CN104263685B - 循环冷却水微生物处理菌剂、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种处理循环冷却水的微生物菌剂，属于生物化工技术领域。该菌剂含有保藏号为CGMCC NO.9494的库德里阿兹威氏毕赤酵母（Pichia kudriavzevii）、保藏号为CGMCC NO.9493的罗旺醋杆菌（Acetobacter lovaniensis）和保藏号为CGMCC NO.9495的乳杆菌（Lactobacillus sp.）。本发明还提供了该微生物处理菌剂的制备方法及其应用。本发明的菌剂可提高循环冷却水浓缩倍数、降低循环冷却水系统补充水量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于处理循环冷却水的微生物菌剂，具体涉及一种依据微生物生态学原理，利用菌株之间的共生、互生、协同作用利用以及代谢类型、呼吸类型及作用功能多样的特点构建成的微生物处理菌剂、其制备方法及其应用，用于提高循环冷却水浓缩倍数、降低循环冷却水系统补充水量，属于生物化工技术领域。
技术背景
我国是一个水资源严重匮乏的国家，开源节流、科学用水是缓解因水资源缺乏制约我国经济发展的重要举措。工业用水占全国用水量约30％左右，其中，工业用水中冷却水约占70％-80％，节约冷却水是工业节水的关键，循环用水则是节约冷却水的最有效措施，而提高循环水的浓缩倍数则是节约冷却水的核心。以每小时10000m3的冷却水为例，由直流改为循环冷却水，若浓缩倍数为1.5，每小时需补水480m3；若浓缩倍数为3，每小时只需补水240m3即可满足要求；若浓缩倍数提高到5，则只需补水200m3，若浓缩倍数提高到10，仅需补水177.8m3。
但是，随着循环冷却水浓缩倍数的提高，会导致钙、镁等成垢无机离子浓度的提高，结垢趋于严重，轻则降低传热效率，重则堵塞换热器；氯离子、硫酸根等腐蚀性离子浓度的提高，腐蚀趋于严重。另外，随着冷却水循环次数的增加，水中的菌藻会越来越多，其滋生的水中悬浮物和胶体生物黏泥增加，不仅影响传热效率，同时由于黏泥作用形成差异电位，加快了金属的腐蚀。为了降低钙、镁等离子结垢、减少冷却水中的菌藻滋生，同时避免严重腐蚀，通常需要向循环冷却水系统中加入处理剂，包括阻垢剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂(杀生剂)。目前所使用的阻垢剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂主要为化学药品。
目前，基于化学药品的循环冷却水处理剂具有以下不足：(1)处理费用较高，大部分处理剂为非常用化学药品；(2)处理效果不好，循环冷却水浓缩倍数最多只能达到4；(3)系统排水量大，用水量大，排出的水中还含有大量的化学药品处理剂，对环境有污染。因此，开发处理效果好且廉价的绿色微生物处理剂是循环冷却水处理的发展方向。
发明内容
为了解决循环冷却水系统运行过程中结垢、腐蚀、生菌产藻等问题，并提高循环冷却水浓缩倍数以减少用水量，同时减少环境污染，本发明提供了一种可替代传统化学药剂应用于循环冷却水处理领域的微生物菌剂，解决循环冷却水系统运行过程中塔盘、设备、管路系统的结垢、腐蚀、生菌产藻及环冷却水浓缩倍数低、环境污染等问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种高效处理循环冷却水的微生物菌剂，该菌剂含有保藏号为CGMCC NO.9494的库德里阿兹威氏毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)YJM-2、保藏号为CGMCC NO.9493的罗旺醋杆菌(Acetobacter lovaniensis)YACE-3、保藏号为CGMCC NO.9495的乳杆菌(Lactobacillus sp.)YM-7。
本发明的微生物处理菌剂中，所述各菌株培养、计数调节后的菌液按库德里阿兹威氏毕赤酵母CGMCC NO.9494：罗旺醋杆菌CGMCC NO.9493：乳杆菌CGMCC NO.9495＝1～5：1～5：1～4(体积/体积)的比例混合。
其中涉及的相关保藏信息为：
