CN103272473B - 水微菌活性填料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种水微菌活性填料及其制备方法。本发明所涉及的水微菌(Aquamicrobium？defluvii)SU1，为从中国科学院生态环境研究中心水污染控制实验室处理含H2S等恶臭物质的反应器中得到分离菌，该菌株保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC？No.7399。所述脱除含硫恶臭物质的水微菌活性填料比表面积大，孔隙率高，透气性好，阻力小；菌细胞附载量高，不易流失；附载有水微菌SU1，具有较高的降解硫化氢的效率；在净化废气的生物反应器中的填充密度低，压力低，不易腐烂变形，能够长期使用和适应复杂的处理条件。
Description
技术领域
本发明属于环境治理领域，具体是一种脱除含硫恶臭物质的活性填料及其制备方法与应用。
背景技术
在污水、污泥处理、垃圾处理和堆肥等过程中会产生大量的臭味气体，硫化氢、硫醇、硫醚、二硫化碳等含硫物质为臭味气体中常见的发臭物质。恶臭物质逸散到大气中，随着空气的流动扩散到各处，对周围环境造成污染，对人体健康产生危害。目前，空气污染和臭气的治理引起人们越来越多的关注，许多国家都制定了严格的排放标准。严格控制废气中污染物的排放，并要求企业在排放污染物前，采取相应的治理措施。我国于1993年开始实施的国家《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)中对挥发性有机污染物及恶臭物质的排放做出了严格的规定。
与其它物理化学废气处理方法相比，生物处理方法因其具有成本低、操作简便、技术清洁、无二次污染等优点，九十年代以后成为当前研究的热点。生物法的原理是利用微生物的生物氧化作用将含硫的恶臭物质转化为硫酸盐或硫单质的过程。
但是，微生物通常附着生长在载体表面，在运行生物反应器时需要定期向载体喷淋营养液以维持微生物的生长所需的养分与水分。在喷淋的过程中，微生物极易从载体表面脱落，随多余的营养液从净化废气的生物反应器中流出，造成流失，引起含硫恶臭物质的处理效果降低的问题。并且，载体通常采用堆肥材料、木片、树皮，拉西环，陶粒等。堆肥材料、木片、树皮等载体的比表面积小，填充密度大，压力损失大，易腐烂，使用寿命短；拉西环、陶粒表面光滑，微生物不易附着，更易流失。净化含硫恶臭物质的生物反应器的接种物多为污水处理厂的活性污泥，微生物适应期长，生物反应器启动慢。
发明内容
本发明的目的是提供一种脱除含硫恶臭物质的污水水微菌活性填料及其制备方法。
所述脱除含硫恶臭物质的污水水微菌活性填料，填料附载有污水水微菌(Aquamicrobiumdefluvii)SU1菌悬液；污水水微菌(Aquamicrobiumdefluvii)SU1保藏编号为CGMCCNo.7399；
所述填料为轻质多孔聚氨酯泡沫块、颗粒活性炭、火山岩、珍珠岩中的一种或多种材料。
所述污水水微菌菌悬液与轻质多孔材料的质量比为100-300∶10。
所述填料密度为0.7-1.0kg/m3,孔隙率为50-96％，粒径为5-50mm；
所述的污水水微菌活性填料中污水水微菌SU1的菌体浓度大于106CFU/g(活 性填料)。
所述的污水水微菌活性填料制备步骤如下：
(1)斜面培养：培养制备污水水微菌(Aquamicrobiumdefluvii)SU1斜面菌种；
所述的污水水微菌SU1斜面培养基组成为：葡萄糖0.5g，酵母粉0.2g，KH2PO42.0g，KNO32.0g，NH4Cl0.5g，MgCl2·6H2O0.5g，FeSO4·7H2O0.01g，Na2S2O3·5H2O5.0g,NaHCO31.0g,琼脂15g，水1000ml，pH值6.0-6.5，121℃灭菌20min。
