CN103897997A - 一种生物增效菌剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物增效菌剂SY-CD-B及其在处理焦化废水中的应用，该增效菌剂由筛选到的6株菌：假单胞菌（Pseudomonas sp.）、不动杆菌（Acinetobacter sp.）、鲍特氏菌（Bordetella sp.）、克雷伯氏菌（Klebsiella sp.）、巨大芽孢杆菌（Bacillus magterium）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）按发酵液体积5-50：1-5：3-15：2-20：2-20：2-20混合，离心后以无机盐培养液稀释菌体而成。本发明利用该生物增效菌剂，结合混合式活性污泥系统，降低了生化出水COD浓度，且不用增加额外的设备投入，适用于各种水质的焦化废水生化处理，大大降低了处理成本。

Description

一种生物增效菌剂及其应用
技术领域
本发明属于焦化废水处理领域,涉及一种处理焦化废水的生物增效菌剂及其应用。 
技术背景
生物增效是通过添加具有某种特定降解能力的微生物菌株来增强原有微生物种群作用的方法。特效微生物是从自然界中筛选出来的优势菌种，对原有生化系统无任何不利影响。该方法并不替代现有的细菌群，但可以提高菌群在某些特定菌群在特定情况下的反应力，或增强菌群降解污水组分的能力，从而提高污水处理效果。相比较于物理法和化学法，生物增效具有以下优点：无需增加设备，节约成本，针对不同水质特点针对性去除，并且不会造成二次污染。生物增效菌剂是将具有特定降解能力的微生物菌株按特定的比例混合配制而成的微生物混合剂，具有适应能力好，针对性强的特点，可以有效的去除污水中难以降解的有机物。 
焦化废水来源于煤炼焦、制气、化工产品精制以及回收过程。焦化废水含有的污染物主要包括酚、氨氮、氰化物、硫氰化物、硫化物、苯、焦油等有毒物质，以及吡啶、萘、菲、蒽等杂环芳烃和多环芳烃，水质复杂，毒性大，生物降解困难。目前焦化废水一般按常规方法进行两级处理。第一级处理包括：隔油，过滤，溶剂萃取脱酚，蒸氨，黄血盐脱氰等。第二级处理包括：浮选，生物脱酚，混凝沉淀等。焦化废水经上述两级处理后，外排废水中酚的含量可达标，但氰化物、COD及氨氮很难达标。 
近年来一些针对焦化废水的生物处理相继得到应用，例如：CN102674618A公开了一种生物膜生物强化焦化废水处理方法，采用了厌氧生物滤池-三相好氧生物循环流化床耦合工艺，需要在厌氧生物滤池-三相好氧生物循环流化床耦合工艺反应器内加入膜支撑载体，然后投加睾丸酮丛毛单胞菌挂膜；而CN102092901A公开了一种焦化废水生物强化处理系统，由缺氧池、生物强化好氧池、二沉池组成，需要在生物强化好氧池中投加填料，并在出水端设置筛网和填料自动打捞装置；而CN102337214A公开了一种处理焦化废水的微生物复合菌剂，结合了A-O或A-A-O工艺。以上的技术需要结合工艺才能实现生物法处理焦化废水，这样在实际应用时大大提高了增加设备以及更改工艺而产生的成本。 
发明内容
本发明致力于开发一种生物增效菌剂，以解决现有焦化废水处理方法中设备成本高，COD降解率低的问题。 
为了实现本发明的目的，申请人通过人工筛选高效分解有机物的降解菌，将筛选出的6种菌配制成一种生物增效菌剂并将其应用于焦化废水的处理，在不增加设备以及更改工艺而产生额外成本的情况下，提高原有焦化废水处理系统的处理能力，使得难以降解的芳香族化合物得到降解，降低出水COD浓度，COD的去除率可达到85%以上。 
本发明的技术方案如下： 
一种生物增效菌剂，含有6种菌，分别为假单胞菌（Pseudomonas sp.）SY-NPD-3、不动杆菌（Acinetobacter sp.）SY-PD-27、博德特氏菌（Bordetella sp）SY-PDD-9、克雷伯氏菌（Klebsiella sp.）SY-SW51，巨大芽孢杆菌（Bacillus magterium）SY-Z5、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）SY-ND。假单胞菌（Pseudomonas sp.）SY-NPD-3的菌种保藏号为CGMCC No.6823，不动杆菌（Acinetobacter sp.）SY-PD-27的菌种保藏号为CGMCC No.6824，博德特氏菌（Bordetella sp.）SY-PDD-9的菌种保藏号为CGMCC No.6825，克雷伯氏菌（Klebsiella sp.）SY-SW51的菌种保藏号为CGMCC No.6826，巨大芽孢杆菌（Bacillus magterium）SY-Z5的菌种保藏号为CGMCC No.5225，枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）SY-ND的菌种保藏号为CGMCC No.5224。 