保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)；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；保藏编号：YACE-3(CGMCCNO.9493)、YJM-2(CGMCC NO.9494)、YM-7(CGMCC NO.9495)，保藏日期：2014年8月6日。
本发明还提供了一种上述微生物处理菌剂的制备方法，可以通过以下方式来实现：
1、培养基
(1)用于菌种活化的培养基配方为：
YPD固体培养基，用于酵母菌种YJM-2CGMCC NO.9494活化，其配方为：蛋白胨20g、牛肉膏10g、葡萄糖20g、水1000mL、琼脂15-20g、pH 6.5-7.0。
MRS固体培养基，用于乳杆菌YM-7CGMCC NO.9495活化，其配方为：蛋白胨10g、牛肉膏10g、酵母膏5g、葡萄糖5g、乙酸钠5g、柠檬酸二铵2g、吐温801mL、硫酸镁0.58g、硫酸锰0.05g、磷酸氢二钾2g、琼脂15-20g、水1000mL、pH6.2。
醋酸菌固体培养基，用于醋杆菌YACE-3CGMCC NO.9493活化，其配方为：酵母膏15g、葡萄糖10g、CaCO315g、乙醇30mL、琼脂15-20g、水1000mL、pH6.5。
(2)用于微生物处理菌剂发酵的液体培养基配方为：
酵母菌种液体培养基：蛋白胨10g、牛肉膏10g、葡萄糖20g、水1000mL、pH6.5-7.0；
乳酸菌种液体培养基：蛋白胨10g、牛肉膏10g、酵母膏5g、葡萄糖5g、乙酸钠5g、柠檬酸二铵2g、硫酸镁0.58g、磷酸氢二钾2g、水1000mL、pH6.0；
醋酸菌种液体培养基：乙醇30-35mL、酵母膏10g、葡萄糖10g、KH2PO40.5g、MgSO40.5g、水1000mL、pH6.5。
2、3株菌的优化配伍比例
按照库德里阿兹威氏毕赤酵母CGMCC NO.9494：罗旺醋杆菌CGMCC NO.9493：乳杆菌CGMCC NO.9495＝1～5：1～5：1～4的体积比混合。
3、菌剂的制备
液态微生物处理菌剂的制备方法为：
(1)将3菌株分别接种于其对应的固体培养基活化备用；
(2)将灭菌处理过的各菌株液体培养基定量备用；
(3)将活化后的菌株分别接入灭菌处理过的对应液体培养基中培养，其中YJM-2培养24小时，YACE-3培养72小时，YM-7培养72小时；
(4)将培养好的各菌液先计数调节为：YJM-2菌液浓度OD560nm＝1.0，YACE-3菌液浓度OD600nm＝1.0，YM-7菌液浓度OD600nm＝1.0；再将3菌液按体积比混合，即制得液态微生物处理菌剂。
上述制备的微生物处理菌剂的主要指标为：
液态微生物处理菌剂：活菌数大于等于10亿CFU/mL；pH5-7；悬液、颜色微黄、微酸、有酒香味。
4、使用方法及条件
本微生物处理菌剂使用方法为：直接投加菌剂到循环冷却水池中，按投加的菌剂质量与系统保有水量的质量比计，每月的菌剂投加量为系统保有水量的0.01％-0.1％。
本发明的优点在于：
(1)菌剂由多种微生物菌种构成，由于其代谢类型、呼吸类型及作用功能多样特点，一方面是菌剂中微生物利用水中的有机物(生物黏泥、藻类)作为营养源，达到降解清除有机黏泥的效果，降低垢的粘性，阻止成垢物质附着在管路、设备等表面；另一方面是分解垢体，微生物利用局部产生的微酸环境分解垢体中的CO3 2-，分解生成CO2，同时将部分Ca2+、Mg2+摄入体内作为细胞构成，达到分解垢体物质CaCO3、MgCO3的目的，同时降低水体的Ca2+、Mg2+等离子硬度。
(2)菌剂中兼性微生物具有耗氧作用，兼性微生物在生长代谢过程中会消耗氧，降低水体中的溶解氧，同时稳定pH值，改变水体的腐蚀极性，降低循环冷却系统的腐蚀速率。
(3)菌剂中微生物可摄取水体中的N、P元素，断绝藻类的营养源，使藻类无法存活。随着水体中营养物质的匮乏，菌类也随之衰亡。
(4)由于对水体中有机物的控制和对pH值的稳定，提高了循环冷却水系统的浓缩倍数，传统方法通常最高浓缩倍数为4倍，而本发明最高可将浓缩倍数提高到10倍，减少了排水量及补水量，可节约水耗30％-40％。
(5)符合生物安全法规，菌剂中包含的菌株为从酒曲、土壤等环境中分离纯化得到，不会对周围环境和生态平衡造成危害。
