CN108911452A

CN108911452A - 一种利用草酸青霉改善柠檬酸废水污泥脱水性能的方法

Info

Publication number: CN108911452A
Application number: CN201810805721.8A
Authority: CN
Inventors: 董黎明; 李影影; 汪苹; 郑心愿; 李杨杨
Original assignee: Beijing Technology and Business University
Current assignee: Beijing Technology and Business University
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2018-11-30
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: CN108911452B

Abstract

本发明公开了一种利用草酸青霉改善柠檬酸污泥脱水性能的方法，属于柠檬酸行业废水污泥处理处置领域。本发明从柠檬酸废水污泥中分离、纯化、筛选出具有胞外聚合物降解功能的草酸青霉，将其制备成1.0×10⁷～1.0×10⁸个/mL浓度的真菌孢子悬浊液，然后将真菌孢子悬浊液接种至改良马丁液体培养基中培养2～4天，形成稳定的菌丝体。以5％～20％的体积比将菌丝体投加到总悬浮固体含量为1％～4％的柠檬酸废水污泥中，混合均匀后培养2～4天，柠檬酸废水污泥的污泥比阻SRF和毛细吸水时间CST可以分别从1～3×10¹⁴m/kg和25～43s降到1～6×10¹³m/kg和6～12s，脱水性能显著改善。

Description

一种利用草酸青霉改善柠檬酸废水污泥脱水性能的方法

技术领域

本发明涉及柠檬酸行业废水污泥处理处置领域，特别是涉及一种利用草酸青霉改善柠檬酸废水污泥脱水性能的方法。

背景技术

柠檬酸主要以玉米、薯干等淀粉质为原料发酵、提取精制而成,其过程会产生大量高浓度、难降解的有机废水,因此产生的剩余污泥与市政污泥相比，具有较高的蛋白含量,污泥黏度极高,脱水性很差,该类污泥脱水后含水率仍高达85％～90％。由于较高的含水率给其后续的处理处置和运输带来了很大困难，因此需在污泥脱水前对其进行预处理提高脱水性能。

目前对污泥脱水预处理的方法有多种，比如冷冻、热解、超声等物理方法，化学添加剂(表面活性剂，聚丙烯酰胺等)和氧化技术等化学方法。目前对于柠檬酸生产企业，普遍使用的污泥调理剂是聚丙烯酰胺，虽然效果显著但其存在费用高、投加量大、容易造成二次污染等问题。同时生物法由于高效安全等优势而成为备受关注的环境友好型调理剂。

中国专利公开号为CN103910477A的专利公开了一种用于污泥减量化处理新型复合微生物菌剂，其中包括13种不同的细菌微生物，该菌剂加入到污泥中可使污泥量最多减少30％左右。但是其混合菌剂中微生物种类繁杂不易获得，且不同微生物之间的协同拮抗作用并不明朗。另外有研究表明，与细菌相比，真菌具有耐酸、耐低温和耐低氮环境的特点(More T T，2010)。另外已有相关研究表明，一些特定的青霉、毛霉、曲霉等，可以调理低含固率的污泥，改善其脱水性能。已有中国专利公开号为CN107176781A的专利公开了一种利用黄蓝状真菌菌丝体改善污泥脱水性能的方法，但其方法的局限性在于，菌丝体培养时间需要4～10天，培养周期较长，且未说明菌种来源，不利于应用。而且这些研究大多集中在市政污泥，对于食品发酵类高有机质污泥如柠檬酸污泥的生物调理尚未有报道。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种草酸青霉以及利用该草酸青霉改善柠檬酸废水污泥脱水性能的方法以及其在柠檬酸行业废水污泥的处理处置领域的应用。

本发明提供了一种改善柠檬酸废水污泥脱水性能的草酸青霉 (Penicilliumoxalicum)，已于2018年04月27日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏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：15669。

