CN103204589A - 用生物方法处理和稳定工业循环水水质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用生物方法处理和稳定工业循环水水质的方法，其特征在于：a菌株分离选育；b菌株驯化；c菌种的培养制备；d工业化扩大培养，生产成药剂产品；e生产成药剂产品直接加入循环水水池中。以生物技术和方法实现对工业循环冷却水进行水质稳定，在循环水系统中用微生物制剂代替现行选用的化学型缓蚀阻垢剂和杀菌药剂以及其他的化学药剂。微生物制剂用特殊工艺生产，将具有生物反应功能的好氧菌、厌氧菌和兼氧菌经优选、训化后扩大工业化培养而成（简称药剂或微生物产品）。

Description

用生物方法处理和稳定工业循环水水质的方法

技术领域

本发明涉及微生物处理循环水应用领域，具体来讲是一种用生物方法处理和稳定工业循环水水质的方法。

背景技术

工业生产中用水作为介质带走热量，冷却设备和实现生产作业过程的温度控制，这种水通常称为冷却水或循环水。为了节水和控制成本，水在一个相对密闭的系统中多次循环使用，为防止换热装置的结垢，并尽力提高循环水的重复使用次数，提高循环倍数，需要冷却水水质处于较好状态并保持相对稳定，为此需加入含磷和含强酸强碱等类化学品，通常称为缓蚀阻垢剂，并加入能杀灭菌类、藻类的杀菌、抑菌剂，药剂在保持冷却水水质稳定、延缓和防止系统结垢后的同时，也会对循环水系统的设备、管道造成腐蚀和损坏且不能根本上防止结垢。因此需要定期或不定期维护、检修，影响生产的连续、稳定性，甚至影响安全生产，同时，需要定期补充新鲜水以保持水质，多余的冷却水则排入环境，其中的化学品和生产中泄露进入冷却水的物料对环境造成污染。

发明内容

本发明的目的在于在此提供一种用生物方法处理和稳定工业循环水水质的方法，以生物技术和方法实现对工业循环冷却水进行水质稳定，在循环水系统中用微生物制剂代替现有的化学型缓蚀阻垢剂、杀菌药剂和其他药剂，将微生物制剂直接加入循环水池，通过在循环水池设置挂膜或其他适合类型的物体形成生物床，为微生物制剂中的生物菌繁殖生长提供着床条件，得到繁殖的生物菌成为循环水系统的优势菌，在系统中抑制其他杂菌产生长至使其死亡，优势菌在生长繁殖过程中吸收以循环水系统的有机杂质和其他微量污物为生长繁殖营养源，并吸附和结合钙、镁等金属离子和相关离子。优势菌在生长繁殖过程中对循环水系统中这些物质的消耗，使循环水中的杂质降低，浊度变小，成垢离子浓度降低而避免结垢，系统原有的结垢也会逐渐溶解和变薄，这种繁殖和物质消耗过程是由微生物制剂中的生物菌生物特性自动实现的，这种生物特性使水质变好和保持稳定，达到净化循环水水质的效果，从而实现循环水水质的生物处理方法。同现有化学法相比，生物处理方法实现循环水系统运行的简单化、稳定化。

本发明是这样实现的，构造一种用生物方法处理和稳定工业循环水水质的方法，其特征在于：

a菌株分离选育；

b菌株驯化；

c菌种的培养制备；

d工业化扩大培养，生产成药剂产品；

e生产成药剂产品直接加入循环水水池中。

以生物技术和方法实现对工业循环冷却水进行水质稳定，用微生物制剂代替现有的化学型缓蚀阻垢剂和杀菌药剂。

根据本发明所述的用生物方法处理和稳定工业循环水水质的方法，其特征在于：

菌株分离选育采用以下方法：

（1）平板稀释法：将样品稀释后，涂布平板上，将培养皿放入恒温箱培养30℃培养，3d后，观察菌株生长情况；

（2）平板划线法：将生长出菌株用接种环沾取少量在培养基上划线，将培养皿放入恒温箱培养30℃培养，可能形成单个菌落；

（3）利用选择培养基进行分离：根据微生物的选择适应性特点，不同的微生物对不同的试剂、材料、抗生素等具有不同的抵抗能力，据此配制出适合某种微生物生长而限制其他微生物生长的选择培养基，用于培养需要分离出来的优势菌群，抑制和淘汰杂菌，从而就达到分离纯化的目的；