具体实施方式
以下结合实施例详细地说明本发明。实施方案为便于更好的理解本发明，但并非对本发明的限制。
一、微生物处理菌剂的制备
实施例1
(1)将高温灭菌处理(121℃、30分钟)的YPD、MRS、醋酸菌固体培养基定量备用。YPD固体培养基的配方为蛋白胨20g、牛肉膏10g、葡萄糖20g、水1000mL、琼脂15-20g、pH6.5-7.0；MRS固体培养基配方为蛋白胨10g、牛肉膏10g、酵母膏5g、葡萄糖5g、乙酸钠5g、柠檬酸二铵2g、吐温801mL、硫酸镁0.58g、硫酸锰0.05g、磷酸氢二钾2g、琼脂15-20g，水1000mL、pH6.2；醋酸菌固体培养基为酵母膏15g、葡萄糖10g、CaCO315g、乙醇30mL、琼脂15g、水1000mL、pH6.5。
(2)将菌株YJM-2接入1环于对应的灭菌处理过(121℃、30分钟)的固体YPD培养基中活化备用；将菌株YM-7接入1环于对应的灭菌处理过(121℃、30分钟)的固体MRS培养基中活化备用；将菌株YACE-3接入1环于醋酸菌固体培养基定量备用。
(3)将高温灭菌处理过(121℃、30分钟)的微生物除臭菌剂发酵液体培养基定量备用，酵母菌种液体培养基配方为：蛋白胨10g、牛肉膏10g、葡萄糖20g、水1000mL、pH6.5-7.0；乳酸菌种液体培养基配方为：蛋白胨10g、牛肉膏10g、酵母膏5g、葡萄糖5g、乙酸钠5g、柠檬酸二铵2g、硫酸镁0.58g、磷酸氢二钾2g、水1000mL、pH6.0；醋酸菌种液体培养基配方为：乙醇30mL、酵母膏10g、葡萄糖10g、KH2PO40.5g、MgSO40.5g、水1000mL、pH6.5。
(4)将活化的菌种分别接入到液体培养基中振荡(30℃、160转/分钟)培养，其中YJM-2培养24小时，YACE-3培养72小时，YM-7培养72小时。
(5)将培养好的各菌液先计数调节为：YJM-2菌液浓度OD560nm＝1.0，YACE-3菌液浓度OD600nm＝1.0，YM-7菌液浓度OD600nm＝1.0；再将3菌液按YJM-2:YM-7:YACE-3＝4:4:1的体积比混合，即制备得到微生物处理菌剂。
液态微生物处理菌剂：活菌数大于等于10亿CFU/mL；pH5-7；悬液、颜色微黄、微酸、有酒香味。
实施例2
与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于3菌液按YJM-2:YM-7:YACE-3＝1：1：2的体积比混合。
液态微生物处理菌剂：活菌数大于等于10亿CFU/mL；pH5-7；悬液、颜色微黄、微酸、有酒香味。
实施例3
与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于3菌液按YJM-2:YM-7:YACE-3＝2：2：2的体积比混合。
液态微生物处理菌剂：活菌数大于等于10亿CFU/mL；pH5-7；悬液、颜色微黄、微酸、有酒香味。
实施例4
与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于3菌液按YJM-2:YM-7:YACE-3＝5：4：5的体积比混合。
液态微生物处理菌剂：活菌数大于等于10亿CFU/mL；pH5-7；悬液、颜色微黄、微酸、有酒香味。
二、微生物处理菌剂的应用
实施例5
向按化工行业标准HG/T2160-2008《冷却水动态模拟试验方法》中提出的“冷却水动态模拟试验装置”制作的循环冷却水模拟装置中，保有水量为50L，按保有水量的0.02％(质量比)添加实施例1所制得的菌剂，同时做不加菌剂的对照，测定结果如表1。
表1菌剂应用效果
| 测定指标 | 对照组 | 菌剂组 |
| 阻碳酸钙垢率(％) | 53.2 | 98.5 |
| 碳钢腐蚀率(mm/a) | 0.063 | 0.031 |
| 粘附速率(mg/cm2.月) | 12.3 | 5.6 |
由表1可知，添加微生物处理菌剂后，阻垢率由53.2％提高至98.5％，腐蚀率由0.063降低为0.031，粘附速率由12.3降低为5.6，其中循环冷却水浓缩倍数由2.3提高到8.5，可节约大量用水。
实施例6
