CN106676038B - 一种脱氨氮的复合微生物菌剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脱氨氮的复合微生物菌剂，是由雷氏普罗威登斯菌、乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌按照5：2.5：1：5的体积比制得的。本发明还公开了该复合微生物菌剂在含氨氮废水处理中的应用。本发明的复合微生物菌剂通过四种菌的合理配合，再经过吸附法和包埋法相结合形成固定化细胞颗粒，显著增强复合微生物菌剂的氨氮降解能力及稳定性，在污水、河道景观水等处理工艺脱氮投放后即能形成优势菌群，处理时间短，迅速降低污水的氨氮指标，同时该复合微生物菌剂具有好氧反硝化的功能，亚硝酸盐和硝酸盐无积累，对COD也有较好的去除效果。

Description

一种脱氨氮的复合微生物菌剂及其应用
技术领域
本发明属于微生物环保领域，具体涉及一种脱氨氮的复合微生物菌剂及其应用。
背景技术
伴随着工业生产的发展及人们生活水平的提高，工业污水量及城市生活污水量以惊人的速度猛增，这些污水或已经或正在污染着人类赖以生存的江、河及湖泊，已构成威胁人类生存环境的原因之一，尤其是水体受到氮元素的污染。含氮化合物的过量排放，使原有的生态系统失衡，引起藻类大量繁殖，从而导致水体富营养化。因此氨氮的去除是污水处理的关键。
现有的污水处理方法中，如生化法、曝气增氧法、过滤法等，不仅投资大，占地面积大，运行费用高，且处理能力和处理效果不理想；再如单纯的混凝法，存在处理效果差，运行成本高，容易造成二次污染等问题。另外，现有的污水处理方法，大都存在着需要配套的管网系统以及如何回用中水等问题，我国大部分污水处理厂的BOD、COD和TP等都比较容易达标，但是总氮及氨氮处理达标很困难。因此，当务之急是要寻求一种行之有效的污水处理方法，以解决日趋严重的污水排放问题。
生物脱氮工艺是现代含氮废水处理常用的处理方法，具有成本低、环境污染小、有机氨氮工业废水和生活污水中氨氮降解效果更好等优点。传统生物脱氮一般包括两个过程：自养菌在好氧条件下的硝化过程和异养菌在缺氧或厌氧条件下的反硝化过程。这就要求反应装置中设置好氧和缺氧/厌氧阶段，装置庞大，此外传统生物脱氮工艺存在对高负荷有机物浓度敏感等许多难以克服的问题。相比之下，由于异养硝化菌具有菌株生长速度快、可利用底物更加广泛、环境适应能力强等优点，以异养硝化菌为主要功能性微生物的新型脱氮工艺获得更多的重视。
发明内容
本发明根据现有技术的不足，提供了一种脱氨氮的复合微生物菌剂。
本发明还提供了该复合微生物菌剂的应用。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种脱氨氮的复合微生物菌剂，是由雷氏普罗威登斯菌(Providenciarettgeri)、乳微杆菌(Microbacterium lactium)、德式乳杆菌(Lactobacillusdelbrueckii)和嗜粪红球菌(Rhodococcus coprophilus)按照5：2.5：1：5的体积比制得的。
所述雷氏普罗威登斯菌的活菌数为1-9×1010个/g，乳微杆菌的活菌数为1-9×107个/g，德式乳杆菌的活菌数为1-9×108个/g，嗜粪红球菌的活菌数为1-9×1010个/g。
所述复合微生物菌剂是由以下步骤制备得到的：
1)分别将雷氏普罗威登斯菌、乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌在各自的液体培养基上进行一级种子培养活化，得各菌的活化培养液；
所述培养条件为25-30℃下培养1-2天；
2)将各菌的活化培养液按照5-15％的接种量分别接种于各自的液体培养基上，于25-30℃条件下培养2-3天，分别至培养液中活菌数达到雷氏普罗威登斯菌1-9×1010个/g、乳微杆菌1-9×107个/g、德式乳杆菌1-9×108个/g、嗜粪红球菌1-9×1010个/g时停止培养，分别得雷氏普罗威登斯菌、乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌；
3)将步骤2)得到的雷氏普罗威登斯菌、乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌按照5：2.5：1：5的体积比混合，得复合菌；将复合菌离心去除上清液，将菌体加入2-3倍复合菌体积的无菌水，得复合菌悬液；