培养好氧菌的选择择培养基配方（1000ML）： 

甲酸钠（或乙酸钠）：1-2g, NH₄SO_4（（或NH₄Cl）0.2-0.4g，  KH₂PO₄ 0.2-0.2g，Na₂ HPO₄ 0.1g   KCl 0.3g，NaCl  1-1.5g，  CaCl₂0.015g Mg Cl₂0.5g     2,4,6-TCP0.05g，酵母膏5g ，微量元素液1-2mL，无菌水配成1L,调PH为7.0左右；

微量元素液（1000ML）：CoCl₂.6H₂O （或Co（NO₃）₂ .6H₂O）0.05 g - 0.1g  ， CuCl₂.2H₂O （或CuSO₄.5H₂O） 0.05g  ，MnCl₂.4H₂O 1.8g ，ZnSO₄.7H₂O（或ZnCl₂ ）0.2g ，  NiCl₂.6H₂O 0.5g   柠檬酸4g，  Na ₂SeO₃1g （或Na₂MoO₄.2H₂O），（NH₄）₆Mo₇ O₂₄.4H₂O 0.,5g  H₃BO₃ 0.1g， EDTANa ₂1.0g，无菌水配成1L,

（4）:菌丝尖端切割：这种方法适合于将丝状真菌。将丝状真菌菌落边缘菌丝尖端进行无菌切割，用专门的培养基培养得到较纯的新菌落。

根据本发明所述的用生物方法处理和稳定工业循环水水质的方法，其特征在于：所述菌株驯化营养液的配方（1000mL）：葡萄糖0.75g 、尿素0.3g、磷酸二氢钾0.1g、特征物1.0g，余下为无菌水。

根据本发明所述的用生物方法处理和稳定工业循环水的方法，其特征在于：

菌种的培养制备：菌株驯化完成后，将菌株接种在专门培养基中，制成菌悬液；

（1）培养基的主要成分组成（%）：

葡萄糖 0.1-0.2%，蛋白陈 1.0-1.5%，牛肉膏 1.0-1.5%，氯化钠 0.5%，琼脂 2.0~2.5%，余下为无菌水,（用稀盐酸）调pH 7.0~7.2；

（2） 菌悬液生长条件：

用5000mL灭菌锅装入培养基1000mL灭菌，接种2%的菌（OD值需要0.5以上）置恒温培养箱中恒温37℃，120rpm培养24h。

根据本发明所述的用生物方法处理和稳定工业循环水水质的方法，其特征在于：工业化扩大培养的主要过程包括：斜面菌种、一级种子培养、二级种子培养、发酵罐、分装、保养贮存、应用；

1、斜面菌种的培养

 （1）斜面培养基组成：

葡萄糖 0.1-0.2%，蛋白胨 1.0-1.5%，市售牛肉膏 1.0-2.0%，氯化钠 0.5%，琼脂 2.0~2.5%，用稀盐酸缓慢调整pH 7.0~7.2；

（2）培养条件：

菌株接种于斜面上37℃，培养36h；

2、一级种子培养

（1）培养基组成：

葡萄糖 2.5%，糊化玉米淀粉（可溶淀粉）2.5%，尿素（或NH₄NO₃） 0.5%，磷酸氢二钾 0.15%，硫酸镁 0.05-0.1%，硫酸亚铁0.001%、硫酸锰0.001%，稀硫酸缓慢调pH至7.0；