所述草酸青霉的鉴定：

1、菌体的形态特征：具有发达的菌丝体，生长初期为青色后逐渐变为白色，前三天平均生长速度为10.7mm/d。菌丝体呈白色小球状。

2、菌体的生理生化鉴定：

(1)耐酸碱性分析：将草酸青霉进行耐酸碱性分析，结果：该菌株对酸碱环境均具有较强的耐受性，在偏酸、中性和偏碱条件下都有利于生物量的积累。

(2)有机物降解性分析：

接种了该菌株的试管中有斜面产生，说明出现了明胶液化现象，即产生了蛋白酶水解作用，表明可以降解蛋白质。

将碘液分别滴加到长有菌的平板中，没有出现颜色变化，说明其中不含淀粉，即产生了淀粉水解作用，表明菌可以产生淀粉酶。

接种菌的滤纸条上明显长有青色的菌丝体，说明菌可以在滤纸条上生长，因为滤纸的主要成分是纤维素，说明其可以降解纤维素从而合成自身物质。

本发明还提供了一种利用所述的草酸青霉改善柠檬酸废水污泥脱水性能的方法，从柠檬酸废水污泥中分离、纯化、筛选得具有胞外聚合物降解功能的草酸青霉，投加草酸青霉菌丝体于柠檬酸废水污泥样品中，在150～180rpm 下震荡调理培养2～4天，污泥脱水性能明显改善。

进一步的，所述的草酸青霉改善柠檬酸废水污泥脱水性能的方法具体包含以下步骤：

(1)污泥丝状真菌的分离纯化

将柠檬酸废水污泥样品稀释10～10⁵的不同浓度梯度后，用涂布平板法将其接种于沙氏培养基中，在25～30℃恒温培养箱中培养2～3天，分离得到多种真菌菌落，使用三点接种法挑取菌落于培养皿中扩大培养。重复接种3～5 次，分离纯化后得到不同菌落形态的真菌，分别将菌落特征不同的真菌，接种到与沙氏培养基配方相同的斜面培养基上，于4℃冰箱保存。

(2)丝状真菌的筛选

对纯化出来的真菌进行形态学以及生长特性分析，筛选出生长速度快，菌丝体发达的丝状真菌，然后对其进行有机物降解实验，包括明胶液化，纤维素水解，淀粉水解，筛选出具有有机物降解功能的丝状真菌。

(3)菌丝体的制备

将1.0×10⁷～1.0×10⁸个/mL浓度的草酸青霉孢子悬浊液接种至改良马丁液体培养基中，在20～30℃、150～200rpm条件下培养2～4天制备获得菌丝体。

(4)投加丝状真菌调理柠檬酸废水污泥

将草酸青霉的菌丝体以5～20％的体积比投加至柠檬酸废水污泥中，混合均匀，在150～180rpm下震荡调理培养2～4天，测定污泥脱水指标CST和SRF。

本发明进一步提供了一种如权利要求1所述的改善柠檬酸废水污泥脱水性能的草酸青霉在处理柠檬酸行业废水污泥的应用，其特征在于：以5％～20％的体积比将草酸青霉菌丝体投加到总悬浮固体含量为1％～4％的柠檬酸废水污泥中。

本发明公开了以下技术效果：

(1)本发明直接从柠檬酸生产企业的二沉池回流污泥中筛选胞外聚合物降解菌草酸青霉，涂布平板法接种后在25～30℃恒温培养箱中培养2～3天，重复纯化3～5次，即可获得纯种菌株，生长代谢快，分离纯化周期短，易于操作，可适应规模化生产。

(2)本发明使用丝状真菌改善柠檬酸废水污泥这类高有机质的发酵类污泥脱水性能，拓宽了应用领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例3中草酸青霉显微形态图；

图2为实施例3草酸青霉菌株18S rRNA序列的系统发育树；

图3为实施例5中利用草酸青霉处理后的柠檬酸废水污泥的毛细吸水时间 (CST)图；

图4为实施例5中利用草酸青霉处理后的柠檬酸废水污泥的污泥比阻(SRF) 图；

图5为实施例6柠檬酸生产企业现场12L体系小试实验中利用草酸青霉处理后的柠檬酸废水污泥的毛细吸水时间(CST)图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1供试污泥样品