4)将复合菌悬液与浮石混合吸附12h，得吸附液；
5)将聚乙烯醇在80-90℃水浴加热搅拌至完全溶解，加入海藻酸钠混合均匀，静置冷却至30℃，得包埋剂；
6)将吸附液和包埋剂混合均匀，得混合载体；
7)以CaCl2饱和硼酸溶液为交联剂，将混合载体逐滴滴入交联剂中，形成固定化细胞颗粒，4℃交联24h，生理盐水清洗，4℃保存，得复合微生物菌剂；
所述CaCl2饱和硼酸溶液中CaCl2为5％。
所述雷氏普罗威登斯菌的培养基为异养硝化培养基；所述乳微杆菌和德式乳杆菌的培养基为牛肉膏蛋白胨培养基；所述嗜粪红球菌的培养基为M65培养基。
所述异养硝化培养基的配方为：(NH4)2SO40.5g，乙酸钠2g，维氏盐溶液50mL，蒸馏水1000mL；所述维氏盐溶液的配方为：K2HPO45g，MgSO4·7H2O2.5g，NaCl2.5g，FeSO4·7H2O0.05g，MnSO4·4H2O0.05g，蒸馏水1000mL；
所述牛肉膏蛋白胨培养基的配方为：牛肉膏5g，蛋白胨10g，NaCl 5g，蒸馏水1000mL；115℃，0.1Mp灭菌30min；
所述M65培养基的配方为：酵母粉4g，葡萄糖4g，麦芽提取物10g，蒸馏水1000mL。
所述复合菌悬液与浮石的质量比为10：3；所述浮石为80目天然浮石；所述聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为2：1。
所述吸附液和包埋剂的体积比为1：10；所述混合载体和交联剂的体积比为1：5。
所述复合微生物菌剂在含氨氮废水处理中的应用。
所述复合微生物菌剂的活菌数为5亿/g，在含氨氮废水中的接入量为0.5-15％，处理温度为25-35℃，pH6-10。
所述含氨氮废水的浓度为20-100mg/L。
本发明的雷氏普罗威登斯菌、乳微杆菌和嗜粪红球菌均购自中国普通微生物菌种保藏管理中心(地址：北京市朝阳区北辰西路1号院中科院微生物研究所)，其中雷氏普罗威登斯菌(Providencia rettgeri)编号为No.7544、乳微杆菌(Microbacterium lactium)编号为No.1.10475和嗜粪红球菌编号为No.4.1813(Rhodococcus coprophilus)；德式乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii)为常规市售菌种。
本发明的有益效果：
1.本发明的复合微生物菌剂通过四种菌的合理配合，再经过吸附法和包埋法相结合形成固定化细胞颗粒，显著增强复合微生物菌剂的氨氮降解能力及稳定性，在污水、河道景观水等处理工艺脱氮投放后即能形成优势菌群，处理时间短，迅速降低污水的氨氮指标，具有广阔的应用前景。
2.本发明的复合微生物菌剂的氨氮去除率可达99％以上，显著降低水体中的氨氮含量，改善水质状况，使废水达到排放标准，同时该复合微生物菌剂具有好氧反硝化的功能，亚硝酸盐和硝酸盐无积累，对COD也有较好的去除效果。
3.本发明的复合微生物菌剂使用方便，用量少。
附图说明
图1为本发明脱氨氮的复合微生物菌剂实物图。
图2为实施例1和对比例1-3复合微生物菌剂的氨氮降解图。
图3为实施例1和对比例1-3复合微生物菌剂的COD降解图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例1
一种脱氨氮的复合微生物菌剂，是由雷氏普罗威登斯菌、乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌按照5：2.5：1：5的体积比制得的。
所述复合微生物菌剂是由以下步骤制备得到的：
1)分别将雷氏普罗威登斯菌、乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌在各自的液体培养基上进行一级种子培养活化，得各菌的活化培养液；
所述培养条件为25-30℃下培养1-2天；
2)将各菌的活化培养液按照5-15％的接种量分别接种于各自的液体培养基上，于25-30℃条件下培养2-3天，分别至培养液中活菌数达到雷氏普罗威登斯菌1-9×1010个/g、乳微杆菌1-9×107个/g、德式乳杆菌1-9×108个/g、嗜粪红球菌1-9×1010个/g时停止培养，分别得雷氏普罗威登斯菌、乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌；