（2）培养条件：

用5000mL灭菌锅或三角瓶装入培养基1000mL灭菌，接种2%的菌（OD值0.5以上）37℃，120rpm震荡培养24h。

3、二级种子培养

 （1）培养基组成：与一级种子培养基相同；

（2）培养条件：

接种量： 1.0％，培养温度：37℃，培养时间：12h，通风量：50L-100 L种子罐1:0.5，

搅拌转速：340r／min；

4、扩大培养：

（1）培养基组成与一级种子培养基相同。

（2）培养条件：

接种量： 1.0~2.0％，培养温度：37℃，培养时间：36h，

通风量：50-100 L种子罐1:0.5，搅拌转速：340r／min。

本发明的优点在于：本专利以生物技术和方法实现对工业循环冷却水进行水质稳定，用微生物制剂代替现有的化学型缓蚀阻垢剂和杀菌药剂。微生物制剂用特殊工艺生产，将具有生物反应功能的好氧菌、厌氧菌和兼氧菌经优选、训化后扩大工业化培养而成（简称药剂或微生物产品）。药剂的功能：（1）能清洁循环水质，降低水中COD、NH₃-N和含磷污物含量，降低水中有机物和蚀度，防止系统结垢，对设备管道不腐蚀、不堵塞，可将循环冷却水中悬浮物、污物进行反应，包裹絮凝成点后形成污泥沉降。实际使用中可以实现循环冷却水水质指标不超过国家标准限值，循环冷却水外排水COD≤100mg/L, NH₃-N≤10mg/L, 浊度≤10, ；Ph=6.8-9.5。（2）可将循环倍数从现有化学法的3倍左右大幅提高，实际应用中已达到6-8倍。（3）对设备管道腐蚀极其轻微，实际使用中验证，药剂对循环水系统的设备、管道几乎无腐蚀。（4）对人体无毒害，使用安全。（5）成本较化学法低廉。

具体实施方式

下面将对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

自然界中微生物种类繁多，每一种微生物在生态系统的物质循环中发挥着独特的功能。自然界中，单一的微生物由于数量少，发挥特定功能作用有限，但将一些具有高效特定功能的微生物筛选分离出，扩大培养，工业化生产制成生物制品，能充分发挥其功能。同传统的材料产品相比，生物制品性能具有专一性强，效率高，副作用和副产物少，成本低等特点。生物技术工程是典型的以人为本和可持续发展的新兴产业,对解决人类社会发展面临的人口与健康、食物、能源、生态、环境等问题具有重大作用，世界生物技术发展已进入大规模产业化的起始阶段，蓬勃兴起和迅猛发展的生物医药、生物农业、生物能源、生物制造、生物环保等领域，正在促使生物产业即将成为世界经济中继信息产业之后又一个新的主导产业。通过筛选自然界菌株，挖掘其功能，不进行基因重组，工业化生产后可以制成生物菌剂制品。

本发明在此提供一种用生物方法处理和稳定工业循环水水质方法，包括 a菌株分离选育；b菌株驯化；c菌种的培养制备；d工业化扩大培养，生产成药剂产品；e生产成药剂产品直接加入循环水水池中。

功能菌株的筛选确定

自然界中有许多功能细菌，如自养和异养硝化菌、反硝化菌、好氧氧化菌、厌氧氧化菌、反硝化、除磷菌等功能菌，目前，人们已经分离了大量的菌株，并已经实现了工业化生产，制成了产品。这些菌种，可以采购后进行扩大培养，但还有一些高效菌株存在于生活和工业污水处理厂污泥中，分离纯化后，驯化后成为高效的功能菌，再进行工业化生产成产品。

菌种选用自养和异养硝化菌、反硝化菌、好氧氧化菌、厌氧氧化菌、反硝化、除磷菌等功能菌，来源有两种：

一种是从已经工业化、用于工厂污水和生活污水处理、畜禽养殖污染防治、水产养殖水质处理、发酵工业用菌种等产品中，选择合适特性的作为菌种，进行扩大培养。

一种是从生活和工业污水处理厂污泥等样品中分离和培养。对没有工业化、无法直接采购的，需要从实验室开始，进行菌株选育和培养，做成菌种。

1：菌株分离选育有以下主要方法：

（1）平板稀释法：将样品（可以选自养和异养硝化菌、反硝化菌、好氧氧化菌、厌氧氧化菌、反硝化、除磷菌）稀释后（根据样品中菌的数量决定，一般为5-10倍），涂布平板上，将培养皿放入恒温箱培养30℃培养，3d后，观察菌株生长情况。

