CN103667108B - 一种红球菌菌株及其在印染废水处理中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红球菌菌株及其在印染废水处理中的应用，红球菌菌株，命名为红球菌（Rhodococcus corynebacterioides）ZHY1-4，保藏号为CGMCC No.8172；由红球菌菌株制成微生物菌剂；本发明的红球菌ZHY1-4及由该菌株制备得到的微生物菌剂用于处理高盐印染废水的处理或者印染废水的深度处理，对多种高盐印染废水及印染废水的深度处理有较好的处理效果，对COD和氨氮都有较好的去除效果。
Description
技术领域
本发明涉及印染废水的微生物处理技术领域，具体涉及一种红球菌及由该红球菌制备的微生物菌剂及该微生物菌剂在印染废水处理中的应用。
背景技术
近年来，随着化学纤维织物的发展、仿真技术的兴起和印染后整理技术的进步，PVA浆料、人造丝碱解物、新型助剂、渗透剂等难生化降解的有机物大量进入印染废水，使得原有的生物处理系统对COD的去除率从70%下降到50%左右，甚至更低。由于国产染料上染率低，印染企业在工艺中一般都会加过量的染料，像偶氮、蒽醌、杂环、三苯甲烷等染料多是难以降解的芳香族化合物，以致于印染废水毒性大、脱色难。印染工艺中80～90%成为废水，我国印染行业每天有300万-400万吨的废水排放。所以印染废水COD、色度高，水量大，成分复杂，含有多种有毒有害物质，生化性能差，是我国工业废水中重点的污染源之一。
目前对于印染废水的处理有物理、化学、生物的方法，例如，公开号为CN102849898A的中国发明专利申请公开了一种印染废水处理方法，包括如下步骤：步骤1：将高浓度、高碱度的煮炼和丝光废水用于脱硫除尘用水，引入脱硫除尘器中；步骤2、流入沉灰池中，将沉淀在下方的灰渣清走；步骤3、流入调节酸化池中，其中酸化池采用厌氧折流方式；步骤4、进行UASB脱色及COD去除；步骤5、流入砂滤池；步骤6、上部的清水流出。
公开号为CN101830597A的中国发明专利申请文献公开了一种印染废水处理方法，其特征在于包括有以下步骤：1)印染废水经过格栅过滤进入废水调节池；2)调节池停留时间为1天，池内设置穿孔曝气管，定时曝气，均匀印染废水水质和水温；3)在调节池中调节pH值至6.5～8.0；4)调节pH值后的废水进入膜生物反应池水解酸化段，采用脉冲布水方式，控制水力停留时间在4～6h，在反应池内形成污泥床层；5)膜生物反应池水解酸化段的上清液通过集水槽流入膜生物反应池好氧段，采用孔径为0.1～0.4μm中空纤维膜进行泥水分离；6)将膜生物反应池的产水泵入纳滤膜分离系统进行深度处理，浓水则回流至调节池，纳滤膜处理的水可直接达标排放。
由于物理、化学的方法带来二次污染且成本高等缺点，使得难以在印染废水的处理中得到很好的应用，如现在应用较多的膜法，虽然能帮企业解决一些问题，但是由于成本太高，对于中小企业来说负担较重。生物法成本低，效率高是污水处理发展的一个趋势。由于印染废水属于高盐废水，需要耐盐的微生物处理效果才好，而大多微生物在高盐环境下生长、代谢有机污染物的能力下降，以致于达不到理想的效果，加之目前提标改造的实施又给印染企业提出了一个棘手的问题，同时也具有很大的挑战性。
发明内容
本发明提供了一种红球菌菌株及其在印染废水处理中的应用，由本发明的红球菌制备的微生物菌剂尤其对高盐印染废水深度处理具有很好的效果。
一种红球菌菌株，命名为Rhodococcus corynebacterioides，株号为ZHY1-4，保藏号为CGMCC No.8172。