3)将步骤2)得到的雷氏普罗威登斯菌、乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌按照5：2.5：1：5的体积比混合，得复合菌；将复合菌离心去除上清液，将菌体加入2-3倍复合菌体积的无菌水，得复合菌悬液；
4)将复合菌悬液与浮石混合吸附12h，得吸附液；
5)将聚乙烯醇在80-90℃水浴加热搅拌至完全溶解，加入海藻酸钠混合均匀，静置冷却至30℃，得包埋剂；
6)将吸附液和包埋剂混合均匀，得混合载体；
7)以CaCl2饱和硼酸溶液为交联剂，将混合载体逐滴滴入交联剂中，形成固定化细胞颗粒，4℃交联24h，生理盐水清洗，4℃保存，得复合微生物菌剂；
所述CaCl2饱和硼酸溶液中CaCl2为5％。
所述雷氏普罗威登斯菌的培养基为异养硝化培养基；所述乳微杆菌和德式乳杆菌的培养基为牛肉膏蛋白胨培养基；所述嗜粪红球菌的培养基为M65培养基。
所述异养硝化培养基的配方为：(NH4)2SO40.5g，乙酸钠2g，维氏盐溶液50mL，蒸馏水1000mL；所述维氏盐溶液的配方为：K2HPO45g，MgSO4·7H2O2.5g，NaCl2.5g，FeSO4·7H2O0.05g，MnSO4·4H2O0.05g，蒸馏水1000mL；
所述牛肉膏蛋白胨培养基的配方为：牛肉膏5g，蛋白胨10g，NaCl5g，蒸馏水1000mL；115℃，0.1Mp灭菌30min；
所述M65培养基的配方为：酵母粉4g，葡萄糖4g，麦芽提取物10g，蒸馏水1000mL。
所述复合菌悬液与浮石的质量比为10：3；所述浮石为80目天然浮石；所述聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为2：1。
所述吸附液和包埋剂的体积比为1：10；所述混合载体和交联剂的体积比为1：5。
所述复合微生物菌剂在含氨氮废水处理中的应用。
所述复合微生物菌剂的活菌数为5亿/g，在含氨氮废水中的接入量为0.5-15％，处理温度为25-35℃，pH6-10。
所述含氨氮废水的浓度为20-100mg/L。
随机选取50颗复合微生物菌剂颗粒，用电子数显游标卡尺测其粒径约为5mm。
随机选取50颗复合微生物菌剂颗粒，滤干表面水分后称重，实验表明每颗复合微生物菌剂颗粒重量约为0.07g。
随机选取50颗复合微生物菌剂颗粒，加入50mL蒸馏水，置于摇床于30℃、300r/min条件下震荡，24h后观察颗粒没有出现破损，说明复合微生物菌剂的稳定性较好。
配制100mL浓度为1％的蓝墨水溶液，加入1g复合微生物菌剂，摇床震荡24h，以空白蒸馏水作为参比，测定吸附前后溶液在406nm处的吸光度，表明复合微生物菌剂传质性能较好。
对比例1
一种脱氨氮的复合微生物菌剂，是由雷氏普罗威登斯菌、乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌按照5：2.5：1：5的体积比制得的。
所述复合微生物菌剂是由以下步骤制备得到的：
1)分别将雷氏普罗威登斯菌、乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌在各自的液体培养基上进行一级种子培养活化，得各菌的活化培养液；
所述培养条件为25-30℃下培养1-2天；
所述雷氏普罗威登斯菌的培养基为异养硝化培养基；所述乳微杆菌和德式乳杆菌的培养基为牛肉膏蛋白胨培养基；所述嗜粪红球菌的培养基为M65培养基。
所述异养硝化培养基的配方为：(NH4)2SO40.5g，乙酸钠2g，维氏盐溶液50mL，蒸馏水1000mL；所述维氏盐溶液的配方为：K2HPO45g，MgSO4·7H2O2.5g，NaCl2.5g，FeSO4·7H2O0.05g，MnSO4·4H2O0.05g，蒸馏水1000mL；
所述牛肉膏蛋白胨培养基的配方为：牛肉膏5g，蛋白胨10g，NaCl5g，蒸馏水1000mL；115℃，0.1Mp灭菌30min；
所述M65培养基的配方为：酵母粉4g，葡萄糖4g，麦芽提取物10g，蒸馏水1000mL。