（2）平板划线法：将生长出菌株用接种环沾取少量在培养基上划线，将培养皿放入恒温箱培养30℃培养，可能形成单个菌落。

（3）利用选择培养基进行分离：根据微生物的选择适应性特点，不同的微生物对不同的试剂、材料、抗生素等具有不同的抵抗能力，据此配制出适合某种微生物生长而限制其他微生物生长的选择培养基，用于培养需要分离出来的优势菌群，抑制和淘汰杂菌，从而就达到分离纯化的目的。

一种培养好氧菌的选择择培养基配方（1000ML）： 

甲酸钠（或乙酸钠）：1-2g, NH₄SO_4（（或NH₄Cl）0.2-0.4g，  KH₂PO₄ 0.2-0.2g，Na₂ HPO₄ 0.1g   KCl 0.3g，NaCl  1-1.5g，  CaCl₂0.015g Mg Cl₂0.5g        2,4,6-TCP0.05g，酵母膏5g ，微量元素液1-2mL，无菌水配成1L,调PH为7.0左右。微量元素液（1000ML）：CoCl₂.6H₂O （或Co（NO₃）₂ .6H₂O）0.05-g 0.1g  ， CuCl₂.2H₂O （或CuSO₄.5H₂O） 0.05g  ，MnCl₂.4H₂O 1.8g ， ZnSO₄.7H₂O（或ZnCl₂ ）0.2g ，  NiCl₂.6H₂O 0.5g   柠檬酸4g，  Na ₂SeO₃1g （Na₂MoO₄.2H₂O），（NH₄）₆Mo₇ O₂₄.4H₂O 0.,5g  H₃BO₃ 0.1g， EDTANa ₂1.0g，无菌水配成1L。

（4）:菌丝尖端切割：这种方法适合于将丝状真菌。将丝状真菌菌落边缘菌丝尖端进行无菌切割，用专门的培养基培养得到较纯的新菌落。

 菌株驯化：菌株选育出来后，要模拟使用的条件配置基质，将菌株进行接种到基质中进行进一步的适应性培养，强化功能，选育高效稳定的菌株。驯化中使用的基质除常用的营养物质如葡萄糖、尿素外，还要配比与菌株所需要强化的性能相对应的特征物，一般是需要菌株降解的物质。初期驯化营养液营养物和特征物应当保持较低浓度，随着时间的延长可以逐步增加，逐步驯化提高菌株的耐受性能。稀浓度（即初期）驯化营养液的参考配方（1000mL）：葡萄糖0.75g 、尿素0.3g、磷酸二氢钾0.1g、特征物1.0g，余下为无菌水。

 菌种的培养制备：菌株驯化完成后，将菌株接种在专门培养基中，制成菌悬液；

（1）培养基的主要成分组成（%）：葡萄糖 0.1-0.2%，蛋白陈 1.0-1.5%，牛肉膏 1.0-1.5%，氯化钠 0.5%，琼脂 2.0~2.5%，余下为无菌水，（用稀盐酸）调pH 7.0~7.2。

（2） 菌悬液生长条件：用5000mL灭菌锅装入培养基1000mL灭菌，接种2%的菌（OD值需要0.5以上）置恒温培养箱中恒温37℃，120rpm培养24h。

工业化扩大培养：工业化扩大培养的主要过程：斜面菌种→一级种子培养→二级种子培养→发酵罐→分装→保养贮存→应用。

1、斜面菌种的培养：

 （1）斜面培养基组成：葡萄糖 0.1-0.2%，蛋白胨 1.0-1.5%，市售牛肉膏 1.0-2.0%，氯化钠 0.5%，琼脂 2.0~2.5%，用稀盐酸缓慢调整pH 7.0~7.2。

（2）培养条件：菌株接种于斜面上37℃，培养36h。

2、一级种子培养

（1）培养基组成：葡萄糖 2.5%，糊化玉米淀粉（可溶淀粉）2.5%，尿素（或NH₄NO₃） 0.5%，磷酸氢二钾 0.15%，硫酸镁 0.05-0.1%，硫酸亚铁0.001%、硫酸锰0.001%，稀硫酸缓慢调pH至7.0。

