CN108277187A - 用于市政污泥高效生物干化的微生物菌剂 - Google Patents

用于市政污泥高效生物干化的微生物菌剂 Download PDF

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Abstract

一种用于市政污泥高效生物干化的微生物菌剂，本发明提供的菌剂的活性成分包括嗜热棒杆菌（Corynebacterium thermophilum）、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌（Geobacillus stearothermophilus）、热带假丝酵母（Candida tropicalis）和保藏编号为CCTCC No. M 2018063的木霉菌HLZ1。所述嗜热棒杆菌、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌、热带假丝酵母和木霉菌HLZ1（Trichodermasp.HLZ1）的体积比为（0.2‑1.1）：（0.4‑0.8）：（0.4‑0.6）：（0.3‑0.9）。本发明属于环境生物技术领域，采用该菌剂可提高市政污泥生物干化效率，具有很大的实用价值和应用前景。

Description

用于市政污泥高效生物干化的微生物菌剂
技术领域
本发明涉及一种用于市政污泥高效生物干化的微生物菌剂。
背景技术
随着我国城镇化进程的加快和环境质量标准的提高，污水处理量逐年提高。剩余污泥作为城市污水处理过程中的副产物，其生成量也在迅速增加。目前我国大量剩余污泥未能得到有效的处理处置，造成了严重的二次污染，由剩余污泥造成的社会矛盾凸显。城市污水厂剩余污泥处理处置问题已经十分突出，其减量化、无害化及资源化已引起我国各部委高度重视。
作为剩余污泥处理处置工艺中重要一环，污泥干化技术近几年得到了广泛应用与推广。其中生物干化技术因不需要外加热源，近年来日益受到人们的重视。污泥生物干化技术主要利用微生物高温好氧发酵过程中有机物降解所产生的生物热能，通过强制通风、搅拌等过程调控手段促进污泥中水分的快速蒸发去除，从而实现污泥无害化、稳定化和减量化的一种干化处理工艺，其最为显著的优点是充分利用了污泥自身的生物能，不需要外加热源，故具有节能、环保等优势。同时生物干化对于消除污泥臭味、杀灭其中的病原菌及寄生虫卵、降解有毒物质、固化或钝化重金属、改善污泥物理性状有着重要意义。剩余污泥在生物干化后可进行土地、农林地利用也可填埋或者用作矿山覆盖土等。此外，干化污泥还可用于制造生物炭、固体燃料或者陶粒等建筑材料。因此，污泥生物干化处理技术是实现市政污泥减量化及资源化的重要途径，在污泥的处理与处置产业中有着良好的应用前景。
污泥生物干化的研究重点主要集中于生物干化工艺研究、微生物发酵菌剂开发及生物干化反应器研发等方面。其中微生物干化菌剂的研究主要集中于通过天然微生物优化处理或人工构建菌种开发低温启动菌剂、耐高温菌剂及功能性菌剂，以缩短污泥生物干化启动时间、加快生物干化进程，节约生物干化时间，同时实现特定污染物的降解。但目前的大部分专利主要集中于污泥堆肥而不是污泥干化领域。例如专利申请201310437392.3公开了一种复合微生物菌剂用于污泥堆肥的方法，经过污泥初步发酵、初步发酵污泥与初步干化污泥混合、添加调理剂和配制营养剂、营养剂与复合微生物菌剂混合、翻堆搅拌等步骤。虽然其发酵温度达到70℃并能够持续多天，污泥含水量降低，但其存在的主要问题是其工序复杂，污泥堆肥需要多个步骤，工艺流程长，堆肥时间一般在10天以上，带来的后果即是生产成本较高。且污泥堆肥与污泥生物干化不同，其最终目标是微生物肥料，堆肥过程添加了大量的调理剂与营养剂，最终污泥量不降反升，达不到减量化的效果。
发明内容
针对目前污泥稳定化、资源化利用过程中对高效微生物菌剂的需求，以及目前污泥生物干化过程工序复杂时间长等问题，本发明提供了一种用于市政污泥高效生物干化的微生物菌剂。其在污泥生物干化领域的应用，将极大的缩短污泥干化时间，显著降低含水率，不添加大量的营养剂和调理剂，污泥减量效果好、成本低。
本发明提供一种用于市政污泥高效生物干化的微生物菌剂，其特征是它是由嗜热棒杆菌（Corynebacterium thermophilum）、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌（Geobacillus stearothermophilus）、热带假丝酵母（Candida tropicalis）和木霉菌HLZ1（Trichodermasp.HLZ1）组成，所述嗜热棒杆菌、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌、热带假丝酵母和木霉菌HLZ1的体积比为（0.2-1.1）：（0.4-0.8）：（0.4-0.6）：（0.3-0.9）。