本发明的红球菌菌株保藏于位于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的中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期为2013年9月11日，保藏号为CGMCC No.8172。
所述红球菌从处理高盐染料废水的活性污泥中分离得到，为短杆状；所述红球菌ZHY1-4的培养特征：
培养基成分如下：蛋白胨10g/L，酵母浸出粉5g/L，NaCl10g/L，葡萄糖1g/L，pH7.0-7.2；35℃培养生长4天后，菌落大小约2-3mm，橘黄色，菌落凸起，边缘规则，菌落表面光滑。
所述红球菌对NaCl的耐受度最高可达到3%，对高盐分印染废水及印染废水深度处理具有较好降解作用的，红球菌对高盐印染废水不仅具有降解COD的作用，还能够去除氨氮。
本发明还提供了一种如所述红球菌菌株在处理印染废水中的应用。所述印染废水的含盐质量百分数为1～3%。
一种优选的应用方法：将所述红球菌ZHY1-4配制成红球菌菌液，驯化后投加到印染废水处理工艺的接触氧化池内。
印染废水处理工艺为现有的常规处理工艺，投加量根据菌剂对废水处理的实际效果投加。制成红球菌菌液的培养基中加入NaCl，培养基成分优选为：蛋白胨10g/L，酵母浸出粉5g/L，NaCl10g/L，葡萄糖1g/L，pH7.0-7.2。
另一种优选的应用方法：将所述红球菌ZHY1-4制成微生物菌剂，将所述微生物菌剂投加到印染废水处理工艺中的好氧池和接触氧化池中。
本发明的微生物菌剂投加到常规印染废水处理工艺中的好氧池和接触氧化池中，投加量根据处理对象的特性和处理效果来具体确定。
将所述红球菌ZHY1-4制成微生物菌剂的方法包括如下步骤：
（1）将红球菌ZHY1-4活化后接种至摇瓶培养基中，35～37℃振荡培养至对数生长后期，收集摇瓶菌种；
（2）将摇瓶菌种接种至种子培养基中，34～36℃培养至对数生长期，得种子液；
（3）将所述种子液接种至发酵培养基中，34～36℃发酵完成后收集发酵液即得所述微生物菌剂。
所述摇瓶培养基成分为：蛋白胨10g/L，酵母浸出粉5g/L，NaCl10g/L，葡萄糖1g/L，pH7.0-7.2。
所述发酵培养基与种子培养基的成分相同，其成分为：蛋白胨5g/L，酵母浸出粉5g/L，NaCl10g/L，葡萄糖2g/L，pH7.0-7.5。
步骤（2）的培养过程中无菌空气通入量为1:0.8（V/V）；步骤（3）的培养过程中无菌空气的通气量为1：（0.8-1.0）（V/V）；步骤（2）的培养过程中搅拌速度为180转/分；步骤（3）的培养过程中搅拌速度为200-220转/分。
本发明提供的红球菌菌株及由该红球菌菌株制备得到的微生物菌剂还可应用于印染废水的深度处理。
本发明还提供一种由所述红球菌菌株制备得到的微生物菌剂，其活性成分为红球菌菌体，所述微生物菌剂的制备方法包括如下步骤：
（1）将红球菌ZHY1-4活化后接种至摇瓶培养基中，35～37℃振荡培养至对数生长后期，收集摇瓶菌种；
（2）将摇瓶菌种接种至种子培养基中，34～36℃培养至对数生长期，得种子液；
（3）将所述种子液接种至发酵培养基中，34～36℃发酵完成后收集发酵液即得所述微生物菌剂。
微生物菌剂的制备方法具体过程为：
（1）、斜面种子：将菌株ZHY1-4在培养皿或试管里活化培养备用。
（2）、摇瓶种子：将活化好的单菌落接种于培养基（蛋白胨10g/L，酵母浸出粉5g/L，NaCl10g/L，葡萄糖1g/L，pH7.0-7.2）中，35℃振荡培养至对数生长后期，准备接种到种子罐。