（2）培养条件：用5000mL灭菌锅或三角瓶装入培养基1000mL灭菌，接种2%的菌（OD值0.5以上）37℃，120rpm震荡培养24h。

3、二级种子培养

（1）培养基组成：与一级种子培养基相同。

（2）培养条件：接种量： 1.0％，培养温度：37℃，培养时间：12h，通风量：50L-100 L种子罐1:0.5，

搅拌转速：340r／min；

4、扩大培养

（1）培养基组成与一级种子培养基相同。

（2）培养条件

接种量： 1.0~2.0％，培养温度：37℃，培养时间：36h，

通风量：50-100 L种子罐1:0.5，搅拌转速：340r／min；

菌种的鉴定：菌株形态及主要生理生化特性的测定方法参照文献和国家标准执行。细菌的鉴定一般采用形态观察、生理生化和16S rDNA，如果还不能确定还需要采用脂肪酸、G+C含量等方法。用扫描电镜和X射线衍射仪对微生物镜检可以分析菌落形态，判断纯化和扩大培养质量，菌株浓度用紫外分光光度仪吸收波长600nm测定菌悬液浓度（用D600值表示）。生物制品则需要依照国家质量管理法律法规规定，执行相应的国家质量强制标准，国家标准没有的指标可以自行制定标准，明确方法方法。

本发明所制备的微生物产品（又称药剂）的功能：（1）能清洁循环水质，降低水中COD、NH₃-N和含磷污物含量，降低水中有机物和蚀度，防止系统结垢对设备管道不腐蚀、不堵塞，可将循环冷却水中悬浮物、污物进行反应，包裹絮凝成点后形成污泥沉降。实际使用中可以实现循环冷却水水质指标不超过国家标准限值，循环冷却水外排水COD≤100mg/L, NH₃-N≤10mg/L, 浊度≤10, ；Ph=6.8-9.5。（2）可将循环倍数从现有化学法大幅提高，实际应用中已达到6-8倍；（3）对设备管道腐蚀极其轻微，实际使用中验证，药剂对循环水系统的设备、管道几乎无腐蚀；（4）对人体无毒害，使用安全；（5）成本较化学法低廉。

使用方法：

（1）药剂经过实际生产，直接加入循环水水池中即可，根据循环水水池类型，设置一定数量的固定挂膜，为微生物着床繁殖生长提供条件。

（2）药剂用量以循环水总量的保有量的百分之三以内（重量比）

（3）使用温度：10-70℃，常温贮存，避光。

（4）药剂更换和补加：当循环水中钙、镁离子浓度(以钙硬度计)接近循环水系统水质限值1100mg/L或PH超过6-9区间，或水质的其他指标接近循环水系统水质的相应限值时，应当适当排放循环水并补充药剂。排放循环水的具体频次、数量和补充水量，以成本最优为依据适度确定。

（5）定期排出污泥：将循环水池底部沉积的污泥定期吸排，以保持水质。原则上每天一次，其中循环水系统中已加装旁滤器的（或其他过滤装置的）可延长排泥周期。

（6）循环水系统根据生产装置例行检修计划进行定期维护保养即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种用生物方法处理和稳定工业循环水水质的方法，其特征在于：包括

a、进行菌株分离选育；

b、进行菌株驯化；

c、菌种的培养制备；

d、进行工业化扩大培养，生产成药剂产品；

e、生产成药剂产品直接加入循环水水池中。

2.根据权利要求1所述的用生物方法处理和稳定工业循环水水质的方法，其特征在于：菌株分离选育采用以下方法：

（1）平板稀释法：将样品稀释后，涂布平板上，将培养皿放入恒温箱培养30℃培养，3d后，观察菌株生长情况；

（2）平板划线法：将生长出菌株用接种环沾取少量在培养基上划线，将培养皿放入恒温箱培养30℃培养，可能形成单个菌落；

（3）利用选择培养基进行分离：根据微生物的选择适应性特点，不同的微生物对不同的试剂、材料、抗生素等具有不同的抵抗能力，据此配制出适合某种微生物生长而限制其他微生物生长的选择培养基，用于培养需要分离出来的优势菌群，抑制和淘汰杂菌，从而就达到分离纯化的目的；