所述的木霉菌HLZ1（Trichodermasp.HLZ1）已于2018年1月29日保藏于中国典型培养物保藏中心（CCTCC），地址为中国武汉武汉大学，保存编号CCTCC No. M2018063。
所述嗜热棒杆菌为中国普通微生物菌种保藏管理中心保藏的CGMCC 1.1504菌株；所述的嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌为中国普通微生物菌种保藏管理中心保藏的CGMCC 1.3404菌株；所述的热带假丝酵母为中国普通微生物菌种保藏管理中心保藏的CGMCC 2.1776菌株.
本发明的有益效果是：在污泥生物干化过程中，在单独加入嗜热棒杆菌CGMCC 1.1504、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌CGMCC 1.3404、热带假丝酵母CGMCC 2.1776时，干化效果较差。再加入保藏编号为CCTCC No. M 2018063的木霉菌HLZ1形成以一定比例（体积比）混合的菌液后，各菌株协同作用，木霉菌能有效利用污泥中存在的一些包括木质纤维素在内的营养物质，将其降解为棒杆菌、芽孢杆菌和酵母菌可以利用的营养元素，促进了各种微生物的生长，从而极大的提升了污泥干化时的堆体温度，提高了脱水效率。
将微生物菌剂用于市政污泥生物干化过程有反应条件温和，环境污染小，生产清洁，产品环境友好，安全可靠等优点，可有效解决市政污泥稳定化、减量化、资源化利用过程中遇到的多种难题。相比现有微生物菌剂及生产工艺，本发明具有周期短、投资低、减量效果好等优点。本发明属于环境生物技术领域，采用该菌剂可提高市政污泥生物干化效率，具有很大的实用价值和应用前景。
本发明所用部分菌株购自中国普通微生物菌种保藏管理中心（CGMCC），其中嗜热棒杆菌（Corynebacterium thermophilum）编号为CGMCC 1.1504；嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌（Geobacillus stearothermophilus）编号为CGMCC 1.3404；热带假丝酵母（Candida tropicalis）编号为CGMCC 2.1776。
木霉菌HLZ1（Trichodermasp.HLZ1）已于2018年1月29日保藏于中国典型培养物保藏中心（CCTCC），地址为中国武汉武汉大学，保存编号CCTCC No. M2018063。
具体实施方式
以下的实施例便于更好的理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的试验方法，如无特殊发明，均为常规方法。下述实施例中所用的实验材料，入无特殊说明，均为自常规生化试剂公司购买得到。下述实施例中的实验，均设置三次重复试验，实验结果取自平均值。
以下菌株均购自中国普通微生物菌种保藏管理中心（CGMCC），其中嗜热棒杆菌（Corynebacterium thermophilum）编号为CGMCC 1.1504，嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌（Geobacillus stearothermophilus）编号为CGMCC 1.3404，热带假丝酵母（Candida tropicalis）编号为CGMCC 2.1776。
所述的为木霉菌HLZ1为从自然界筛选得到，该菌株已于2018年1月29日保藏于中国典型培养物保藏中心（CCTCC），地址为中国武汉大学，保藏编号CCTCC No. M 2018063。木霉菌HLZ1 （Trichodermasp. HLZ1 ）CCTCC No. M 2018063的筛选：取果树周围的土壤，称取5克溶于100毫升生理盐水，充分混匀后取10毫升加入50毫升PDA培养基中，在30℃条件下，120转/分钟振荡培养20小时，重复这一过程3～5次。将培养的菌液稀释1,000,000倍涂布固体PDA培养基上，在30℃条件下静置培养20小时。选取一个生长较好的单菌落培养，经生理生鉴定和16S rDNA比对分析，确定为木霉菌HLZ1（Trichodermasp. HLZ1）。在上述筛选菌株的方法中，使用的PDA培养基配方为：葡萄糖20克，马铃薯200克，自来水1000毫升。115℃条件下灭菌20分钟。固体培养基在该配方下添加1.6-1.8%的琼脂使用。
上述菌种经过各自适用的培养基和培养条件，经斜面活化培养，液体种子培养和液体培养阶段，按一定的比例混合（体积比）制成复合微生物菌剂，加入市政污泥生物干化实验反应器中，测定经过生物干化后的污泥含水率，以此确定加入微生物菌剂后的污泥生物干化效率。实验室条件下生物干化研究所用反应器为小泡沫箱子（规格为33.5 cm×26cm×28.5 cm，泡沫厚度3.5 cm，覆盖防水透湿膜），装物料量为4 kg（3.6 kg污泥物料，0.4kg麸皮），每日取样测定并翻料一次。
