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量为150mL时，剩余污泥溶解速率；代表嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量为200mL时，剩余污泥溶解速率；从图1可以看出，剩余污泥微生物的溶解速率随着嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量的增加持续提高，从6.02％达到36.63％，较对照提高了6.0～36.3倍。
试验五：本试验的一种嗜热脂肪地芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解的方法是按以下步骤实现的：
一、取一环冷冻保藏的嗜热土芽孢杆菌接种于LB培养基中，在60℃、120r/min的旋转摇床上通气培养24h，获得活化后的嗜热土芽孢杆菌；
二、取一环活化后的嗜热土芽孢杆菌接种于发酵的培养基中，在60℃下培养24h，获得嗜热土芽孢杆菌发酵液；
三、取75～200mL的步骤二获得的嗜热土芽孢杆菌发酵液的上清液，投加入剩余污泥中，得到300mL的混合液，将混合液置于60℃水浴孵育4h，完成嗜热土芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解；
其中步骤一中嗜热土芽孢杆菌为Geobacillus sp.G-1，保藏单位为中国农业微生物菌种保藏中心，保藏地址为北京市海淀区中关村南大街12号，保藏编号为02730；
步骤二中发酵培养基由10g脱脂乳，3.0g酵母浸粉，6.7g(NH4)2SO4，0.5g NaCl，1.2gK2HPO4，0.7g KH2PO4，和0.5g MgSO4·7H2O和1000mL的水组成，pH值为7.0，105℃下高压灭菌15min。
试验六：本试验与试验五不同的是：步骤二中取100mL的步骤一获得的嗜热脂肪地芽孢杆菌发酵液的上清液。其它与试验五相同。
试验七：本试验与试验五不同的是：步骤二中取150mL的步骤一获得的嗜热脂肪地芽孢杆菌发酵液的上清液。其它与试验五相同。
试验八：本试验与试验五不同的是：步骤二中取200mL的步骤一获得的嗜热脂肪地芽孢杆菌发酵液的上清液。其它与试验五相同。
孵育时间为4h时，溶解速率与嗜热脂肪地芽孢杆菌发酵液的上清液投加量的关系图如图2所示；其中，
代表对照组无嗜热菌上清液投加剩余污泥的溶解速率；代表嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量为75mL时，剩余污泥溶解速率；
嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量为100mL时，剩余污泥溶解速率；
嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量为150mL时，剩余污泥溶解速率；
代表嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量为200mL时，剩余污泥溶解速率；从图2可以看出，剩余污泥微生物的溶解速率随着嗜热脂肪地芽孢杆菌上清液投加量的增加持续提高，从15.05％达到最大值34.58％，较对照提高了5.3～11.9倍。
Claims (4)
1.一种嗜热土芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解的方法，其特征在于嗜热土芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解的方法是按以下步骤进行的：
一、取一环冷冻保藏的嗜热土芽孢杆菌接种于LB培养基中，在40～60℃、100～120r/min的旋转摇床上通气培养24～36h，获得活化后的嗜热土芽孢杆菌；
二、取一环活化后的嗜热土芽孢杆菌接种于发酵的培养基中，在40～80℃下培养12～24h，获得嗜热土芽孢杆菌发酵液；
三、取75～200mL的步骤二获得的嗜热土芽孢杆菌发酵液的上清液，投加入剩余污泥中，得到300mL的混合液，将混合液置于60～80℃水浴孵育1～6h，完成嗜热土芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解；
其中步骤一中嗜热土芽孢杆菌为Geobacillus sp.G-1，保藏单位为中国农业微生物菌种保藏中心，保藏地址为北京市海淀区中关村南大街12号，保藏编号为02730；
步骤二中发酵培养基由10g脱脂乳，3.0g酵母浸粉，6.7g(NH4)2SO4，0.5g NaCl，1.2gK2HPO4，0.7g KH2PO4，和0.5g MgSO4·7H2O和1000mL的水组成，pH值为7.0，105℃下高压灭菌15min。
2.根据权利要求1所述的一种嗜热土芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解的方法，其特征在于步骤一中在60℃、120r/min的旋转摇床上通气培养24h。
3.根据权利要求1所述的一种嗜热土芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解的方法，其特征在于步骤二中在60℃下培养24h。
4.根据权利要求1所述的一种嗜热土芽孢杆菌促进剩余污泥微生物水解的方法，其特征在于步骤三中将混合液置于60℃水浴孵育2～4h。
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2013
- 2013-04-22 CN CN2013101402708A patent/CN103193368A/zh active Pending
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