CN106520611B - 处理高盐难降解有机废水的高效复合生物菌剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种处理高盐难降解有机废水的复合生物菌剂及其应用。本发明的复合生物菌剂是由产碱菌Z‑1、多食鞘氨醇杆菌P‑3和耐盐活性污泥组成所述各组分菌种所占体积比例为：产碱菌Z‑1为15‑45％，多食鞘氨醇杆菌P‑3为20‑35％，耐盐活性污泥为10‑40％。本高效复合生物菌剂能将含盐量为1％～3％，COD为3200～7200mg/L的有机废水经过24～48h好氧处理，出水COD达到500mg/L以下；800～3200mg/L的有机废水经过24～36h好氧处理，出水COD达到120mg/L以下。

Description

处理高盐难降解有机废水的高效复合生物菌剂及其应用
技术领域
本发明属于废水处理领域，涉及了一种处理高盐难降解有机废水的微生物复合菌剂，尤其是降解含聚丙烯酰胺、聚磺类、苯以及苯的同系物等有机废水的一种高效复合生物菌剂。
背景技术
我国石油和化工行业每年产生大量的高含盐难降解有机废水，这类废水往往具有盐含量高，聚合物浓度高、成分复杂、难降解等特点，由于长期以来缺乏技术可行、经济合理的处理办法，造成企业投入高、治理难度大等一系列突出问题，而且此类废水直接排放会对地表水、地下水、土壤、植物和生态环境造成严重污染，对企业的生存和发展造成了严重的负面影响，也成为社会、公众和政府部门高度关注的问题。
高含盐难降解有机废水的处理是国内外一大难题，目前对其处理主要有化学混凝法、催化氧化、吸附和焚烧等技术。这些工艺存在化学药剂消耗量大，处理费用高等缺陷。
生物法处理废水具有处理成本低，效果好等优势。但高含盐难降解有机废水盐度高，微生物一般会脱水失活；且废水中聚合物分子量大，结构复杂，性质稳定难以被微生物分解，当其在微生物细胞膜表面沉积时，会阻塞细胞间孔隙，导致膜压力增加，形成膜污染，对微生物活性有一定影响。因而利用生物法处理高含盐难降解有机废水有一定的困难。
发明内容
针对以上高盐难降解有机废水处理的不足，本发明的目的是研发一种处理高盐难降解有机废水的高效复合生物菌剂，利用复合菌剂中不同细菌产生的酶在降解有机物过程中的互补和协同效应，实现生物处理高含盐难降解有机废水的目标。
本发明一种处理高盐难降解有机废水的高效复合生物菌剂，是由产碱菌Z-1、多食鞘氨醇杆菌P-3和耐盐活性污泥组成，所述各组分菌种所占体积比例为：产碱菌Z-1为15-45％，多食鞘氨醇杆菌P-3为20-35％，耐盐活性污泥为10-40％；
其中产碱菌Z-1为降解聚丙烯酰胺、聚磺类等大分子聚合物的一种高效细菌，属于产碱菌属(Alcaligenes sp.)，在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.12585；
多食鞘氨醇杆菌P-3，为打开苯以及苯的同系物环状结构的一种高效细菌，属于多食鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium multivorum)，在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.12584。
耐盐活性污泥优选为包含假单胞菌、球菌、放线菌、芽孢杆菌、嗜盐菌中的一种或多种细菌组成的耐盐活性污泥。
本发明还提供了一种上述处理高盐难降解有机废水的高效复合生物菌剂的制备方法，包括接种培养产碱菌Z-1、多食鞘氨醇杆菌P-3和耐盐活性污泥，发酵后低温真空干燥，按照比例配制得到。
本发明还进一步提供了一种上述复合生物菌剂在处理高盐难降解有机废水中的应用。
上述高效复合生物菌剂在处理高盐难降解有机废水时，优选在高盐难降解有机废水中投加生长促进剂，所述生产促进剂选自单糖、小分子有机酸、醇类其中一种或多种。所述的生长促进剂的投加量提供的COD优选为高盐难降解有机废水COD的0.5％-5％。
所述的高效复合生物菌剂使用前，应加入自来水中曝气活化0.5-1h；其中所述高效复合生物菌剂量/水量优选为0.1wt‰～1wt‰。
发明原理