（3）、种子罐：配制种子罐培养基（培养基成分为：蛋白胨5g/L，酵母浸出粉5g/L，NaCl10g/L，葡萄糖2g/L，pH7.0-7.5），将30L种子培养基加入50L种子罐，121℃高压湿热灭菌，冷却至33℃后，将摇瓶菌种按10%（V/V）的接种量接种到种子罐，35℃培养至对数生长期，搅拌速度为180转/分，无菌空气通入量为1:0.8（V/V）。
（4）发酵罐：发酵罐所用的培养基成分与种子罐的培养基相同，发酵罐培养基装量为500L，装300L的发酵培养基，在1.1Kg/cm2的压力下，121℃高压湿热灭菌，灭菌后冷却至35℃以下，通无菌空气保持无菌状态备用；将达到对数期的种子液按10%（V/V）的接种量接入发酵罐，接种后的发酵罐温度控制在35℃左右，发酵罐的培养过程中无菌空气的通气量为1：（0.8-1.0）（V/V），搅拌速度为200-220转/分，整个工艺流程培养时间为24-30小时；发酵结束后菌体数量达到10亿个/mL以上。
（5）产品：发酵完成后发酵液直接用塑料包装桶或包装瓶分装成液体剂型。
与现有处理方法相比，本发明具有如下有益效果：
由于印染废水属于高盐废水，需要耐盐的微生物处理效果才好，而大多微生物在高盐环境下生长、代谢有机污染物的能力下降，以致于达不到理想的效果，加之目前提标改造的实施又给印染企业提出了一个棘手的问题，同时也具有很大的挑战性。而本发明通过耐盐的微生物处理印染废水，既经济又环保，是环境污染修复的重要工具。
本发明提供的红球菌具有较广的降解谱，对多种高盐印染废水及印染废水的深度处理有较好的处理效果，对COD和氨氮都有较好的去除效果。
本发明的微生物菌剂具有生产成本低、使用方便、对高盐印染废水及印染废水深度处理同样具有很好的效果。
本发明在高盐印染废水及印染废水深度处理上的应用，降低了生产成本和使用成本，对于保护生态环境和人们的身体健康具有重要的意义。
附图说明
图1是本发明菌株在油镜下（10×100）的图片。
具体实施方式
实施例1红球菌ZHY1-4的获得及鉴定
一、红球菌ZHY1-4的获得
（1）、取处理高盐染料废水的活性污泥，培养基成分如下：酵母浸出粉0.01%，MgSO40.05%，KH2PO40.05%，Na2HPO40.1%，(NH4)2SO40.1%，FeCl30.001%，NaCl3%，偶氮染料终浓度为0.01%（g/V），pH7.0-7.5，121℃灭菌20min。培养基冷却后接种10mL活性污泥，35℃，130转/分摇床培养，观察染料的脱色情况。选择对染料有脱色作用的培养液接种在相同的培养基中多次富集培养。
（2）、取对偶氮染料有脱色作用的菌液做梯度稀释，采用平板涂布法，将菌液涂布在3%NaCl和4%NaCl平板上，35℃倒置在恒温培养箱内培养，观察有单菌落长出。
将单菌落接种在培养基中培养，培养基成分：蛋白胨10g/L，酵母浸出粉5g/L，NaCl10g/L，葡萄糖1g/L，pH7.0-7.2。
等长到对数生长后期时，离心收集菌体，接种在高盐染料废水，其中（NaCl含量为2%左右）中，35℃，130转/分摇床培养48小时，测定COD值，与对照比较，计算COD的去除效果，从中挑选对COD有降解作用的单菌落进行鉴定。
二、红球菌ZHY1-4的鉴定
（1）、形态特征：菌体为短杆状，其油镜图片如附图1所示。
（2）、培养特征：在培养基（蛋白胨10g/L，酵母浸出粉5g/L，NaCl10g/L，葡萄糖1g/L，pH7.0-7.2）上，35℃培养生长4天后，菌落大小约2-3mm，橘红色，菌落凸起，边缘规则，菌落表面光滑。
（3）、16S rDNA序列鉴定
F27：5′-AGAGTTTGATCTGGCTCAG-3′（SEQ ID NO.2）