(2)菌悬液的制备：培养制备污水水微菌(Aquamicrobiumdefluvii)SU1菌悬液
将步骤(1)制备的污水水微菌SU1斜面菌体按5-20％接种量逐级发酵培养，培养温度32-38℃培养时间40-56h，通风量50L/min，溶解氧>2.0mg/L,罐体内部压力0.05Mpa，发酵液置于冷冻离心机中于4-10℃，4000-8000rpm，离心浓缩5-20min，弃去上清液，沉淀分别用无菌营养液稀释，获得菌体浓度为0.4-0.8g/L污水水微菌SU1菌悬液；
所述的污水水微菌SU1液体发酵培养基的组成为：葡萄糖0.5g，酵母粉0.2g，KH2PO42.0g，KNO32.0g，NH4Cl0.5g，MgCl2·6H2O0.5g，FeSO4·7H2O0.01g，Na2S2O3·5H2O5.0g,NaHCO31.0g，水1000ml，pH值6.0-6.5，121℃灭菌20min；
所述的污水水微菌SU1，无菌营养液的组成为：葡萄糖0.5g，酵母粉0.2g，KH2PO42.0g，KNO32.0g，NH4Cl0.5g，MgCl2·6H2O0.5g，FeCl30.01g，NaHCO31.0g,水1000ml，pH值6.0-6.5，121℃灭菌20min；
(3)污水水微菌活性填料的制备：
(a)将步骤(2)制备的微生物菌悬液喷淋到方块体或颗粒形状的轻质多孔材料的表面；(b)将带有污水水微菌SU1菌细胞的多孔材料块(或颗粒)放入旋转混合器中旋转混合；(c)再次向轻质多孔材料表面喷淋微生物菌悬液，获得污水水微菌活性填料，4℃保存备用；
优选的重复步骤(a)-(c)3次，使材料表面以及微孔中均附载有菌细胞，获得污水水微菌活性填料。
本发明所涉及的污水水微菌(Aquamicrobiumdefluvii)SU1,为从中国科学院生态环境研究中心水污染控制实验室处理含H2S等恶臭物质的反应器中得到分离菌。该菌株保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCCNo.7399，保藏地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编100101。保藏日期2013年4月02日。
该菌株特点如下：
该菌株在LB固体平板上菌落颜色为白色，不透明，圆形，边缘光滑，湿润。菌体呈短杆状,大小为0.5–0.8×1.5–2.0μm，有鞭毛,可运动，革兰氏染色阴性,接触酶和氧化酶阳性。葡萄糖发酵产酸，可以利用硝酸盐，不水解赖氨酸、精氨酸和明胶。少量利用碳水化合物、有机酸为碳源。最适生长温度为25-37℃。
采用全自动磁珠核酸提取仪SmartLabAssist-16及相应环境样品DNA提取纯化试剂盒分别对目的菌株DNA进行提取和纯化，选用细菌通用引物F16S-27和R16S-1492进行PCR扩增，引物序列分别为：
F16S-27(5`-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3`)
R16S-1492(5`-CGGTTACCTTGTTACGACTTC-3`)