产碱菌Z-1是从钻井废水储池底泥中分离筛选的一种能降解聚丙烯酰胺、聚磺类等大分子有机物的细菌。Z-1在电导为15000～38000us/cm的高盐废水生存环境，首先产生对聚合物具有一定降解能力的生物水解酶，首先进攻聚合物的侧链，对其进行脱链分解，利用分解过程产生的碳源和氮源、硫源维持提供自身生长所需。待侧链分解后，主链裸露再外，Z-1会分泌单加氧酶的作用下，使聚合物主链逐渐被断开，断裂为分子量较小的物质，从而使微生物利用聚合大分子作为碳源成为可能。经过一系列多重微生物酶参与的氧化反应长链的聚丙烯酰胺就被断裂成短链，比较短的分子链进一步被微生物利用从而产生了乙酸，从而聚丙烯酰胺、聚磺类等大分子聚合物被微生物所利用，在微生物利用有机物维持自身生长繁殖过程中，达到废水COD被降解的目的。
多食鞘氨醇杆菌P-3属于多食鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium multivorum)，是一种能打开苯以及苯的同系物环状结构的高效细菌。其主要作用是打开苯以及苯的同系物的环状结构，将难以降解的环状有机物变为容易降解的链状有机物，提高废水可生化性。
耐盐活性污泥属于假单胞菌、球菌、放线菌、芽孢杆菌、嗜盐菌等多种细菌组成的耐盐活性污泥。其作用主要有：一方面打开长链有机物中的碳碳键，将长链有机物分解为短链有机物；将醛类、羧酸类、脂类等有机物彻底氧化分解，降解一部分短链的容易降解的有机物等；另一方面利用耐盐菌分泌的胞外酶，对Z-1、P-3微生物起到一定的保护作用，防止其脱水失活，另一方面耐盐活性污泥还可以，提高菌剂处理废水的能力。
高含盐难降解有机废水中，高盐对微生物有一定的毒性，传统活性污泥法污泥驯化时间，而且受冲击后恢复比较困难。本发明的高效复合生物菌剂投加到废水中，首先利用各微生物在不同有机物降解的协同作用，将各种难降解有机物脱氮脱硫开环断链等，分解成容易降解物质，然后被微生物分解利用，最终变为二氧化碳和水，达到无害化的目的。其次，本高效复合生物菌剂加入废水中，还可以提高原生物系统对废水水质的抵抗性，极大的改善出水水质。
本发明与现有技术相比，其优势在于，本发明高效复合生物菌剂含有多种微生物，配比合理，可以处理多种高含盐难降解有机废水，实现了微生物处理高含盐难降解有机废水的目标，使此类有机废水处理的成本降低了原来的1/4-1/2；物化法处理高含盐难降解有机废水产生的固废比较多，可能会造成二次污染，微生物法处理废水就极大的减小了二次污染的风险；微生物复合菌剂的使用，提高了微生物处理系统对废水冲击的抵抗力，当受到冲击以后，加入高效复合生物菌剂能迅速的恢复正常水平。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做进一步详细描述。
实例1:复合菌剂的制备方法以及在处理钻井废水中的应用。
1.生物学特性
Z-1为单球菌，革兰氏阴性菌。在固体培养基上，菌落呈圆形，白色，光滑，湿润有光泽，边缘整齐，不粘。
P-3为棒状杆菌，革兰氏阴性菌。在固体培养基上，菌落呈凸起状，边缘整齐，有光泽。
2.对菌株Z-1、P-3 16S rDNA鉴定，具体步骤如下：
1)菌株Z-1 16S rDNA鉴定
正向引物F1：5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’，反向引物R1：5’-GGTTACCTTGTTACGACTT-3’，进行DNA扩增(PCR)。PCR反应条件：95℃预变性5min，95℃变性30s，58℃退火30s，72℃延伸90s，35个循环，72℃最终延伸10min，4℃保存。PCR产物用0.8％的琼脂糖凝胶分离，纯化与回收后测序。所测序列使用NCBIBlast比对分析，确定菌株Z-1从属于产碱菌(Alcaligenes sp.)。
产碱菌(Alcaligenes sp.)Z-1的16S rDNA序列见附图1，该菌株已于2016年6月2日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏编号为CGMCC No.12585。
2)菌株P-3 16S rDNA鉴定
正向引物F1：5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’，反向引物R1：5’-GGTTACCTTGTTACGACTT-3’，进行DNA扩增(PCR)。PCR反应条件：95℃预变性5min，95℃变性30s，58℃退火30s，72℃延伸90s，35个循环，72℃最终延伸10min，4℃保存。PCR产物用0.8％的琼脂糖凝胶分离，纯化与回收后测序。所测序列使用NCBIBlast比对分析，确定菌株P-3从属于多食鞘氨醇杆菌(Sphingobacterium multivorum)。
