CN105671087A - 一种生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法 - Google Patents

一种生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法，包括如下步骤：S1、将稻草秸秆粉碎、过筛，然后用酒精杀菌，去除杂质后添加生物废弃物混合均匀，升温后保温，粉碎，烘干，冷却至室温后加入氢氧化钠溶液，升温后保温，残渣水洗至中性，烘干冷却至室温得到物料a；S2、选取菌株：选取纤维素降解菌、蛋白质降解菌和产絮菌；S3、制备产絮菌种子培养基；S4、发酵：将纤维素降解菌和蛋白质降解菌经过加入物料a中，摇床发酵，然后加入产絮菌，常温发酵得到微生物絮凝剂。本发明制备得到的微生物絮凝剂产量高，质量高，无二次污染，符合环保的要求。

Description

一种生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法
技术领域
本发明涉及絮凝剂，尤其涉及一种生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法。
背景技术
微生物絮凝剂(microflocculant)又称沉降剂，是一类可使溶液中不易沉降的固体悬浮颗粒聚集、沉淀的物质，主要成分是微生物产生的有絮凝活性的高分子代谢产物，其主要成分有多糖、糖蛋白、蛋白质、纤维素和DNA等，具有絮凝活性高、生物降解性强、安全无毒、无二次污染等特点，成为国内外新型水处理剂研究和开发的热点。目前絮凝沉降技术己被广泛应用于给水、废水处理和污泥脱水等领域，絮凝效果主要取决于絮凝剂的选择。传统的絮凝剂主要分为三种，无机絮凝剂，合成高分子絮凝剂和天然高分子絮凝剂，这些微生物都各有其优缺点，但它们在使用过程中的不安全性和对环境造成的二次污染越来越受到人们的关注。
微生物絮凝剂是对筛选到的产絮凝剂的微生物在特定的培养基中进行培养后，微生物分泌到胞外的具有絮凝活性的物质，其组成与天然高分子絮凝剂相似，以多糖、蛋白质为主，还含有脂类、纤维素、DNA等物质。微生物絮凝剂是一种安全、无毒、易降解、不产生二次污染的絮凝剂，使用微生物絮凝剂进行絮凝，易于实现固液分离，因此具有很好的开发前景。
现有技术中生产微生物絮凝剂的成本高，产量低，且环保性差，无法满足实际生产中的需求，因此亟需开发微生物絮凝剂的高产高质量的环保培养方法。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法，产量高，质量高，无二次污染，符合环保的要求。
本发明提出的一种生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法，包括如下步骤：
S1、将稻草秸秆粉碎、过筛，然后用酒精杀菌，去除杂质后添加生物废弃物混合均匀，升温至60-70℃，保温5-15h，然后粉碎成20-40目物料，于70-90℃烘干，冷却至室温后加入氢氧化钠溶液，升温至80-90℃，保温80-100min，残渣水洗至中性，烘干冷却至室温得到物料a；
S2、选取菌株：选取纤维素降解菌、蛋白质降解菌和产絮菌；
S3、培养基制备：产絮菌种子培养基按如下工艺制备：将葡萄糖、K2HPO4、KH2PO4、MgSO4·7H2O、尿素、鱼粉废水、甘蔗渣、鸡毛、牛血、豆饼、NaCl、酵母膏和蒸馏水混合均匀，调节pH值为6.5-8.5，灭菌后冷却至室温得到产絮菌种子培养基；
S4、发酵：将纤维素降解菌和蛋白质降解菌经过加入物料a中，于30-35℃摇床发酵3-5d，然后加入产絮菌，常温发酵58-62h得到微生物絮凝剂。
优选地，S1中，稻草秸秆、生物废弃物和氢氧化钠溶液的重量比为2-4：6-9：16-32。
优选地，S1中，生物废弃物为动物粪便或动物尸体残骸。
优选地，S1中，氢氧化钠溶液的质量分数为0.5-1.5%。
优选地，S2中，纤维素降解菌为木糖无色杆菌反硝化亚种产絮菌；蛋白质降解菌为芽孢杆菌；产絮菌为球形芽孢杆菌或放射根瘤菌。