PCR反应条件设定为：94℃预变性5min；随后94℃变性30sec，56℃退火30sec，72℃延伸90sec，循环25个周期；然后72℃延伸10min；最后4℃保持10min。然后将PCR产物连接到PMD-19T载体上，随后转化到大肠杆菌DH5α感受态细胞中。将转化后的感受态细胞50μl涂布于含有半乳糖苷、异丙基-β-d-硫代半乳糖苷和氨苄青霉素的LB培养基上。培养12小时后，从每个平板挑取25个白色单菌斑进行液体LB培养基培养。培养2小时后，将培养液进行测序分析。测得的序列首先采用DNAMAN软件进行相似性归并，将相似性大于97％的序列归并为一个操作单元，选取每个操作单元中的代表序列利用BLAST与GenBank数据库中的16SrDNA基因序列进行同源性分析，选取1400bp以上长度进行比对(Clustelx1.83)，采用邻位连接(NeighbourJoining)法进行系统学分析(MEGA3.1)。系统发育树如图1所示。
利用污水水微菌活性填料进行臭味气体处理，特别是在降解H2S气体中的应用，具体步骤如下：
(1)将附载有污水水微菌SU1的污水水微菌活性填料置于一容器中，通入H2S气体，以H2S气体为硫源，活化污水水微菌活性填料；活化时间为1-14天；
所述的H2S的浓度为50-200ppm；
(2)将活化后的污水水微菌活性填料置于生物反应器中，通入含硫恶臭物质的气体，用污水水微菌SU1净化废气中的含硫恶臭物质，污水水微菌活性填料体积为0.001-200m3，硫化物的总浓度为50-200ppm，气体流速为0.05-10000m3/h，净化温度为10-35℃；定期向污水水微菌活性填料表面喷淋营养液维持污水水微菌活性填料的活性，喷淋频率为1-7天喷淋1次，每次喷淋速度为1.0-200L/min，每次喷淋时间为20-120min；
所述的营养液的组成为：葡萄糖0.5g，酵母粉0.2g，KH2PO42.0g，KNO32.0g，NH4Cl0.5g，MgCl2·6H2O0.5g，FeCl30.01g，NaHCO31.0g,水1000ml，pH值6.0-6.5；跟踪检测含硫恶臭物质的降解能力。
本发明采用气相色谱法跟踪检测含硫化合物；所述的气相色谱法为：采用安捷伦GC-6890N气相色谱仪分析测定硫化物浓度，色谱柱为DB-1701毛细管柱(30m×0.32mm×0.25μm)，汽化室、FPD检测器、柱温分别设置为100℃、250℃、220℃，进样量10μL，N2流速为0.3mL/min，总流量为12mL/min。
有益效果：
1.本发明的污水水微菌活性填料附载有优势菌污水水微菌(Aquamicrobiumdefluvii)SU1，具有较高的降解硫化氢的效率；并且优势菌的适应期短，可以快速开始降解反应，应用在净化含硫恶臭物质的废气生物反应器中，能够缩短启动期。
2.利用沉降、附着和离心等多种力学的作用，将降解优势菌污水水微菌SU1附载在轻质多孔材料上，形成污水水微菌活性填料，菌细胞不仅能够均匀地附着在填料表面，而且能够进入填料内部的孔中，使污水水微菌活性填料的菌细胞附载量高，不易从生物反应器中流失。
3.污水水微菌活性填料使用前经过活化，可以使生物反应器快速启动。附载的菌细胞酶活稳定，能够维持长期稳定的含硫恶臭物质的净化效果。
4.用于污水水微菌活性填料的载体材料的表面粗糙、多孔，适于菌细胞附着；比表面积大，透气性好，阻力小，有利于菌细胞与废气中的含硫恶臭物质接触，提高传质效率。
5.用于污水水微菌活性填料的载体材料质轻，应用在净化含硫恶臭物质的废气生物反应器中，填充密度低，压力损失小。
6.污水水微菌活性填料不易腐烂变形，可以长期使用和适应多种复杂的实际条件。
附图说明
图1污水水微菌(Aquamicrobiumdefluvii)SU1系统发育树
具体实施方式
例1：一种脱除含硫恶臭物质的污水水微菌活性填料及其制备方法。
所述污水水微菌活性填料附载有污水水微菌SU1菌悬液；污水水微菌(Aquamicrobiumdefluvii)SU1保藏编号为CGMCCNo.7399；
所述填料为聚氨酯泡沫块。