多食鞘氨醇杆菌(Sphingobacterium multivorum)P-3 16S rDNA序列见附图2，该菌株已于2016年6月2日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏编号为CGMCC No.12584。
3.本发明Z-1、P-3菌株的培养方法，包括如下步骤：
1)Z-1菌株的培养
A.种子液的制备
a)固体培养基：牛肉膏：10g，蛋白胨：10g，NaCl：5g，葡萄糖：10g，蒸馏水：1000ml，琼脂粉：18g，pH：7.0-7.2；
b)液体培养基：牛肉膏：10g，蛋白胨：10g，NaCl：5g，葡萄糖：10g，蒸馏水：1000ml，pH：7.0-7.2；
c)将上述培养基高温蒸气(121℃，30min)灭菌后，在超净台中倒于灭菌的平板上，培养基凝固后待用；
d)将菌Z-1通过划线的方法接种于上述平板上，将平板倒置于30℃培养箱培养24～36h待菌落长出；
e)用接种环取平板上的生长良好的Z-1菌落刮下，接种于液体培养基中，三角瓶装液量为60％，在温度30℃、120rpm、培养时间24～36h至对数生长期，获得种子液。
B.发酵罐发酵
a)发酵液体培养基配方为：葡萄糖15g/L，KH2PO4 5g/L，(NH4)2HPO4 6g/L，柠檬酸0.9g/L，酵母膏19.5g/L，微量元素溶液5mL，消泡剂0.1％，蒸馏水1000mL，调节pH至7.0。微量元素溶液组成为：FeSO4·7H2O 10g/L，ZnSO4·7H2O 5.25g/L，CuSO4·5H2O3g/L，H3BO30.3g/L，CoCl2.6H2O 0.04g，CaCl2 2.0g/L，Na 2MoO4·2H2O 0.15g/L，蒸馏水1000mL，pH7.0。
b)将上述培养获得的Z-1种子液，按照发酵液总量2％～5％的接种量移至发酵罐，进行发酵培养，条件为：罐温30℃，罐压0.03MPa，通气量1:1V/V/min，搅拌速度150rpm、发酵时间12～18h，使发酵液中菌浓度为3×109CFU/mL；
C.菌剂的保存
将上述获得的发酵菌液静置沉淀，浓缩3～5倍，制成液态菌剂，至于4℃环境中保存保存。
2)P-3菌株的培养
A.种子液的制备
a)固体培养基：牛肉膏：10g，蛋白胨：10g，NaCl：5g，蒸馏水：1000ml，琼脂粉：18g，pH：7.0-7.2；
b)液体培养基：牛肉膏：10g，蛋白胨：10g，NaCl：5g，蒸馏水：1000ml，pH：7.0-7.2；
c)将上述培养基高温蒸气(121℃，30min)灭菌后，在超净台中倒于灭菌的平板上，培养基凝固后待用；
d)将菌P-3通过划线的方法接种于上述平板上，将平板倒置于30℃培养箱培养18～32h待菌落长出；
e)用接种环取平板上的生长良好的P-3菌落刮下，接种于液体培养基中，三角瓶装液量为60％，在温度30℃、120rpm、培养时间18～24h至对数生长期，获得种子液。
B.发酵罐发酵
a)发酵液体培养基配方为：葡萄糖15g/L，KH2PO4 5g/L，(NH4)2HPO4 6g/L，柠檬酸0.9g/L，酵母膏19.5g/L，微量元素溶液5mL，消泡剂0.1％，蒸馏水1000mL，调节pH至7.0。微量元素溶液组成为：FeSO4·7H2O 10g/L，ZnSO4·7H2O 5.25g/L，CuSO4·5H2O 3g/L，H3BO30.3g/L，CoCl2.6H2O 0.04g，CaCl2 2.0g/L，Na2MoO4·2H2O 0.15g/L，蒸馏水1000mL，pH 7.0。
b)将上述培养获得的P-3种子液，按照发酵液总量2％～5％的接种量移至发酵罐，进行发酵培养，条件为：罐温30℃，罐压0.03MPa，通气量1:1V/V/min，搅拌速度150rpm、发酵时间12～18h，使发酵液中菌浓度为3×109CFU/mL；
C.菌剂的保存
将上述获得的发酵菌液静置沉淀，浓缩3～5倍，制成液态菌剂，至于4℃环境中保存保存。
4.复合菌剂的配制
分别将发酵得到的Z-1菌和P-3菌经过曝气半个小时，进行活化，然后与耐盐活性污泥按照一定比例混合，配置成复合菌剂。具体混合比例依据现在试验效果为准。