本发明的具体实施步骤为，首先获得生物增效菌剂的菌种。 
生物增效菌剂菌株SY-NPD-3分离自辽宁省鞍山市某焦化厂污泥中，经16S rDNA基因测序法鉴定为假单胞菌，已于2012年11月13日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（地址：北京市朝阳区大屯路），保藏号为CGMCC No.6823。 
筛选培养基组成为：2000ppm萘、400ppm(NH4)2SO4、琼脂15g/L。将污泥进行梯度稀释（稀释106、107、108倍），吸取0.1mL稀释液加入到筛选培养基上，用玻璃棒涂布均匀，30℃培养2—4d，挑取生长最快的一株菌株命名SY-NPD-3，扩增其16S rDNA并测定其16S rDNA序列，在GenBank中比对后确定其为假单胞菌。 
生物增效菌剂菌株SY-PD-27分离自河北省唐山市某焦化厂污泥中，经16S rDNA基因测序法鉴定为不动杆菌，已于2012年11月13日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（地址：北京市朝阳区大屯路），保藏号为CGMCC No.6824。 
筛选培养基组成为：500ppm苯酚、400ppm(NH4)2SO4、琼脂15g/L。将污泥进行梯度稀释（稀释106、107、108倍），吸取0.1mL稀释液加入到筛选培养基上，用玻璃棒涂布均匀，30℃培养2—4d，挑取生长最快的一株菌株命名SY-PD-27，扩增其16S rDNA并测定其16S rDNA序列，在GenBank中比对后确定其为不动杆菌。 
生物增效菌剂菌株SY-PDD-9分离自河北省黄骅市某化工厂污泥中，经16S rDNA基因测 序法鉴定为博德特氏菌，已于2012年11月13日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（地址：北京市朝阳区大屯路），保藏号为CGMCC No.6825。 
筛选培养基组成为：300ppm吡啶、400ppm(NH4)2SO4、琼脂15g/L。将污泥进行梯度稀释（稀释106、107、108倍），吸取0.1mL稀释液加入到筛选培养基上，用玻璃棒涂布均匀，30℃培养2—4d，挑取生长最快的一株菌株命名SY-PDD-9，扩增其16S rDNA并测定其16S rDNA序列，在GenBank中比对后确定其为博德特氏菌。 
生物增效菌剂菌株SY-SW51分离自辽宁省沈阳市某城市污水处理厂中，经16S rDNA基因测序法鉴定为克雷伯氏菌，已于2012年11月13日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（地址：北京市朝阳区大屯路），保藏号为CGMCC No.6826。 
筛选培养基组成为：牛肉膏蛋白胨培养基、琼脂15g/L。将污泥进行梯度稀释（稀释106、107、108倍），吸取0.1mL稀释液加入到筛选培养基上，用玻璃棒涂布均匀，30℃培养2—4d，挑取生长最快的一株菌株命名SY-SW51，扩增其16S rDNA并测定其16S rDNA序列，在GenBank中比对后确定其为克雷伯氏菌。 
生物增效菌剂菌株SY-Z5分离自渤海湾海边土壤中，经16S rDNA基因测序法鉴定为巨大芽孢杆菌，而生物增效菌剂菌株SY-ND分离自纳豆食品中，经16S rDNA基因测序法鉴定为枯草芽孢杆菌，两株菌株为已保藏菌株，均已于2011年9月6日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号），保藏号分别为CGMCC No.5225和CGMCC No.5224。上述两株菌株已由申请人自己培养并保藏，其提取方法已经记载于中国专利申请201210018185.X中。 
本发明的另一个技术方案为，利用上述6种菌制备生物增效菌剂。 