所述填料密度为0.8kg/m3,孔隙率为86％，粒径为20mm；
所述的微生物以菌悬液的形式附载在聚氨酯泡沫块上；
所述微生物菌悬液与聚氨酯泡沫块的质量比为200∶10。
所述的污水水微菌活性填料中污水水微菌SU1的菌体浓度大于106CFU/g(活 性填料)。
所述的污水水微菌活性填料制备步骤如下：
(1)斜面培养：培养制备污水水微菌SU1斜面菌种；
所述的污水水微菌SU1斜面培养基组成为：葡萄糖0.5g，酵母粉0.2g，KH2PO42.0g，KNO32.0g，NH4Cl0.5g，MgCl2·6H2O0.5g，FeSO4·7H2O0.01g，Na2S2O3·5H2O5.0g,NaHCO31.0g,琼脂15g，水1000ml，pH值6.0-6.5，121℃灭菌20min。
(2)菌悬液的制备：分别将步骤(1)制备的污水水微菌SU1斜面菌体按10％接种量逐级发酵培养，分离获得菌体浓度为0.6g/L污水水微菌SU1菌悬液；
污水水微菌SU1菌悬液制备方法如下；
将步骤(1)制备的污水水微菌SU1斜面菌体按10％接种量逐级发酵培养，培养温度36℃培养时间48h，通风量50L/min，溶解氧>2.0mg/L,罐体内部压力0.05Mpa,发酵液置于冷冻离心机中于4℃，6000rpm，离心浓缩10min，弃去上清液，沉淀分别用无菌营养液稀释，获得菌体浓度为0.6g/L污水水微菌SU1菌悬液；
所述的污水水微菌SU1液体发酵培养基的组成为：葡萄糖0.5g，酵母粉0.2g，KH2PO42.0g，KNO32.0g，NH4Cl0.5g，MgCl2·6H2O0.5g，FeSO4·7H2O0.01g，Na2S2O3·5H2O5.0g,NaHCO31.0g,水1000ml，pH值6.0-6.5，121℃灭菌20min；
所述的污水水微菌SU1，无菌营养液的组成为：葡萄糖0.5g，酵母粉0.2g，KH2PO42.0g，KNO32.0g，NH4Cl0.5g，MgCl2·6H2O0.5g，FeCl30.01g，NaHCO31.0g,水1000ml，pH值6.0-6.5，121℃灭菌20min；
(3)污水水微菌活性填料的制备：
(a)将步骤(2)制备的微生物菌悬液喷淋到方块体或颗粒形状的轻质多孔材料的表面；(b)将带有污水水微菌SU1菌细胞的多孔材料块(或颗粒)放入旋转混合器中旋转混合；(c)再次向轻质多孔材料表面喷淋微生物菌悬液，获得污水水微菌活性填料，4℃保存备用；
优选的重复步骤(a)-(c)3次，使材料表面以及微孔中均附载有菌细胞，获得污水水微菌活性填料。
例2：一种污水水微菌活性填料在降解H2S气体中的应用。
污水水微菌(Aquamicrobiumdefluvii)SU1(CGMCCNo.7399)，由该细菌制备的菌剂在气体流量为1.0-50m3/h,停留时间1-3min,温度20-37℃,硫化氢浓度为0.1-50mg/m3,甲硫醇0.1-20mg/m3,对硫化氢、甲硫醇等含硫恶臭物质降解效率可以达到85％以上。可用于净化含硫恶臭物质的气体，解决污水、污泥处理、垃圾处理和堆肥等过程产生的恶臭污染问题。
利用污水水微菌活性填料进行臭味气体处理，特别是在降解H2S气体中的应用，具体步骤如下：
(1)将附载有污水水微菌SU1的污水水微菌活性填料置于一容器中，通入H2S气体，以H2S气体为硫源，活化污水水微菌活性填料；活化时间为1-14天；
所述的H2S的浓度为50-200ppm；
(2)将活化后的污水水微菌活性填料置于生物反应器中，通入含硫恶臭物质的气体，用污水水微菌SU1净化废气中的含硫恶臭物质，污水水微菌活性填料体积为0.001-200m3，硫化物的总浓度为50-200ppm，气体流速为0.05-10000m3/h，净化温度为10-35℃；定期向污水水微菌活性填料表面喷淋营养液维持污水水微菌活性填料的活性，喷淋频率为1-7天喷淋1次，每次喷淋速度为1.0-200L/min，每次喷淋时间为20-120min；