本发明所述的一种利用草酸青霉改善柠檬酸污泥脱水性能的方法，具体实施运行时，供试污泥样品取自山东某柠檬酸生产企业污水处理车间氧化沟处理工艺的的二沉池回流污泥。企业每天产生60t绝干污泥，污泥处理方式是经浓缩之后加入PAM混凝，投加量是6kg/t绝干污泥，最后用板框压滤或带式压滤脱水。供试污泥基本特征如表1。

表1供试污泥样品基本特征

含水率(％)	毛细吸水时间(s)	污泥比阻(×10¹⁴m/kg)	pH
				98.12～99.2	25～43	1～3	7～8

实施例2污泥丝状真菌的分离纯化

将柠檬酸废水污泥样品稀释10～10⁵的不同浓度梯度后，用涂布平板法将其接种于沙氏培养基中，在25～30℃恒温培养箱中培养2～3天，分离得到多种真菌菌落，使用三点接种法挑取菌落于培养皿中扩大培养。重复接种3～5 次，分离纯化后得到不同菌落形态的真菌，分别将菌落特征不同的真菌，接种到斜面培养基上，于4℃冰箱保存。

实施例3丝状真菌的筛选与鉴定

对纯化出来的真菌进行形态学以及生长特性分析，筛选出生长速度快，菌丝体发达的丝状真菌，然后对其进行有机物降解实验，包括明胶液化，纤维素水解，淀粉水解，筛选出特性明显的丝状真菌，经18SrDNA基因序列及形态鉴定，显微镜下形态如图1所示，鉴定为草酸青霉。

(1)明胶液化实验

培养基配置：葡萄糖20g，蛋白胨5.0g，明胶200g，溶于1000mL蒸馏水中灭菌，取10mL灭菌后的培养基溶液于试管中。将真菌接种到培养基上，于 25℃，180rpm下培养数天。将空白对照组与接种真菌组一同放入低温环境中冷却,观察其中的明胶的固液情况。冷却后如明胶呈液态，表示有液化作用，如明胶不液化，表示无蛋白酶水解作用。

(2)纤维素水解实验

培养基配置：0.5g磷酸氢二钾、0.5g硫酸镁、0.5g氯化钠以及1.0g硝酸钾溶于1000mL蒸馏水中灭菌。将灭菌后的培养基分装于不同的试管中，将灭菌后的滤纸条一半浸入培养基内。将真菌接种于试管中，于25℃，180rpm 条件下培养数天，观察滤纸条上是否有真菌生长，有真菌生长说明具有纤维素水解酶。

(3)淀粉水解实验

将真菌接种在沙氏培养基中，在25℃恒温培养箱中培养2d。将碘液滴到真菌表面，如菌落的周围变蓝，则说明无淀粉酶产生；若不变蓝，表示有淀粉酶产生。

(4)18SrDNA基因序列鉴定

草酸青霉菌株18S rRNA序列的系统发育树如图2所示。

经18SrDNA基因序列鉴定，测序拼接结果如下：

TCCTCCGCTTATTGATATGNTTAAGTTCAGCGGGTATCCCTACCTGATCCGAGGTCAACCTGGTTAAGATTGATGGTGTTCGCCGGCGGGCGCCGGCCGGGCCTACAGAGCGGGTGACGAAGCCCCATACGCTCGAGGACCGGACGCGGTGCCGCCGCTGCCTTTCGGGCCCGCCCCCCGGAAGCGGGGGGCGAGAGCCCAACACACAAGCCGTGCTTGAGGGCAGCAATGACGCTCGGACAGGCATGCCCCCCGGAATACCAGGGGGCGCAATGTGCGTTCAAAGACTCGATGATTCACTGAATTCTGCAATTCACATTACTTATCGCATTTCGCTGCGTTCTTCATCGATGCCGGAACCAAGAGATCCGTTGTTGAAAGTTTTAACTGATTTAGTCAAGTACTCAGACTGCAATCTTCAGACAAGAGTTCGTTTGTGTGTCTTCGGCGGGCGCGGGCCCGGGGGCGGATGCCCCCCGGCGGCCGTGAGGCGGGCCCGCCGAAGCAACAAGGTACGATAAACACGGGTGGGAGGTTGGACCCAGAGGGCCCTCACTCGGTAATGATCCTTCCGCAGGTTCACCTA CGGAAGA。

