CN109354216A - 用于自来水原水处理的复合微生物絮凝剂及其制备、使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及原水处理技术领域，具体公开了用于自来水原水处理的复合微生物絮凝剂，由以下体积比的菌液配置而成：枯草芽孢杆菌15％～20％，巨大芽孢杆菌15％～20％，解淀粉芽孢杆菌15％～20％，类干酪乳杆菌15％～20％，乳酸乳球菌10％～15％，酵母菌10％～15％。本方案提供的微生物絮凝剂，用于原水处理，内部相互协调、相互促进，浊度去除率高。

Description

用于自来水原水处理的复合微生物絮凝剂及其制备、使用 方法

技术领域

本发明涉及原水处理技术领域，具体公开了一种用于自来水原水处理的复合微生物絮凝剂及其制备、使用方法。

背景技术

在自来水原水处理中，为除去原水中悬浮物和胶体而投加的主要药剂叫絮凝剂。在我国大部分的自来水厂采用的絮凝剂基本都是无机化学絮凝剂，尤以铝盐和铁盐较为普遍。根据文献报道：当水中铝含量达到0.2mg/L时可使蛙鱼致死；临床上铝中毒主要有铝性脑病、铝性骨病和铝性贫血等，而老年痴呆症既是铝性病的一种。而铁盐对金属有腐蚀作用，也会造成水中带有颜色，而且高浓度的铁对人体健康和生态环境会造成不利的影响。

微生物絮凝剂(Microbial flocculants,简称MBF)是由微生物产生的一类代谢产物，主要成份有糖蛋白、多糖、多肽、蛋白质、纤维素等，具有可使液体中不易沉降的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体等凝聚沉淀的特殊高分子物质，具有高效、无毒、可生物降解等特点。

在自来水原水处理中，用微生物絮凝剂代替化学絮凝剂具有很大的优点：①减少水中铝盐或铁盐的含量；②无毒、无污染而且可生物降解的环境友好型；③能有效降解水体中的氨氮以及有机污染物，提高后续工艺的处理效率。我国在微生物絮凝技术方面研究起步较晚，而微生物絮凝剂对原水的处理具有很重要的意义，尤其是提供一种内部相互协调、相互促进，浊度去除率高的微生物絮凝剂更是国内亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内部相互协调、相互促进，浊度去除率高的用于自来水原水处理的复合微生物絮凝剂。

为达到上述目的，本发明的基础方案一如下：

用于自来水原水处理的复合微生物絮凝剂，其菌液体积比为：枯草芽孢杆菌15％～20％，巨大芽孢杆菌15％～20％，解淀粉芽孢杆菌15％～20％，类干酪乳杆菌15％～20％，乳酸乳球菌10％～15％，酵母菌10％～15％。

有益效果：

1、发明人在研究的过程中，选定了80多种菌种进行研究试验；实验的过程中，要找出相互协调，且克服传代变化的菌种，是比较难的。经过进一步的研究，发明人从80多种菌种中进一步选出了20多种菌种。对这20多种菌种继续研究、实验，整个过程历时一年多，最终选出了本方案中的6种菌种；这6种菌种在混合培养时，克服了传代变化；最主要的是经过传代实验、凝胶电泳、高通量分析，这6种菌种能够共同生长，而且在功能上协调作用好；将此菌种的菌液配置出来的絮凝剂用于原水处理，浊度去除率最高可以达到92.93％。

2、本方案中的复合微生物絮凝剂由多种环境友好型的微生物构成，各菌种经过形态分析、生理生化反应、全细胞蛋白电泳以及16SrRNA序列比对方面进行分析，确定其种属。经过试验，确定各菌种在上述范围内，不仅保证了整个菌种的协调作用，而且非常的经济。

3、将该絮凝剂投入后，能够将原水中的氨氮以及COD等进行降解，产生代谢产物，此类代谢产物产生絮凝效果，进而对原水中不能被微生物降解的部分进行絮凝，整个过程达到“以污治污”的效果。此过程中，不需要将微生物的代谢产物提取出来，而是直接利用代谢产物实现絮凝，这一方式不仅节约了成本，而且保持活菌的存在，有利于絮凝剂的保存时间和活菌的利用率，保证了浊度去除率。