所述的营养液的组成为：葡萄糖0.5g，酵母粉0.2g，KH2PO42.0g，KNO32.0g，NH4Cl0.5g，MgCl2·6H2O0.5g，FeCl30.01g，NaHCO31.0g,水1000ml，pH值6.0-6.5；跟踪检测含硫恶臭物质的降解能力。
例3：使用效果实验(将例1中填料用于下述气体处理)。
(1)处理污水厂污泥沉淀池逸散的含硫恶臭气体，气体流量为35m3/h，将例1所述的污水水微菌活性填料放入其中，停留时间为1～3mins，室温条件下操作。硫化氢的进气浓度为：8.32mg/m3，出气浓度为0.03mg/m3，低于国家制定的恶臭污染物排放标准，去除率达到99.6％。
(2)将例1所述的污水水微菌活性填料放入其中用于处理污泥堆肥产生的含硫恶臭气体，硫化氢和乙硫醇的浓度分别为15.4mg/m3和1.67mg/m3，气体流量为70m3/h，停留时间为1～3mins，室温条件下操作，硫化氢和乙硫醇的去除率均大于87％。
(3)垃圾填埋场，将例1所述的污水水微菌活性填料放入其中，处理含有162.1mg/m3硫化氢，3.82mg/m3甲硫醇，以及8.2mg/m3甲硫醚的混合废气，气体流量为60m3/h，停留时间为1～3mins，温度18-37℃，硫化氢、甲硫醇、甲硫醚的去除率分别达到92％,90.％和87％。
例4
所述脱除含硫恶臭物质的污水水微菌活性填料，填料附载有污水水微菌(Aquamicrobiumdefluvii)SU1菌悬液；污水水微菌(Aquamicrobiumdefluvii)SU1保藏编号为CGMCCNo.7399；
所述填料为颗粒活性炭。
所述污水水微菌菌悬液与轻质多孔材料的质量比为100∶10。
所述填料密度为0.7kg/m3,孔隙率为96％，粒径为20mm；
所述的污水水微菌活性填料中污水水微菌SU1的菌体浓度大于106CFU/g(活 性填料)。
所述的污水水微菌活性填料制备同例1；
获得菌体浓度为0.4g/L污水水微菌SU1菌悬液。
例5
所述脱除含硫恶臭物质的污水水微菌活性填料，填料附载有污水水微菌(Aquamicrobiumdefluvii)SU1菌悬液；污水水微菌(Aquamicrobiumdefluvii)SU1保藏编号为CGMCCNo.7399；
所述填料为火山岩。
所述微生物菌悬液与轻质多孔材料的质量比为300∶10。
所述填料密度为1.0kg/m3,孔隙率为50％，粒径为50mm；
所述的污水水微菌活性填料中污水水微菌SU1的菌体浓度大于106CFU/g(活 性填料)。
所述的污水水微菌活性填料制备同例1。
Claims (8)
1.一种脱除含硫恶臭物质的水微菌活性填料，所述脱除含硫恶臭物质的水微菌活性填料附载有污水水微菌(Aquamicrobiumdefluvii)SU1菌悬液；污水水微菌(Aquamicrobiumdefluvii)SU1保藏编号为CGMCCNo.7399。
2.根据权利要求1所述一种脱除含硫恶臭物质的水微菌活性填料，所述填料为轻质多孔聚氨酯泡沫块、颗粒活性炭、火山岩、珍珠岩中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述一种脱除含硫恶臭物质的水微菌活性填料，所述污水水微菌SU1菌悬液与填料的质量比为100-300∶10。
4.根据权利要求1-2任意一项所述一种脱除含硫恶臭物质的水微菌活性填料，所述的水微菌活性填料中污水水微菌SU1的菌体浓度大于106CFU/g(活性填料)。