实施例1：一种用于市政污泥高效生物干化的微生物菌剂，它包括嗜热棒杆菌CGMCC 1.1504、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌CGMCC 1.3404、热带假丝酵母CGMCC 2.1776和保藏编号为CCTCC No. M 2018063的木霉菌HLZ1 。在葡萄糖蛋白胨培养基30度斜面活化培养后，再经过液体种子培养和液体放大培养，制成微生物菌液（OD600nm=3）。各菌液按一定的比例混合（体积比），加入市政污泥生物干化实验反应器中，即嗜热棒杆菌CGMCC 1.1504、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌CGMCC 1.3404、热带假丝酵母CGMCC 2.1776和保藏编号为CCTCC No.M 2018063的木霉菌HLZ1菌液按0.8:0.6:0.6:0.5的比例（体积比）。生物干化过程不添加其他营养物质，72小时候测定污泥堆体中心温度，144小时后测定污泥含水率，测定经过生物干化后的污泥含水率，以此确定加入微生物菌剂后的污泥生物干化效率。实验室条件下生物干化研究所用反应器为小泡沫箱子（规格为33.5 cm×26 cm×28.5 cm，泡沫厚度3.5cm，覆盖防水透湿膜），装物料量为4 kg（3.6 kg污泥物料，0.4 kg麸皮），每日取样测定并翻料一次。
经测定，生物干化72小时后污泥堆体中间温度达70度，144小时后污泥含水率为29%。
实施例2：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：单独将嗜热棒杆菌CGMCC 1.1504菌液加入到市政污泥生物干化实验反应器，其他实验过程同实施例1。72小时候测定污泥堆体中心温度，144小时后测定污泥含水率，以此确定生物干化效果。
经测定，生物干化72小时后污泥堆体中间温度达40度，144小时后污泥含水率为52%。
实施例3：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：单独将嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌菌液加入到市政污泥生物干化实验反应器，其他实验过程同实施例1。72小时候测定污泥堆体中心温度，144小时后测定污泥含水率，以此确定生物干化效果。
经测定，生物干化72小时后污泥堆体中间温度达42度，144小时后污泥含水率为48%。
实施例4：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：
单独将热带假丝酵母CGMCC 2.1776菌液加入到市政污泥生物干化实验反应器，其他实验过程同实施例1。72小时候测定污泥堆体中心温度，144小时后测定污泥含水率，以此确定生物干化效果。
经测定，生物干化72小时后污泥堆体中间温度达40度，144小时后污泥含水率为53%。
实施例5：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：嗜热棒杆菌CGMCC 1.1504、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌CGMCC 1.3404、热带假丝酵母CGMCC 2.1776和保藏编号为CCTCC No. M 2018063的木霉菌HLZ1菌液按1:0.5:0.5:0.5的比例（体积比）加入到市政污泥生物干化实验反应器，其他实验过程同实施例1。72小时候测定污泥堆体中心温度，144小时后测定污泥含水率，以此确定生物干化效果。
经测定，生物干化72小时后污泥堆体中间温度达52度，144小时后污泥含水率为44%。
实施例6：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：
嗜热棒杆菌CGMCC 1.1504、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌CGMCC 1.3404、热带假丝酵母CGMCC2.1776和保藏编号为CCTCC No. M 2018063的木霉菌HLZ1菌液按0.2:0.5:0.5:0.5的比例（体积比）加入到市政污泥生物干化实验反应器，其他实验过程同实施例1。72小时候测定污泥堆体中心温度，144小时后测定污泥含水率，以此确定生物干化效果。
经测定，生物干化72小时后污泥堆体中间温度达50度，144小时后污泥含水率为46%。
实施例7：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：