将假单胞菌（Pseudomonas sp.，CGMCC No.6823）SY-NPD-3、不动杆菌（Acinetobacter sp.，CGMCC No.6824）SY-PD-27、博德特氏菌（Bordetella sp.，CGMCC No.6825）SY-PDD-9、克雷伯氏菌（Klebsiella sp.，CGMCC No.6826）SY-SW51，巨大芽孢杆菌（Bacillus magterium，CGMCC No.5225）SY-Z5、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis，CGMCC No.5224）SY-ND这6株菌分别接种到灭菌的LB培养基中进行活化作为种子液，30℃培养24h，此时各菌株的发酵液浓度可以达到109cfu/mL以上。然后将6株菌的种子液以体积比1%—3%的接种量接入到灭菌的LB培养基中进行发酵，30℃培养24h—36h，得到菌体浓度为109—1011cfu/mL的发酵液。再将以上6株菌的发酵液按体积比5-50：1-5：3-15：2-20：2-20：2-20配制成混合液，离心收集菌体，然后用无机盐培养液适当稀释菌体，使菌液浓度在1011—1012cfu/mL，得到生物增效菌剂SY-CD-B。 
上述LB培养基为本领域常用培养基，例如其组成成分可以是（g/L）：胰蛋白胨10，酵母粉5，NaCl10，pH7.4；无机盐培养液的成分及浓度是本领域技术人员熟知的，例如可以含有Na+，K+，Mg2+，Fe3+，Ca2+，Cl-，SO4 2-，H2PO4 -等离子。 
上述含有6种菌的生物增效菌剂能够有效降解焦化废水中生化难以降解的有机物，例如多环芳烃或杂环芳烃类物质，因此本发明的技术方案还包括本发明的生物增效菌剂处理焦化废水的用途。 
使用本发明的生物增效菌剂处理焦化废水，具体使用方法如下： 
首先进行常规活性污泥驯化阶段：向好氧池中加入20%的焦化厂活性污泥，进水为焦化厂好氧段前污水，COD浓度低于2000mg/L即可，一般为1000mg/L—2000mg/L，进水充满好氧池后停止进水，开始曝气，24h—48h后，开始连续进水，水力停留时间为72h，连续驯化20—30天，待好氧池内活性污泥稳定生长到污泥沉降比为20%—30%时，并且出水COD浓度稳定后，完成驯化阶段。 
分3—5次向好氧池内添加占池容总体积0.1%—0.5%的生物增效菌剂SY-CD-B，添加生物增效菌剂时每次间隔24h，且添加后24h—48h内停止进水，待微生物与活性污泥结合后继续连续进水，水力停留时间为调整为36h—72h，系统连续运行3—7天，待出水COD浓度降低并稳定后，完成生物增效过程；投加生物增效菌剂期间，控制池内溶氧为3.0mg/L—9.0mg/L，调节活性污泥悬浮液pH为6.0—8.5，温度控制在20℃—40℃；期间要定期排出污泥，使SV30稳定在20%—40%之间。 
本发明具有以下有益效果： 
本发明所使用的生物增效菌剂可以有效地提高好氧活性污泥降解COD的能力，COD降解率达85%以上，同时改善污泥结构组成与生物活性，污泥脱氢酶活性可以提高100%以上。 
本发明的实施无需建设新系统、投资新设备，大大降低了污水处理的运行成本，而且不会造成二次污染；同时还可以实现污泥的减排，减排率可以达到30%，特别适用于煤化工企业处理焦化废水。 
具体实施方式
实施例1：生物增效菌剂菌种的获得 
生物增效菌剂菌株SY-NPD-3分离自辽宁省鞍山市某焦化厂污泥中，经16S rDNA基因测序法鉴定为假单胞菌，已于2012年11月13日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.6823。菌株SY-NPD-3的筛选培养基组成为：2000ppm萘、400ppm(NH4)2SO4、琼脂15g/L。将污泥进行梯度稀释（稀释106、107、108倍），吸取0.1mL 稀释液加入到筛选培养基上，用玻璃棒涂布均匀，30℃培养2—4d，挑取生长最快的一株菌株命名SY-NPD-3，扩增其16S rDNA并测定其16S rDNA序列，在GenBank中比对后确定其为假单胞菌。 
生物增效菌剂菌株SY-PD-27分离自河北省唐山市某焦化厂污泥中，经16S rDNA基因测序法鉴定为不动杆菌，已于2012年11月13日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.6824。菌株SY-PD-27的筛选培养基组成为：500ppm苯酚、400ppm(NH4)2SO4、琼脂15g/L。将污泥进行梯度稀释（稀释106、107、108倍），吸取0.1mL稀释液加入到筛选培养基上，用玻璃棒涂布均匀，30℃培养2—4d，挑取生长最快的一株菌株命名SY-PD-27，扩增其16S rDNA并测定其16S rDNA序列，在GenBank中比对后确定其为不动杆菌。 