优选地，S3中，产絮菌种子培养基按如下工艺制备：按重量份将2-8份葡萄糖、1-4份K2HPO4、2-5份KH2PO4、3-5份MgSO4·7H2O、1-5份尿素、2-6份鱼粉废水、1-4份甘蔗渣、3-5份鸡毛、2-4份牛血、1-3份豆饼、2-5份NaCl、1-4份酵母膏和2-6份蒸馏水混合均匀，调节pH值为6.5-8.5，109-114℃灭菌20-40min，冷却至室温得到产絮菌种子培养基。
优选地，S3中，产絮菌种子培养基按如下工艺制备：按重量份将5份葡萄糖、2.5份K2HPO4、3.5份KH2PO4、4份MgSO4·7H2O、3份尿素、4份鱼粉废水、2.5份甘蔗渣、4份鸡毛、3份牛血、2份豆饼、3.5份NaCl、2.5份酵母膏和4份蒸馏水混合均匀，调节pH值为7.5，111.5℃灭菌30min，冷却至室温得到产絮菌种子培养基。
优选地，S3中，摇床转速为130-150r/min。
本发明将稻草秸秆粉碎后与生物废弃物混合制成培养物料，并将培养基培养的纤维素降解酶和蛋白质降解酶投入其中，作为本发明产絮菌的氮元素和碳元素物料的来源，价廉易得，来源广泛，大幅度降低了微生物絮凝剂生产成本，实现了废物的综合利用，且制备过程不产生废水；产絮菌种子培养基以葡萄糖、K2HPO4、KH2PO4、MgSO4·7H2O、尿素和鱼粉废水作为氮元，以甘蔗渣、鸡毛、牛血、豆饼、NaCl、酵母膏和蒸馏水作为碳源，能够有效提高了微生物絮凝剂的产量和质量；本发明克服了现有生物絮凝剂开发中存在的生产成本高、絮凝活性低以及某些生物絮凝剂还需要与无机絮凝剂配合使用才能发挥较好效果等不足，提供了一种新的生物絮凝剂及其优异的制备工艺。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
实施例1
本发明提出的一种生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法，包括如下步骤：
S1、按重量份将3份稻草秸秆粉碎、过筛，然后用酒精杀菌，去除杂质后添加6-9份生物废弃物混合均匀，升温至65℃，保温10h，然后粉碎成30目物料，于80℃烘干，冷却至室温后加入24份质量分数为1.0%的氢氧化钠溶液，升温至85℃，保温90min，残渣水洗至中性，烘干冷却至室温得到物料a；
S2、选取菌株：选取纤维素降解菌、蛋白质降解菌和产絮菌；纤维素降解菌为木糖无色杆菌反硝化亚种产絮菌；蛋白质降解菌为芽孢杆菌；产絮菌为球形芽孢杆菌；
S3、培养基制备：产絮菌种子培养基按如下工艺制备：按重量份将5份葡萄糖、2.5份K2HPO4、3.5份KH2PO4、4份MgSO4·7H2O、3份尿素、4份鱼粉废水、2.5份甘蔗渣、4份鸡毛、3份牛血、2份豆饼、3.5份NaCl、2.5份酵母膏和4份蒸馏水混合均匀，调节pH值为7.5，111.5℃灭菌30min，冷却至室温得到产絮菌种子培养基；
S4、发酵：将纤维素降解菌和蛋白质降解菌经过加入物料a中，于32.5℃摇床发酵4d，摇床转速为140r/min，然后加入产絮菌，常温发酵60h得到微生物絮凝剂。
实施例2
本发明提出的一种生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法，包括如下步骤：
S1、按重量份将2份稻草秸秆粉碎、过筛，然后用酒精杀菌，去除杂质后添加9份生物废弃物混合均匀，升温至60℃，保温15h，然后粉碎成20目物料，于90℃烘干，冷却至室温后加入16份质量分数为1.5%的氢氧化钠溶液，升温至80℃，保温100min，残渣水洗至中性，烘干冷却至室温得到物料a；
S2、选取菌株：选取纤维素降解菌、蛋白质降解菌和产絮菌；纤维素降解菌为木糖无色杆菌反硝化亚种产絮菌；蛋白质降解菌为芽孢杆菌；产絮菌为放射根瘤菌；
S3、培养基制备：产絮菌种子培养基按如下工艺制备：按重量份将2份葡萄糖、4份K2HPO4、2份KH2PO4、5份MgSO4·7H2O、1份尿素、6份鱼粉废水、1份甘蔗渣、5份鸡毛、2份牛血、3份豆饼、2份NaCl、4份酵母膏和2份蒸馏水混合均匀，调节pH值为8.5，109℃灭菌40min，冷却至室温得到产絮菌种子培养基；