嗜热棒杆菌CGMCC 1.1504、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌CGMCC 1.3404、热带假丝酵母CGMCC2.1776和保藏编号为CCTCC No. M 2018063的木霉菌HLZ1菌液按0.8:0.5:0.5:0.5的比例（体积比）加入到市政污泥生物干化实验反应器，其他实验过程同实施例1。72小时候测定污泥堆体中心温度，144小时后测定污泥含水率，以此确定生物干化效果。
经测定，生物干化72小时后污泥堆体中间温度达55度，144小时后污泥含水率为42%。
实施例8：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：
嗜热棒杆菌CGMCC 1.1504、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌CGMCC 1.3404、热带假丝酵母CGMCC2.1776和保藏编号为CCTCC No. M 2018063的木霉菌HLZ1菌液按0.8:0.4:0.5:0.5的比例（体积比）加入到市政污泥生物干化实验反应器，其他实验过程同实施例1。72小时候测定污泥堆体中心温度，144小时后测定污泥含水率，以此确定生物干化效果。
经测定，生物干化72小时后污泥堆体中间温度达51度，144小时后污泥含水率为45%。
实施例9：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：
嗜热棒杆菌CGMCC 1.1504、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌CGMCC 1.3404、热带假丝酵母CGMCC2.1776和保藏编号为CCTCC No. M 2018063的木霉菌HLZ1菌液按0.8:0.8:0.5:0.5的比例（体积比）加入到市政污泥生物干化实验反应器，其他实验过程同实施例1。72小时候测定污泥堆体中心温度，144小时后测定污泥含水率，以此确定生物干化效果。
经测定，生物干化72小时后污泥堆体中间温度达53度，144小时后污泥含水率为43%。
实施例10：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：
嗜热棒杆菌CGMCC 1.1504、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌CGMCC 1.3404、热带假丝酵母CGMCC2.1776和保藏编号为CCTCC No. M 2018063的木霉菌HLZ1菌液按0.8:0.6:0.5:0.5的比例（体积比）加入到市政污泥生物干化实验反应器，其他实验过程同实施例1。72小时候测定污泥堆体中心温度，144小时后测定污泥含水率，以此确定生物干化效果。
经测定，生物干化72小时后污泥堆体中间温度达56度，144小时后污泥含水率为40%。
实施例11：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：
嗜热棒杆菌CGMCC 1.1504、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌CGMCC 1.3404、热带假丝酵母CGMCC2.1776和保藏编号为CCTCC No. M 2018063的木霉菌HLZ1菌液按0.8:0.6:0.4:0.5的比例（体积比）加入到市政污泥生物干化实验反应器，其他实验过程同实施例1。72小时候测定污泥堆体中心温度，144小时后测定污泥含水率，以此确定生物干化效果。
经测定，生物干化72小时后污泥堆体中间温度达57度，144小时后污泥含水率为39%。
实施例12：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：
嗜热棒杆菌CGMCC 1.1504、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌CGMCC 1.3404、热带假丝酵母CGMCC2.1776和保藏编号为CCTCC No. M 2018063的木霉菌HLZ1菌液按0.8:0.6:0.8:0.5的比例（体积比）加入到市政污泥生物干化实验反应器，其他实验过程同实施例1。72小时候测定污泥堆体中心温度，144小时后测定污泥含水率，以此确定生物干化效果。
经测定，生物干化72小时后污泥堆体中间温度达55度，144小时后污泥含水率为42%。
实施例13：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：