生物增效菌剂菌株SY-PDD-9分离自河北省黄骅市某化工厂污泥中，经16S rDNA基因测序法鉴定为博德特氏菌，已于2012年11月13日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.6825。菌株SY-PDD-9的筛选培养基组成为：300ppm吡啶、400ppm(NH4)2SO4、琼脂15g/L。将污泥进行梯度稀释（稀释106、107、108倍），吸取0.1mL稀释液加入到筛选培养基上，用玻璃棒涂布均匀，30℃培养2—4d，挑取生长最快的一株菌株命名SY-PDD-9，扩增其16S rDNA并测定其16S rDNA序列，在GenBank中比对后确定其为博德特氏菌。 
生物增效菌剂菌株SY-SW51分离自辽宁省沈阳市某城市污水处理厂污泥中，经16S rDNA基因测序法鉴定为克雷伯氏菌，已于2012年11月13日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.6826。菌株SY-SW51的筛选培养基组成为：牛肉膏蛋白胨培养基、琼脂15g/L。将污泥进行梯度稀释（稀释106、107、108倍），吸取0.1mL稀释液加入到筛选培养基上，用玻璃棒涂布均匀，30℃培养2—4d，挑取生长最快的一株菌株命名SY-SW51，扩增其16S rDNA并测定其16S rDNA序列，在GenBank中比对后确定其为克雷伯氏菌。 
生物增效菌剂菌株SY-Z5分离自渤海湾海边土壤中，经16S rDNA基因测序法鉴定为巨大芽孢杆菌，而生物增效菌剂菌株SY-ND分离自纳豆食品中，经16S rDNA基因测序法鉴定为枯草芽孢杆菌，两株菌株为已保藏专利菌株，保藏号分别为CGMCC No.5225和CGMCC No.5224。 
实施例2：生物增效菌剂的制备1 
将假单胞菌（Pseudomonas sp.，CGMCC No.6823）SY-NPD-3、不动杆菌（Acinetobacter  sp.，CGMCC No.6824）SY-PD-27、博德特氏菌（Bordetella sp.，CGMCC No.6825）SY-PDD-9、克雷伯氏菌（Klebsiella sp.，CGMCC No.6826）SY-SW51，巨大芽孢杆菌（Bacillus magterium，CGMCC No.5225）SY-Z5、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis，CGMCC No.5224）SY-ND这6株菌分别接种到灭菌的LB培养基中进行活化作为种子液，30℃培养24h，此时各菌株的发酵液浓度可以达到109cfu/mL以上。然后将6株菌的种子液以1%—3%的接种量（种子液体积占发酵培养基体积比）接入到灭菌的LB培养基中进行发酵，30℃培养24h—36h，使菌体的浓度达到109—1011cfu/mL。将以上6株菌的发酵液按体积25：4：8：12：12：12配制成混合液，离心收集菌体，然后用无机盐培养液适当稀释菌体，使菌液浓度在1011—1012cfu/mL，制备成生物增效菌剂SY-CD-B。无机盐组成成分为（g/L）：Na2HPO42.2，KH2PO40.8，MgSO40.015，FeCl30.015，CaCl20.01，pH7.0。 
实施例3：生物增效菌剂的制备2 
除上述6株菌的发酵液按体积40：5：15：18：18：18配制成混合液外，方法同实施例2。 
实施例4：生物增效菌剂的制备3 
除上述6株菌的发酵液按体积20：3：5：7：7：7配制成混合液外，方法同实施例2。 
实施例5：生物增效菌剂的制备4 
除上述6株菌的发酵液按体积45：5：14：19：19：19配制成混合液外，方法同实施例2。 
实施例6：河北某厂焦化废水进水COD浓度为1613mg/L，水力停留时间7d，原有生化系统驯化处理后出水COD浓度为435mg/L，COD去除率为73.1%；分3次添加占好氧池总体积0.5%的如实施例2所述的生物增效菌剂后，水力停留时间调整为3d，控制好氧池溶氧为7.5mg/L—8.5mg/L，活性污泥悬浮液pH为6.5-7.5，温度在25℃—32℃，经处理后COD浓度为236mg/L，COD去除率为85.2%。 
实施例7：河北某厂焦化废水进水COD浓度为1222mg/L，水力停留时间7d，原有生化系统驯化处理后出水COD浓度为384mg/L，COD去除率为68.5%；分5次添加占好氧池总体积0.1%的如实施例3所述的生物增效菌剂后，水力停留时间调整为1.5d，控制好氧池溶氧为3mg/L—5mg/L，生化反应器内活性污泥悬浮液pH为7.0-8.0，温度在27℃—33℃，经处理后COD浓度为170mg/L，COD去除率为86%。 