实施例4菌丝体的制备

将草酸青霉在沙式培养基上培养3～4天，菌落布满培养皿后，用无菌蒸馏水将菌落表面的孢子冲洗下来，并用无菌蒸馏水稀释，制成浓度为1.0× 10⁷～1.0×10⁸个/mL的孢子悬浊液。并将其接种至改良马丁液体培养基中，在 20～30℃、150～200rpm条件下培养2～4天制备获得菌丝体。

实施例5草酸青霉改善柠檬酸废水污泥脱水性能的评价实验

接种10％(v/v)的草酸青霉菌丝体菌液到总悬浮物含量(TSS)为2.3％的柠檬酸废水污泥中，即180mL柠檬酸废水污泥接种20mL草酸青霉菌丝体菌液，混合均匀，在150～180rpm下震荡调理培养2天，选取毛细吸水时间(CST) 和污泥比阻(SRF)作为评价污泥脱水性能的指标，其中SRF采用布氏漏斗测定，CST使用毛细吸水时间测定仪(TR04-304M，英国)测定。结果如图3和图4所示，结果显示，相较于不投加草酸青霉的对照组，处理之后的柠檬酸废水污泥的脱水指标有明显下降，其中CST和SRF在处理第二天分别降低了 67.23％和95.23％。

实施例6草酸青霉改善柠檬酸废水污泥脱水性能的小试实验

在柠檬酸生产企业进行现场12L体系小试实验，向反应器中加入10.8L 柠檬酸废水污泥，然后投加1.2L的草酸青霉菌丝体菌液，曝气量为8L/min，连续监测96h。以CST作为评价污泥脱水性能的指标，结果如图5所示。结果显示，在调理培养的48h，柠檬酸废水污泥的CST可以从28.9s降低到9.4s。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种改善柠檬酸废水污泥脱水性能的草酸青霉(Penicillium oxalicum)，其已在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，保藏编号为CGMCC NO：15669，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏日期为2018年04月27日。

2.一种利用如权利要求1所述的草酸青霉改善柠檬酸废水污泥脱水性能的方法，其特征在于：从柠檬酸废水污泥中分离、纯化、筛选得具有胞外聚合物降解功能的草酸青霉，投加草酸青霉菌丝体于柠檬酸废水污泥样品中，调理培养2～4天，污泥脱水性能明显改善。

3.根据权利要求2所述的利用草酸青霉改善柠檬酸废水污泥脱水性能的方法，其特征在于：所述调理培养条件为在150～180rpm下震荡调理培养。

4.根据权利要求2所述的利用草酸青霉改善柠檬酸废水污泥脱水性能的方法，其特征在于：所述草酸青霉菌丝体是将草酸青霉孢子悬浊液接种至改良马丁液体培养基中，培养2～4天制备获得。

5.根据权利要求4所述的利用草酸青霉改善柠檬酸废水污泥脱水性能的方法，其特征在于：所述草酸青霉孢子悬浊液浓度为1.0×10⁷～1.0×10⁸个/mL。

6.根据权利要求4所述的利用草酸青霉改善柠檬酸废水污泥脱水性能的方法，其特征在于：所述培养条件为在20～30℃、150～200rpm条件下培养。

7.一种如权利要求1所述的改善柠檬酸废水污泥脱水性能的草酸青霉在处理柠檬酸行业废水污泥的应用，其特征在于：以5％～20％的体积比将草酸青霉菌丝体投加到总悬浮固体含量为1％～4％的柠檬酸废水污泥中。