R1492：5′-TACCTTGTTACGACTT-3′（SEQ ID NO.3）。
采用上述引物进行PCR扩增，从菌株ZHY1-4中扩增到16S rDNA基因片段，将所获得16S rDNA克隆到pGEM T-easy载体后送上海基康生物技术有限公司测序。16S rDNA的部分序列如SEQ ID NO.1所示，与GenBank中的序列比对发现，菌株ZHY1-4的16S rDNA序列与红球菌（Rhodococcus corynebacterioides）菌株序列的同源性为99%。
红球菌ZHY1-4的保藏：
通过以上鉴定结果，确认上述菌株为来自于红球菌属的细菌，将其命名为Rhodococcus corynebacterioides，株号为ZHY1-4，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（CGMCC），保藏号为CGMCC No.8172，保藏时间2013年9月11日。
实施例2微生物菌剂的制备及处理印染废水
（1）、斜面种子：将菌株ZHY1-4在培养皿或试管里活化培养备用。
（2）、摇瓶种子：将活化好的单菌落接种于培养基（蛋白胨10g/L，酵母浸出粉5g/L，NaCl10g/L，葡萄糖1g/L，pH7.0-7.2）中，35℃振荡培养至对数生长后期，准备接种到种子罐。
（3）、种子罐：配制种子罐培养基（培养基成分为：蛋白胨5g/L，酵母浸出粉5g/L，NaCl10g/L，葡萄糖2g/L，pH7.0-7.5），将30L种子培养基加入50L种子罐，121℃高压湿热灭菌，冷却至33℃后，将摇瓶菌种按10%（V/V）的接种量接种到种子罐，35℃培养至对数生长期，搅拌速度为180转/分，无菌空气通入量为1:0.8（V/V）。
（4）发酵罐：发酵罐所用的培养基成分与种子罐的培养基相同，发酵罐培养基装量为500L，装300L的发酵培养基，在1.1Kg/cm2的压力下，121℃高压湿热灭菌，灭菌后冷却至35℃以下，通无菌空气保持无菌状态备用；将达到对数期的种子液按10%（V/V）的接种量接入发酵罐，接种后的发酵罐温度控制在35℃左右，发酵罐的培养过程中无菌空气的通气量为1：（0.8-1.0）（V/V），搅拌速度为200-220转/分，整个工艺流程培养时间为24-30小时；发酵结束后菌体数量达到10亿个/mL以上。
（5）产品：发酵完成后发酵液直接用塑料包装桶或包装瓶分装成液体剂型。
（6）印染企业污水处理厂采用的工艺：格栅-调节池-厌氧池-水解酸化池-好氧活性污泥池-接触氧化池-二沉池-混凝沉淀池-生物活性炭池-出水，进调节池的废水其含盐量2%左右，COD2000-2400mg/L，氨氮100-130mg/L，pH6-8，色度100-200倍，SS100-200mg/L，2000m3/d。
（7）在企业污水处理的好氧活性污泥池内投加1600L红球菌菌剂，在接触氧化池内投加800L红球菌菌剂。
（8）印染企业污水处理厂经过自己的处理工艺，出水COD基本维持在700-900mg/L，氨氮50-80mg/L。
（9）企业要求出水COD≤300mg/L，氨氮≤30mg/L。
（10）菌剂投加后的半个月内企业污水处理厂出水见表1：
表1：红球菌菌剂对高盐印染废水的处理结果
由表1的结果可知，本发明制备的红球菌菌剂对含盐量为2%左右的印染废水的处理效果好且稳定。
实施例3红球菌ZHY1-4处理高盐染料废水
（1）、挑取红球菌ZHY1-4单菌落接种于培养基（蛋白胨10g/L，酵母浸出粉5g/L，NaCl10g/L，葡萄糖1g/L，pH7.0-7.2）中，35℃,180转/分振荡培养48-72小时，获得新鲜菌液。