5.复合菌剂处理某平台钻井废水
钻井泥浆经过絮凝过滤处理后得钻井废水，含盐量为2.5％，电导为32.6ms/cm，COD为7165mg/L，使用高效复合生物菌剂进行好氧处理。复合菌剂的配比为：Z-1为45％，P-3为25％，耐盐活性污泥为30％，复合菌剂处理废水投加量为0.8‰。经过48h生化好氧处理，出水COD达到472mg/L。每吨水运行成本不到2元，而且生物处理出水可以直接外排至城市污水管道。
实例2复合菌剂处理某化工废水
与实施例1不同的是复合菌剂处理某化工废水。化工废水含盐量为2％，电导为26.7ms/cm，原水COD为4960mg/L，利用高效复合生物菌剂进行好氧处理。复合菌剂菌剂配比为：Z-1为30％，P-3为35％，耐盐活性污泥为35％，复合菌剂投加量为0.5‰，经过28h后，出水达到387mg/L。
实例3复合菌剂处理某化工废水
与实施例1不同的是复合菌剂处理某化工废水。化工厂废水含盐量为1.36％，原系统接触好氧池进水COD为2480mg/L,停留时间30h，出水为284mg/L，受到冲击后，微生物系统崩溃，出水COD比进水COD高，达到了3110mg/L。半个月后COD仍然居高不下，原微生物系统恢复较慢，后开始连续投加使用高效复合生物菌剂。复合菌剂菌剂配比为：Z-1为30％，P-3为20％，耐盐活性污泥为40％，每天添加量为0.1‰，同时每天添加生长促进剂0.5‰，生长促进剂提供COD约100mg/L。2天后出水COD开始下降，8天出水达到了原有水平，菌剂和生长促进剂均停止投加，系统正常运行。15天后出水COD达到了106mg/L，比原接触好氧系统出水要低得多。
实例4复合菌剂处理某农药废水
与实施例1不同的是复合菌剂处理某农药废水。某农药厂废水，含盐量为2.8％，COD为1292mg/L，水量为1000m3/d，为高盐难降解有机废水，现场采用MBR进行生物处理，停留时间24h，出水COD大于850mg/L，效果不好。后投加高效复合生物菌剂，复合菌剂菌剂配比为：Z-1 25％，P-3为35％，耐盐活性污泥为40％，投加量为0.5‰，经过半个月连续投加，停止投加后能连续运行6个月以上，出水一直维持在140mg/L以下，COD去除率由原来的34.2％升高到了89.2％以上。

Claims (7)

1.一种处理高盐难降解有机废水的复合生物菌剂，其特征在于，是由产碱菌(Alcaligenes sp.)Z-1、多食鞘氨醇杆菌(Sphingobacterium multivorum)P-3和耐盐活性污泥组成，各组分所占体积比例为：产碱菌Z-1为15-45%，多食鞘氨醇杆菌P-3为20-35%，耐盐活性污泥为10-40%，各组分含量之和为百分之百；
其中产碱菌Z-1为降解大分子聚合物的一种高效细菌，保藏编号为CGMCC No.12585；
多食鞘氨醇杆菌 P-3为打开苯以及苯的同系物环状结构的一种高效细菌，保藏编号为CGMCC No.12584；耐盐活性污泥为包含假单胞菌、球菌、放线菌、芽孢杆菌、嗜盐菌中的一种或多种细菌组成的耐盐活性污泥。
2.一种权利要求1所述的处理高盐难降解有机废水的复合生物菌剂的制备方法，其特征在于：接种培养产碱菌Z-1、多食鞘氨醇杆菌P-3和耐盐活性污泥，发酵后低温真空干燥，按照比例配制得到。
3.一种根据权利要求1所述的复合生物菌剂在处理高盐难降解有机废水中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述的高盐难降解有机废水中投加生长促进剂，所述生长促进剂选自单糖、小分子有机酸、醇类其中一种或多种。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述的生长促进剂的投加量提供的COD为高盐难降解有机废水COD的0.5%-5%。
6.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述的复合生物菌剂使用前，应加入自来水中曝气活化0.5-1 h。
7.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述复合生物菌剂量/有机废水量为0.1wt‰～1wt‰。
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