在邛崃市选一合成氨厂循环冷却水系统，循环水总量10000m3/小时，控制循环浓缩倍数为3.0，补充水量为240m3/小时，按循环水总量的0.01％(质量比)添加实施例2制得的菌剂，测定结果如表2。
表2菌剂应用效果
| 测定指标 | 原系统 | 加菌剂系统 |
| 阻碳酸钙垢率(％) | 46.3 | 87.9 |
| 碳钢腐蚀率(mm/a) | 0.074 | 0.048 |
| 粘附速率(mg/cm2.月) | 13.4 | 7.4 |
由表2可知，添加微生物处理菌剂后，阻垢率由46.3％提高至87.9％，腐蚀率由0.074降低为0.048，粘附速率由13.4降低为7.4，菌剂的添加可节约大量用水。
实施例7
在邛崃市选一合成氨厂循环冷却水系统，循环水总量10000m3/小时，控制循环浓缩倍数为6.0，补充水量为192m3/小时，按循环水总量的0.05％(质量比)添加实施例3制得的菌剂，测定结果如表3。
表3菌剂应用效果
| 测定指标 | 原系统 | 加菌剂系统 |
| 阻碳酸钙垢率(％) | 32.7 | 73.4 |
| 碳钢腐蚀率(mm/a) | 0.096 | 0.062 |
| 粘附速率(mg/cm2.月) | 16.7 | 9.8 |
由表3可知，添加微生物处理菌剂后，阻垢率由32.7％提高至73.4％，腐蚀率由0.054降低为0.041，粘附速率由16.7降低为9.8，菌剂的添加可节约大量用水。
实施例8
在邛崃市选一合成氨厂循环冷却水系统，循环水总量10000m3/小时，控制循环浓缩倍数为10.0，补充水量为177.8m3/小时，按循环水总量的0.1％(质量比)添加实施例4制得的菌剂，测定结果如表4。
表4菌剂应用效果
| 测定指标 | 原系统 | 加菌剂系统 |
| 阻碳酸钙垢率(％) | 16.3 | 62.4 |
| 碳钢腐蚀率(mm/a) | 0.124 | 0.078 |
| 粘附速率(mg/cm2.月) | 19.4 | 11.7 |
由表4可知，添加微生物处理菌剂后，阻垢率由16.3％提高至62.4％，腐蚀率由0.124降低为0.078，粘附速率由19.4降低为11.7，菌剂的添加可节约大量用水。
Claims (5)
1.一种处理循环冷却水的微生物菌剂，其特征在于：该菌剂含有保藏号为CGMCCNO.9494的库德里阿兹威氏毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)YJM-2、保藏号为CGMCCNO.9493的罗旺醋杆菌(Acetobacter lovaniensis)YACE-3、保藏号为CGMCC NO.9495的乳杆菌(Lactobacillus sp.)YM-7。
2.如权利要求1所述的处理循环冷却水的微生物菌剂，其特征在于：所述各菌株培养、计数调节后的菌液按库德里阿兹威氏毕赤酵母CGMCC NO.9494：罗旺醋杆菌CGMCCNO.9493：乳杆菌CGMCC NO.9495＝1～5：1～5：1～4的体积比混合。
3.一种处理循环冷却水的微生物菌剂的制备方法，其特征在于：
(1)将权利要求1中所述的YJM-2菌株、YACE-3菌株和YM-7菌株分别接种于固体培养基活化备用；
(2)将活化后的菌株分别接入灭菌处理过的液体培养基中培养，其中YJM-2培养24小时，YACE-3培养72小时，YM-7培养72小时；
(3)将培养好的各菌液先计数调节为：YJM-2菌液浓度OD560nm＝1.0，YACE-3菌液浓度OD600nm＝1.0，YM-7菌液浓度OD600nm＝1.0；再将3菌液按库德里阿兹威氏毕赤酵母CGMCCNO.9494：罗旺醋杆菌CGMCC NO.9493：乳杆菌CGMCC NO.9495＝1～5∶1～5∶1～4的体积比混合，即制得液态微生物菌剂。
4.如权利要求3所述的处理循环冷却水的微生物菌剂的制备方法，其特征在于，罗旺醋杆菌液体培养基为：乙醇30-35mL、酵母膏10g、葡萄糖10g、KH2PO4 0.5g、MgSO4 0.5g、水1000mL、pH 6.5。
5.如权利要求1或2所述的微生物菌剂处理循环冷却水的用途，其特征在于：直接投加菌剂到循环冷却水池中，以质量比计，每月的菌剂投加量为系统保有水量的0.01％-0.1％。
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