（2）、印染废水取自某印染厂调节池废水，含盐量2%左右。
（3）、处理工艺采用厌氧-接触氧化-出水，反应器为2L的圆柱体，反应器内的载体为聚氨酯载体，厌氧反应器内的污泥取自染料厂的厌氧污泥，按照10%（V/V）的体积比投加。
接触氧化池内的活性污泥：投加1%（V/V）的城镇污水处理厂的活性污泥和10%（V/V）的红球菌，驯化过程中，每天投加10%（V/V）的红球菌。驯化时，在接触氧化池内投加0.1%（g/V）的葡萄糖，在驯化过程中3天增加一次流量，染料废水的流量依次增加从0.2mL/min，0.5mL/min，0.8mL/min，直到1mL/min，增加到1mL/min后，染料废水连续进水测定出水COD，氨氮。
处理效果见表2：
表2：红球菌ZHY1-4对高盐染料废水的强化处理结果
| 进水（mg/L） | 出水（mg/L） | 降解率（%） | |
| COD | 2547.85 | 429.21 | 83.15 |
| 氨氮 | 122.27 | 20.61 | 83.14 |
实施例4红球菌ZHY1-4处理高盐印染废水
（1）、挑取红球菌ZHY1-4单菌落接种于培养基（蛋白胨10g/L，酵母浸出粉5g/L，NaCl10g/L，葡萄糖1g/L，pH7.0-7.2）中，35℃,180转/分振荡培养48-72小时，获得新鲜菌液。
（2）、印染废水取自某印染厂调节池废水，其含盐量1-1.5%。
（3）、采用的工艺为厌氧-接触氧化-出水，反应器为2L的圆柱体，反应器内的载体为聚氨酯载体，厌氧反应器内的污泥取自印染厂的厌氧污泥，按照10%（V/V）的体积比投加。
接触氧化池内的活性污泥：投加1%（V/V）的城镇污水处理厂的污泥和10%（V/V）的红球菌，驯化过程中，每天投加10%（V/V）的红球菌。驯化时，在接触氧化池内投加0.1%（g/V）的葡萄糖，在驯化过程中3天增加一次流量，印染废水流量依次增加到从0.2mL/min，0.5mL/min，0.8mL/min，直到1mL/min，增加到1mL/min后，印染废水连续进水测定出水COD，氨氮。
处理效果见表3：
表3：红球菌ZHY1-4对高盐印染废水的处理
| 进水（mg/L） | 出水（mg/L） | 降解率（%） | |
| COD | 1807.49 | 320.83 | 82.25 |
| 氨氮 | 106.25 | 25.07 | 76.40 |
实施例5红球菌ZHY1-4对印染废水的深度处理
（1）、挑取红球菌ZHY1-4单菌落接种于培养基（蛋白胨10g/L，酵母浸出粉5g/L，NaCl10g/L，葡萄糖1g/L，pH7.0-7.2）中，35℃,180转/分振荡培养48-72小时，获得新鲜菌液。
（2）、印染废水取自某印染厂的出水。
（3）、采用2L的圆柱体做反应器，用聚氨酯做载体，投加培养好的菌液到反应器内，按照20%（V/V）的投加量，驯化7天，每天投加20%（V/V），驯化过程中印染废水进水流量从0.5mL/min增加到1mL/min，然后连续进水测定出水COD和氨氮。
处理效果见表4：
表4：红球菌ZHY1-4对印染废水的深度处理
| 进水（mg/L） | 出水（mg/L） | 降解率（%） | |
| COD | 648.51 | 203.96 | 68.55 |
| 氨氮 | 36.85 | 10.92 | 70.37 |
实施例6红球菌ZHY1-4对印染废水的深度处理
（1）、挑取红球菌ZHY1-4单菌落接种于培养基（蛋白胨10g/L，酵母浸出粉5g/L，NaCl10g/L，葡萄糖1g/L，pH7.0-7.2）中，35℃,180转/分振荡培养48-72小时，获得新鲜菌液。