5.根据权利要求1所述一种脱除含硫恶臭物质的水微菌活性填料的制备方法：步骤如下：
(1)斜面培养：培养制备污水水微菌(Aquamicrobiumdefluvii)SU1斜面菌种；
(2)菌悬液的制备：分别将步骤(1)制备的污水水微菌SU1斜面菌种按5-20％接种量逐级发酵培养，分离获得菌体浓度为0.4-0.8g/L水微菌SU1菌悬液；
(3)水微菌活性填料的制备：
(a)将步骤(2)制备的污水水微菌SU1菌悬液喷淋到方块体或颗粒形状的轻质多孔材料的表面；(b)将带有污水水微菌SU1菌细胞的多孔材料或颗粒放入旋转混合器中旋转混合；(c)再次向轻质多孔材料表面喷淋污水水微菌SU1菌悬液，获得水微菌活性填料，4℃保存备用；重复步骤(a)-(c)3次，使材料表面以及微孔中均附载有菌细胞，获得水微菌活性填料。
6.根据权利要求5所述一种脱除含硫恶臭物质的水微菌活性填料的制备方法，所述轻质多孔材料为聚氨酯泡沫块。
7.根据权利要求5所述一种脱除含硫恶臭物质的水微菌活性填料的制备方法，所述水微菌SU1菌悬液与轻质多孔材料的质量比为200∶10。
8.根据权利要求5所述一种脱除含硫恶臭物质的水微菌活性填料的制备方法，所述的水微菌活性填料制备步骤如下：
(1)斜面培养：培养制备污水水微菌SU1斜面菌种；
污水水微菌SU1斜面培养基组成为：葡萄糖0.5g，酵母粉0.2g，KH2PO42.0g，KNO32.0g，NH4Cl0.5g，MgCl2·6H2O0.5g，FeSO4·7H2O0.01g，Na2S2O3·5H2O5.0g，NaHCO31.0g，琼脂15g，水1000ml，pH值6.0-6.5，121℃灭菌20min；
(2)菌悬液的制备：培养制备污水水微菌SU1菌悬液
将步骤(1)制备的污水水微菌SU1斜面菌种按1％接种量逐级发酵培养，培养温度36℃，培养时间48h，通风量50L/min，溶解氧＞2.0mg/L，罐压0.05Mpa，发酵液置于冷冻离心机中于4℃，6000rpm，离心浓缩10min，弃去上清液，沉淀分别用无菌营养液稀释，获得菌体浓度为0.6g/L水微菌SU1菌悬液；
所述发酵培养的培养基的组成为：葡萄糖0.5g，酵母粉0.2g，KH2PO42.0g，KNO32.0g，NH4Cl0.5g，MgCl2·6H2O0.5g，FeSO4·7H2O0.01g，Na2S2O3·5H2O5.0g，NaHCO31.0g，水1000ml，pH值6.0-6.5，121℃灭菌20min；
所述的无菌营养液的组成为：葡萄糖0.5g，酵母粉0.2g，KH2PO42.0g，KNO32.0g，NH4Cl0.5g，MgCl2·6H2O0.5g，FeCl30.01g，NaHCO31.0g，水1000ml，pH值6.0-6.5，121℃灭菌20min；
(3)水微菌活性填料的制备：
(a)将步骤(2)制备的污水水微菌SU1菌悬液喷淋到方块体或颗粒形状的轻质多孔材料的表面；(b)将带有污水水微菌SU1菌细胞的多孔材料块或颗粒放入旋转混合器中旋转混合；(c)再次向轻质多孔材料表面喷淋微污水水微菌SU1菌悬液，获得水微菌活性填料，4℃保存备用；重复步骤(a)-(c)3次，使材料表面以及微孔中均附载有菌细胞，获得水微菌活性填料。
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2013
- 2013-05-29 CN CN201310205156.9A patent/CN103272473B/zh active Active
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