S4、发酵：将纤维素降解菌和蛋白质降解菌经过加入物料a中，于30℃摇床发酵5d，摇床转速为130r/min，然后加入产絮菌，常温发酵62h得到微生物絮凝剂。
实施例3
本发明提出的一种生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法，包括如下步骤：
S1、按重量份将4份稻草秸秆粉碎、过筛，然后用酒精杀菌，去除杂质后添加6份生物废弃物混合均匀，升温至70℃，保温5h，然后粉碎成40目物料，于70℃烘干，冷却至室温后加入32份质量分数为0.5%的氢氧化钠溶液，升温至90℃，保温80min，残渣水洗至中性，烘干冷却至室温得到物料a；
S2、选取菌株：选取纤维素降解菌、蛋白质降解菌和产絮菌；纤维素降解菌为木糖无色杆菌反硝化亚种产絮菌；蛋白质降解菌为芽孢杆菌；产絮菌为球形芽孢杆菌；
S3、培养基制备：产絮菌种子培养基按如下工艺制备：按重量份将8份葡萄糖、1份K2HPO4、5份KH2PO4、3份MgSO4·7H2O、5份尿素、2份鱼粉废水、4份甘蔗渣、3份鸡毛、4份牛血、1份豆饼、5份NaCl、1份酵母膏和6份蒸馏水混合均匀，调节pH值为6.5，114℃灭菌20min，冷却至室温得到产絮菌种子培养基；
S4、发酵：将纤维素降解菌和蛋白质降解菌经过加入物料a中，于35℃摇床发酵3d，摇床转速为150r/min，然后加入产絮菌，常温发酵58h得到微生物絮凝剂。
实施例4
本发明提出的一种生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法，包括如下步骤：
S1、按重量份将2.5份稻草秸秆粉碎、过筛，然后用酒精杀菌，去除杂质后添加8份生物废弃物混合均匀，升温至62℃，保温12h，然后粉碎成25目物料，于85℃烘干，冷却至室温后加入17份质量分数为1.2%的氢氧化钠溶液，升温至82℃，保温95min，残渣水洗至中性，烘干冷却至室温得到物料a；
S2、选取菌株：选取纤维素降解菌、蛋白质降解菌和产絮菌；纤维素降解菌为木糖无色杆菌反硝化亚种产絮菌；蛋白质降解菌为芽孢杆菌；产絮菌为放射根瘤菌；
S3、培养基制备：产絮菌种子培养基按如下工艺制备：按重量份将3份葡萄糖、3份K2HPO4、3份KH2PO4、4.5份MgSO4·7H2O、2份尿素、5份鱼粉废水、2份甘蔗渣、4.5份鸡毛、2.5份牛血、2.5份豆饼、3份NaCl、3份酵母膏和3份蒸馏水混合均匀，调节pH值为8.2，110℃灭菌35min，冷却至室温得到产絮菌种子培养基；
S4、发酵：将纤维素降解菌和蛋白质降解菌经过加入物料a中，于31℃摇床发酵4.5d，摇床转速为135r/min，然后加入产絮菌，常温发酵61h得到微生物絮凝剂。
实施例5
本发明提出的一种生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法，包括如下步骤：
S1、按重量份将2.5份稻草秸秆粉碎、过筛，然后用酒精杀菌，去除杂质后添加8份生物废弃物混合均匀，升温至62℃，保温12h，然后粉碎成25目物料，于85℃烘干，冷却至室温后加入17份质量分数为1.2%的氢氧化钠溶液，升温至82℃，保温95min，残渣水洗至中性，烘干冷却至室温得到物料a；
S2、选取菌株：选取纤维素降解菌、蛋白质降解菌和产絮菌；纤维素降解菌为木糖无色杆菌反硝化亚种产絮菌；蛋白质降解菌为芽孢杆菌；产絮菌为放射根瘤菌；
S3、培养基制备：产絮菌种子培养基按如下工艺制备：按重量份将7份葡萄糖、2份K2HPO4、4份KH2PO4、3.5份MgSO4·7H2O、4份尿素、3份鱼粉废水、3份甘蔗渣、3.5份鸡毛、3.5份牛血、1.5份豆饼、4份NaCl、2份酵母膏和5份蒸馏水混合均匀，调节pH值为6.8，113℃灭菌25min，冷却至室温得到产絮菌种子培养基；
S4、发酵：将纤维素降解菌和蛋白质降解菌经过加入物料a中，于34℃摇床发酵3.5d，摇床转速为145r/min，然后加入产絮菌，常温发酵59h得到微生物絮凝剂。