培养好氧菌的选择择培养基配方（1000ML）： 

甲酸钠（或乙酸钠）：1-2g, NH₄SO_4（（或NH₄Cl）0.2-0.4g，  KH₂PO₄ 0.2-0.2g，Na₂HPO₄ 0.1g   KCl 0.3g，NaCl  1-1.5g，  CaCl₂0.015g Mg Cl₂0.5g        2,4,6-TCP0.05g，酵母膏5g ，微量元素液1-2mL，无菌水配成1L,调PH为7.0左右；

微量元素液（1000ML）：

CoCl₂.6H₂O （或Co（NO₃）₂ .6H₂O）0.05-g 0.1g  ， CuCl₂.2H₂O （或CuSO₄.5H₂O） 0.05g  ，MnCl₂.4H₂O 1.8g ， ZnSO₄.7H₂O（或ZnCl₂ ）0.2g ，  NiCl₂.6H₂O 0.5g   柠檬酸4g，  Na₂SeO₃1g （或Na₂MoO₄.2H₂O），（NH₄）₆Mo₇ O₂₄.4H₂O 0.,5g  H₃BO₃ 0.1g， EDTANa ₂1.0g，无菌水配成1L,

（4）:菌丝尖端切割：这种方法适合于将丝状真菌，将丝状真菌菌落边缘菌丝尖端进行无菌切割，用专门的培养基培养得到较纯的新菌落。

3.根据权利要求1所述的用生物方法处理和稳定工业循环水水质的方法，其特征在于：所述菌株驯化营养液的配方（1000mL）：葡萄糖0.75g 、尿素0.3g、磷酸二氢钾0.1g、特征物1.0g，余下为无菌水。

4.根据权利要求1所述的用生物方法处理和稳定工业循环水水质的方法，其特征在于：

菌种的培养制备：菌株驯化完成后，将菌株接种在专门培养基中，制成菌悬液；

（1）培养基的主要成分组成（%）：

葡萄糖 0.1-0.2%，蛋白陈 1.0-1.5%，牛肉膏 1.0-1.5%，氯化钠 0.5%，琼脂 2.0~2.5%，余下为无菌水,（用稀盐酸）调pH 7.0~7.2；

（2） 菌悬液生长条件：

用5000mL灭菌锅装入培养基1000mL灭菌，接种2%的菌（OD值需要0.5以上）置恒温培养箱中恒温37℃，120rpm培养24h。

5.根据权利要求1所述的用生物方法处理和稳定工业循环水水质的方法，其特征在于：工业化扩大培养的主要过程包括：斜面菌种、一级种子培养、二级种子培养、发酵罐、分装、保养贮存、应用；

1）、斜面菌种的培养

 （1）斜面培养基组成：

葡萄糖 0.1-0.2%，蛋白胨 1.0-1.5%，市售牛肉膏 1.0-2.0%，氯化钠 0.5%，琼脂 2.0~2.5%，用稀盐酸缓慢调整pH 7.0~7.2；

（2）培养条件：

菌株接种于斜面上37℃，培养36h；

2）、一级种子培养

（1）培养基组成：

葡萄糖 2.5%，糊化玉米淀粉（可溶淀粉）2.5%，尿素（或NH₄NO₃） 0.5%，磷酸氢二钾 0.15%，硫酸镁 0.05-0.1%，硫酸亚铁0.001%、硫酸锰0.001%，稀硫酸缓慢调pH至7.0；

（2）培养条件：

用5000mL灭菌锅或三角瓶装入培养基1000mL灭菌，接种2%的菌（OD值0.5以上）37℃，120rpm震荡培养24h；

3）、二级种子培养

 （1）培养基组成：与一级种子培养基相同；

（2）培养条件：

接种量： 1.0％，培养温度：37℃，培养时间：12h，通风量：50L-100 L种子罐1:0.5，

搅拌转速：340r／min；

4）、扩大培养：

（1）培养基组成与一级种子培养基相同；

（2）培养条件：

接种量： 1.0~2.0％，培养温度：37℃，培养时间：36h，

通风量：50-100 L种子罐1:0.5，搅拌转速：340r／min。