实施例8：辽宁某厂焦化废水进水COD浓度为1458mg/L，水力停留时间2d，原有生化系统驯化处理后出水COD浓度为515mg/L，COD去除率为64.7%；分4次添加占好氧池总 体积0.4%的如实施例4所述的生物增效菌剂后，水力停留时间仍为2d，控制好氧池溶氧为5mg/L—7mg/L，活性污泥悬浮液pH为6.8-7.2，温度在23℃—30℃，经处理后COD浓度为215mg/L，COD去除率为85.3%。 
实施例9：黑龙江某厂焦化废水进水COD浓度为1333mg/L，水力停留时间2d，原有生化系统驯化处理后出水COD浓度为144mg/L，COD去除率为89.2%；分3次添加占好氧池总体积0.2%的如实施例5所述的生物增效菌剂后，水力停留时间仍为2d，控制好氧池溶氧为4mg/L—6.5mg/L，活性污泥悬浮液pH为7.5-8.0，温度在22℃—28℃，经处理后COD浓度为110mg/L，COD去除率为91.7%。 

Claims (4)

1.一种生物增效菌剂SY-CD-B，含有6种菌，其特征在于：6种菌分别为假单胞菌（Pseudomonas sp.）SY-NPD-3、不动杆菌（Acinetobacter sp.）SY-PD-27、鲍特氏菌（Bordetellasp.）SY-PDD-9、克雷伯氏菌（Klebsiella sp.）SY-SW51，巨大芽孢杆菌（Bacillus magterium）SY-Z5、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）SY-ND；其中假单胞菌（Pseudomonas sp.）SY-NPD-3的菌种保藏号为CGMCC No.6823，不动杆菌（Acinetobacter sp.）SY-PD-27的菌种保藏号为CGMCC No.6824，鲍特氏菌（Bordetella sp.）SY-PDD-9的菌种保藏号为CGMCC No.6825，克雷伯氏菌（Klebsiella sp.）SY-SW51的菌种保藏号为CGMCC No.6826，巨大芽孢杆菌（Bacillus magterium）SY-Z5的菌种保藏号为CGMCC No.5225，枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）SY-ND的菌种保藏号为CGMCC No.5224。
2.根据权利要求1所述的生物增效菌剂的制备方法，其特征在于按照以下方法制备：将假单胞菌（Pseudomonas sp.）SY-NPD-3、不动杆菌（Acinetobacter sp.）SY-PD-27、鲍特氏菌（Bordetella sp.）SY-PDD-9、克雷伯氏菌（Klebsiella sp.）SY-SW51，巨大芽孢杆菌（Bacillusmagterium）SY-Z5、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）SY-ND六株菌分别接种到灭菌的LB培养基中进行活化作为种子液，30℃培养24h后各菌株的发酵液浓度达到109cfu/mL以上，然后将6株菌的种子液以体积比1%—3%的接种量接入到灭菌的LB培养基中进行发酵，30℃培养24h-36h，得到菌体浓度为109-1011cfu/mL的发酵液；再将以上6株菌的发酵液按体积比5-50：1-5：3-15：2-20：2-20：2-20配置成混合液，离心收集菌体，然后用无机盐培养液稀释菌体，使菌液浓度在1011-1012cfu/mL，得到生物增效菌剂SY-CD-B。
3.一种根据权利要求1所述的生物增效菌剂用于处理焦化废水的用途。
4.根据权利要求3所述的用途，其特征在于所述的生物增效菌剂的使用方法为：好氧池内污泥驯化好后，分3—5次向好氧池内添加占池容总体积0.1%—0.5%的生物增效菌剂SY-CD-B，添加生物增效菌剂时每次间隔24h，且添加后24h—48h内停止进水，待微生物与活性污泥结合后继续连续进水，水力停留时间调整为36h-72h，系统连续运行37天，待出水COD浓度降低并稳定后，完成生物增效过程；投加生物增效菌剂期间，控制池内溶氧为3.0mg/L-9.0mg/L，调节活性污泥悬浮液pH为6.0-8.5，温度控制在20℃-40℃；期间要定期排出污泥，使SV30稳定在20%-40%之间。
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