2015年3月，将上述实施例1-实施例5中的微生物絮凝剂的制备方法运用到微生物絮凝剂的发酵生产中进行比较试验，并设置空白对照组，空白对照组为常规微生物絮凝剂的培养方法，发酵完成后，采用乙醇沉淀法进行絮凝干物质的提取，统计每百升发酵液生产的絮凝剂的产量，得到如下表1数据。
对絮凝剂进行定性定量分析，确定此絮凝剂主要含有糖和蛋白质，其中糖约占总物质的51%，蛋白质约占2.6%，另外还含有氨基糖约0.4%，葡萄糖醛酸约1.3%，实施例与对照无明显差异。通过上述表1数据得到，通过本发明提供的微生物絮凝剂的培养方法得到的絮凝剂，在保证品质的前提下，产量较常规生产方法有了显著的提高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将稻草秸秆粉碎、过筛，然后用酒精杀菌，去除杂质后添加生物废弃物混合均匀，升温至60-70℃，保温5-15h，然后粉碎成20-40目物料，于70-90℃烘干，冷却至室温后加入氢氧化钠溶液，升温至80-90℃，保温80-100min，残渣水洗至中性，烘干冷却至室温得到物料a；
S2、选取菌株：选取纤维素降解菌、蛋白质降解菌和产絮菌；
S3、培养基制备：产絮菌种子培养基按如下工艺制备：将葡萄糖、K2HPO4、KH2PO4、MgSO4·7H2O、尿素、鱼粉废水、甘蔗渣、鸡毛、牛血、豆饼、NaCl、酵母膏和蒸馏水混合均匀，调节pH值为6.5-8.5，灭菌后冷却至室温得到产絮菌种子培养基；
S4、发酵：将纤维素降解菌和蛋白质降解菌经过加入物料a中，于30-35℃摇床发酵3-5d，然后加入产絮菌，常温发酵58-62h得到微生物絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法，其特征在于，S1中，稻草秸秆、生物废弃物和氢氧化钠溶液的重量比为2-4：6-9：16-32。
3.根据权利要求1或2所述的生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法，其特征在于，S1中，生物废弃物为动物粪便或动物尸体残骸。
4.根据权利要求1-3任一项所述的生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法，其特征在于，S1中，氢氧化钠溶液的质量分数为0.5-1.5%。
5.根据权利要求1-4任一项所述的生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法，其特征在于，S2中，纤维素降解菌为木糖无色杆菌反硝化亚种产絮菌；蛋白质降解菌为芽孢杆菌；产絮菌为球形芽孢杆菌或放射根瘤菌。
6.根据权利要求1-5任一项所述的生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法，其特征在于，S3中，产絮菌种子培养基按如下工艺制备：按重量份将2-8份葡萄糖、1-4份K2HPO4、2-5份KH2PO4、3-5份MgSO4·7H2O、1-5份尿素、2-6份鱼粉废水、1-4份甘蔗渣、3-5份鸡毛、2-4份牛血、1-3份豆饼、2-5份NaCl、1-4份酵母膏和2-6份蒸馏水混合均匀，调节pH值为6.5-8.5，109-114℃灭菌20-40min，冷却至室温得到产絮菌种子培养基。
7.根据权利要求1-6任一项所述的生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法，其特征在于，S3中，产絮菌种子培养基按如下工艺制备：按重量份将5份葡萄糖、2.5份K2HPO4、3.5份KH2PO4、4份MgSO4·7H2O、3份尿素、4份鱼粉废水、2.5份甘蔗渣、4份鸡毛、3份牛血、2份豆饼、3.5份NaCl、2.5份酵母膏和4份蒸馏水混合均匀，调节pH值为7.5，111.5℃灭菌30min，冷却至室温得到产絮菌种子培养基。
8.根据权利要求1-7任一项所述的生物废弃物制备微生物絮凝剂的方法，其特征在于，S3中，摇床转速为130-150r/min。
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