2)将各菌的活化培养液按照5-15％的接种量分别接种于各自的液体培养基上，于25-30℃条件下培养2-3天，分别至培养液中活菌数达到雷氏普罗威登斯菌1-9×1010个/g、乳微杆菌1-9×107个/g、德式乳杆菌1-9×108个/g、嗜粪红球菌1-9×1010个/g时停止培养，分别得雷氏普罗威登斯菌、乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌；
3)将步骤2)得到的雷氏普罗威登斯菌、乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌按照5：2.5：1：5的体积比混合，得复合菌；将复合菌离心去除上清液，将菌体加入2-3倍复合菌体积的无菌水，得复合微生物菌剂。
对比例2
一种脱氨氮的复合微生物菌剂，是由以下步骤制备得到的：
1)将雷氏普罗威登斯菌在液体培养基上进行一级种子培养活化，得活化培养液；
所述培养条件为25-30℃下培养1-2天；
所述雷氏普罗威登斯菌的培养基为异养硝化培养基；
所述异养硝化培养基的配方为：(NH4)2SO4 0.5g，乙酸钠2g，维氏盐溶液50mL，蒸馏水1000mL；所述维氏盐溶液的配方为：K2HPO45g，MgSO4·7H2O2.5g，NaCl2.5g，FeSO4·7H2O0.05g，MnSO4·4H2O0.05g，蒸馏水1000mL；
2)将活化培养液按照5-15％的接种量接种于液体培养基上，于25-30℃条件下培养2-3天，至培养液中活菌数达到雷氏普罗威登斯菌1-9×1010个/g时停止培养，分别得雷氏普罗威登斯菌；
3)将步骤2)得到的雷氏普罗威登斯菌离心去除上清液，将菌体加入2-3倍雷氏普罗威登斯菌体积的无菌水，得复合微生物菌剂。
对比例3
一种脱氨氮的复合微生物菌剂，是由乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌按照2.5：1：5的体积比制得的。
所述复合微生物菌剂是由以下步骤制备得到的：
1)分别将乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌在各自的液体培养基上进行一级种子培养活化，得各菌的活化培养液；
所述培养条件为25-30℃下培养1-2天；
所述乳微杆菌和德式乳杆菌的培养基为牛肉膏蛋白胨培养基；所述嗜粪红球菌的培养基为M65培养基。
所述牛肉膏蛋白胨培养基的配方为：牛肉膏5g，蛋白胨10g，NaCl5g，蒸馏水1000mL；115℃，0.1Mp灭菌30min；
所述M65培养基的配方为：酵母粉4g，葡萄糖4g，麦芽提取物10g，蒸馏水1000mL。
2)将各菌的活化培养液按照5-15％的接种量分别接种于各自的液体培养基上，于25-30℃条件下培养2-3天，分别至培养液中活菌数达到乳微杆菌1-9×107个/g、德式乳杆菌1-9×108个/g、嗜粪红球菌1-9×1010个/g时停止培养，分别得乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌；
3)将步骤2)得到的乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌按照5：2.5：1：5的体积比混合，得复合菌；将复合菌离心去除上清液，将菌体加入2-3倍复合菌体积的无菌水，得复合微生物菌剂。
脱氨氮的复合微生物菌剂在降低污水氨氮和COD指标试验
按照表1配制模拟人工污水，调节污水氨氮浓度为100mg/L，COD为500mg/L，pH为5-8，水温为25-35℃。
表1模拟人工污水成分
将实施例1和对比例1-3制备的复合微生物菌剂5g分别添加至100mL模拟污水中，对照组污水不添加任何物质，每隔4h取上清液检测氨氮和COD，其结果如图2和3所示。
实验结果可知，实施例1的氨氮降解率为99％，对比例1的氨氮降解率为88.4％，对比例2的氨氮降解率为42.5％，对比例3的氨氮降解率为3.6％；实施例1的COD去除率为93％，对比例1的COD去除率为85.3％，对比例2的COD去除率为55.1％，对比例3的COD去除率为6.5％。由此可知，本发明脱氨氮的复合微生物菌剂可以高效降低氨氮和COD，各菌协同作用大，效果好，适用于河道、景观水等氮含量较高的水处理，并能使氨氮废水在短时间内达到排放标准。

Claims (9)