嗜热棒杆菌CGMCC 1.1504、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌CGMCC 1.3404、热带假丝酵母CGMCC2.1776和保藏编号为CCTCC No. M 2018063的木霉菌HLZ1菌液按0.8:0.6:0.6:0的比例（体积比）加入到市政污泥生物干化实验反应器，其他实验过程同实施例1。72小时候测定污泥堆体中心温度，144小时后测定污泥含水率，以此确定生物干化效果。
经测定，生物干化72小时后污泥堆体中间温度达42度，144小时后污泥含水率为47%。
实施例14：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：
嗜热棒杆菌CGMCC 1.1504、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌CGMCC 1.3404、热带假丝酵母CGMCC2.1776和保藏编号为CCTCC No. M 2018063的木霉菌HLZ1菌液按0.8:0.6:0.6:0.3的比例（体积比）加入到市政污泥生物干化实验反应器，其他实验过程同实施例1。72小时候测定污泥堆体中心温度，144小时后测定污泥含水率，以此确定生物干化效果。
经测定，生物干化72小时后污泥堆体中间温度达66度，144小时后污泥含水率为32%。
实施例15：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：
嗜热棒杆菌CGMCC 1.1504、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌CGMCC 1.3404、热带假丝酵母CGMCC2.1776和保藏编号为CCTCC No. M 2018063的木霉菌HLZ1菌液按0.8:0.6:0.6:0.7的比例（体积比）加入到市政污泥生物干化实验反应器，其他实验过程同实施例1。72小时候测定污泥堆体中心温度，144小时后测定污泥含水率，以此确定生物干化效果。
经测定，生物干化72小时后污泥堆体中间温度达65度，144小时后污泥含水率为33%。
实施例16：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：
嗜热棒杆菌CGMCC 1.1504、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌CGMCC 1.3404、热带假丝酵母CGMCC2.1776和保藏编号为CCTCC No. M 2018063的木霉菌HLZ1菌液按0.8:0.6:0.6:0.9的比例（体积比）加入到市政污泥生物干化实验反应器，其他实验过程同实施例1。72小时候测定污泥堆体中心温度，144小时后测定污泥含水率，以此确定生物干化效果。
经测定，生物干化72小时后污泥堆体中间温度达64度，144小时后污泥含水率为34%。

Claims (4)

1.一种用于市政污泥高效生物干化的微生物菌剂，其特征是它是由嗜热棒杆菌（Corynebacterium thermophilum）、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌（Geobacillus stearothermophilus）、热带假丝酵母（Candida tropicalis）和木霉菌HLZ1组成，所述嗜热棒杆菌、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌、热带假丝酵母和木霉菌HLZ1（Trichoderma sp.HLZ1）的体积比为：（0.2-1.1）：（0.4-0.8）：（0.4-0.6）：（0.3-0.9）。
2.根据权利要求1所述的用于市政污泥高效生物干化的微生物菌剂，其特征是，所述的木霉菌HLZ1（Trichoderma sp.HLZ1）已于2018年1月29日保藏于中国典型培养物保藏中心（CCTCC），保存编号CCTCC No. M2018063。
3.根据权利要求1所述的用于市政污泥高效生物干化的微生物菌剂，其特征是所述嗜热棒杆菌为中国普通微生物菌种保藏管理中心保藏的CGMCC 1.1504菌株；所述的嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌为中国普通微生物菌种保藏管理中心保藏的CGMCC 1.3404菌株；所述的热带假丝酵母为中国普通微生物菌种保藏管理中心保藏的CGMCC 2.1776菌株。
4.根据权利要求1所述的用于市政污泥高效生物干化的微生物菌剂，其特征是所述嗜热棒杆菌、嗜热嗜脂肪地芽孢杆菌、热带假丝酵母和木霉菌HLZ1（Trichoderma sp.HLZ1）的体积比为：0.8:0.6:0.6:0.5。
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