（2）、印染废水取自某印染厂的出水。
（3）、采用2L的圆柱体做反应器，用聚氨酯做载体，投加培养好的菌液到反应器内，按照20%（V/V）的投加量，驯化7天内，每天投加20%（V/V），驯化过程中印染废水进水流量从0.5mL/min增加到1mL/min，然后连续进水测定出水COD和氨氮。
处理效果见表5：
表5：红球菌ZHY1-4对印染废水的深度处理
| 进水（mg/L） | 出水（mg/L） | 降解率（%） | |
| COD | 416.43 | 130.24 | 68.72 |
| 氨氮 | 25.26 | 8.33 | 67.02 |
由以上实施例，可以看出红球菌ZHY1-4对不同的高盐印染废水COD和氨氮均有较好的去除效果，对于不同印染废水厂的出水进行深度处理，基本都能够达到排放的标准。本发明可以用于印染废水的生物强化处理，不仅经济、环保、对人民的健康也具有重要的意义。
Claims (10)
1.一种红球菌菌株，其特征在于，命名为类棒菌状红球菌(Rhodococcus corynebacterioides)ZHY1-4，保藏号为CGMCC No.8172。
2.如权利要求1所述红球菌菌株在处理印染废水中的应用。
3.如权利要求2所述红球菌菌株在处理印染废水中的应用，其特征在于，所述印染废水的含盐质量百分数为1～3％。
4.如权利要求2所述红球菌菌株在处理印染废水中的应用，其特征在于，将所述类棒菌状红球菌ZHY1-4配制成红球菌菌液，驯化后投加到印染废水处理工艺的接触氧化池内。
5.如权利要求2所述红球菌菌株在处理印染废水中的应用，其特征在于，将所述类棒菌状红球菌ZHY1-4制成微生物菌剂，将所述微生物菌剂投加到印染废水处理工艺中的好氧池和接触氧化池中。
6.如权利要求5所述红球菌菌株在处理印染废水中的应用，其特征在于，将所述类棒菌状红球菌ZHY1-4制成微生物菌剂的方法包括如下步骤：
(1)将类棒菌状红球菌ZHY1-4活化后接种至摇瓶培养基中，35～37℃振荡培养至对数生长后期，收集摇瓶菌种；
(2)将摇瓶菌种接种至种子培养基中，34～36℃培养至对数生长期，得种子液；
(3)将所述种子液接种至发酵培养基中，34～36℃发酵完成后收集发酵液即得所述微生物菌剂。
7.根据权利要求6所述红球菌菌株在处理印染废水中的应用，其特征在于，所述摇瓶培养基成分为：蛋白胨10g/L，酵母浸出粉5g/L，NaCl10g/L，葡萄糖1g/L，pH 7.0-7.2。
8.根据权利要求6所述红球菌菌株在处理印染废水中的应用，其特征在于，所述发酵培养基与种子培养基的成分相同，其成分为：蛋白胨5g/L，酵母浸出粉5g/L，NaCl 10g/L，葡萄糖2g/L，pH 7.0-7.5。
9.根据权利要求6所述红球菌菌株在处理印染废水中的应用，其特征在于，步骤(2)的培养过程中无菌空气通入量为1:0.8(V/V)；步骤(3)的培养过程中无菌空气的通气量为1：(0.8-1.0)(V/V)；步骤(2)的培养过程中搅拌速度为180转/分；步骤(3)的培养过程中搅拌速度为200-220转/分。
10.一种由权利要求1所述红球菌菌株制备得到的微生物菌剂，所述微生物菌剂的制备方法包括如下步骤：
(1)将类棒菌状红球菌ZHY1-4活化后接种至摇瓶培养基中，35～37℃振荡培养至对数生长后期，收集摇瓶菌种；
(2)将摇瓶菌种接种至种子培养基中，34～36℃培养至对数生长期，得种子液；
(3)将所述种子液接种至发酵培养基中，34～36℃发酵完成后收集发酵液即得所述微生物菌剂。
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