1.一种脱氨氮的复合微生物菌剂，其特征在于，是由雷氏普罗威登斯菌、乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌按照5：2.5：1：5的体积比制得的；
所述复合微生物菌剂是由以下步骤制备得到的：
1）分别将雷氏普罗威登斯菌、乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌在各自的液体培养基上进行一级种子培养活化，得各菌的活化培养液；
所述培养条件为25-30℃下培养1-2天；
2）将各菌的活化培养液按照5-15%的接种量分别接种于各自的液体培养基上，于25-30℃条件下培养2-3天，分别至培养液中活菌数达到雷氏普罗威登斯菌1-9×1010个/g、乳微杆菌1-9×107个/g、德式乳杆菌1-9×108个/g、嗜粪红球菌1-9×1010个/g时停止培养，分别得雷氏普罗威登斯菌、乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌；
3）将步骤2）得到的雷氏普罗威登斯菌、乳微杆菌、德式乳杆菌和嗜粪红球菌按照5：2.5：1：5的体积比混合，得复合菌；将复合菌离心去除上清液，将菌体加入2-3倍复合菌体积的无菌水，得复合菌悬液；
4）将复合菌悬液与浮石混合吸附12h，得吸附液；
5）将聚乙烯醇在80-90℃水浴加热搅拌至完全溶解，加入海藻酸钠混合均匀，静置冷却至30℃，得包埋剂；
6）将吸附液和包埋剂混合均匀，得混合载体；
7）以CaCl2饱和硼酸溶液为交联剂，将混合载体逐滴滴入交联剂中，形成固定化细胞颗粒，4℃交联24h，生理盐水清洗，4℃保存，得复合微生物菌剂；
所述CaCl2饱和硼酸溶液中CaCl2为5％。
2.根据权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述雷氏普罗威登斯菌的活菌数为1-9×1010个/g，乳微杆菌的活菌数为1-9×107个/g，德式乳杆菌的活菌数为1-9×108个/g，嗜粪红球菌的活菌数为1-9×1010个/g。
3.根据权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述雷氏普罗威登斯菌的培养基为异养硝化培养基；所述乳微杆菌和德式乳杆菌的培养基为牛肉膏蛋白胨培养基；所述嗜粪红球菌的培养基为M65培养基。
4.根据权利要求3所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述异养硝化培养基的配方为：(NH4)2SO40.5g，乙酸钠2g，维氏盐溶液50mL，蒸馏水1000mL；所述维氏盐溶液的配方为：K2HPO45g，MgSO4·7H2O2.5g，NaCl2.5g，FeSO4·7H2O0.05g，MnSO4·4H2O0.05g，蒸馏水1000mL；
所述牛肉膏蛋白胨培养基的配方为：牛肉膏5g，蛋白胨10g，NaCl5g，蒸馏水1000mL；115℃，0.1Mp灭菌30min；
所述M65培养基的配方为：酵母粉4g，葡萄糖4g，麦芽提取物10g，蒸馏水1000mL。
5.根据权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述复合菌悬液与浮石的质量比为10：3；所述浮石为80目天然浮石；所述聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为2：1。
6.根据权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述吸附液和包埋剂的体积比为1：10；所述混合载体和交联剂的体积比为1：5。
7.一种权利要求1-6所述的复合微生物菌剂在含氨氮废水处理中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述复合微生物菌剂的活菌数为5亿个/g，所述复合微生物菌剂在含氨氮废水中的接入量为0.5-15%，处理温度为25-35℃，pH6-10。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述含氨氮废水中氨氮浓度为20-100mg/L。
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