4、微生物絮凝剂具有絮凝活性的有效成份主要是多糖、蛋白质、多肽、DNA和脂类等生物大分子，与其他有机高分子絮凝剂相比，它们的主要成分、分子结构和所带的活性基团相似，所以在絮凝的过程中对水中的胶体和污染物颗粒同时具有吸附架桥作用、电荷中和作用、网捕卷扫作用和“化学反应沉淀”作用；在这些共同作用下，水中的胶体和污染物颗粒最终发生凝聚和絮凝而沉淀下来。

5、絮凝剂中含有的有效活菌成份可以利用自来水原水中可同化有机碳作为营养源，不仅达到清除有机物的效果，而且经过微生物的生命活动产生代谢产物，提高絮凝效果。

6、该复合微生物能产生多种降解酶，强势分解水体中的碳系、氮系、磷系、硫系污染物，在水体中形成优势菌种，提高净水效果。

7、该复合微生物絮凝剂从自然界筛选、驯化、富集，自身具有无毒无害的特点，同时，由于多糖等代谢产物的成份决定了其具有可生物降解性，故可作为无毒水处理药剂的使用。

对基础方案一的进一步优化，其菌液体积比为：枯草芽孢杆菌20％，巨大芽孢杆菌20％，解淀粉芽孢杆菌20％，类干酪乳杆菌15％，乳酸乳球菌15％，酵母菌10％。

菌液体积比在上述配比下，能够进一步保证最高的浊度去除率。另外，菌种混合培养的过程中，容易发生传代变化，发生传代变后，也容易导致比例发生变化；上述的范围，进一步保证传代的效果，保证菌种在传代范围内，仍然能够保絮凝剂的效果。

本发明的基础方案二如下：

用于自来水原水处理的复合微生物絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、菌种准备：准备枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、类干酪乳杆菌、乳酸乳球菌、酵母菌的菌种；

步骤二、菌种活化：将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌分别用营养肉汁液体培养基活化成原种；类干酪乳杆菌、乳酸乳球菌分别用乳酸菌液体培养基活化成原种；酵母菌用麦芽汁液体培养基活化成原种；

步骤三、扩大培养：将上述步骤活化的原种菌液分别接种到相对应的培养基中进行振荡培养，再通过发酵罐分批发酵，当微生物总菌数大于1×10⁸CFU/g时，收集各菌种的菌液；

步骤四、配置菌剂：将上述菌种的菌液按照体积比配置形成絮凝剂。

有益效果：

采用上述方法制作出本方案配制出本方案中的絮凝剂，有效活菌数保证在上述范围内，进一步保证了本方案中絮凝剂的絮凝效果。

对基础方案二的进一步优化，将步骤三中收集的菌液置于环境温度低于20℃的条件下保存。

进一步保证菌液保存的效果。

本发明的基础方案三如下：

用于自来水原水处理的复合微生物絮凝剂的使用方法，向原水中连续投加絮凝剂，且絮凝剂的总投入量为取水量的0.01～0.05％。

有益效果：发明人经过试验，采用此种方法和比例投加絮凝剂，不仅减少了沉淀的时间，同时保证了絮凝效果。如果直接随意将絮凝剂投入所取得水中，不容易控制絮凝的时间，导致絮凝时间长，例如1～2天。另外，采用连续性投入的方式，而不是一下全部投入的方式，也给予了菌剂一定的反应时间，进而保证絮凝的效果。

对基础方案三的进一步优化，絮凝剂投加完毕后，原水沉淀1.5～2.5h。

一般在这个时间范围内，沉淀效果就已经显现，不需要再浪费过多的时间进行沉淀。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

用于自来水原水处理的复合微生物絮凝剂的制备方法，包含如下步骤：

步骤一、菌种准备：准备枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、类干酪乳杆菌、乳酸乳球菌、酵母菌的菌种各一株；

步骤二、菌种活化：将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌分别用营养肉汁液体培养基(例如，LB肉汤培养基)活化成原种；类干酪乳杆菌、乳酸乳球菌分别用乳酸菌液体培养基活化成原种；酵母菌用麦芽汁液体培养基活化成原种；

步骤三、扩大培养：将上述步骤活化的原种菌液分别接种到相对应的培养基中进行振荡培养，再通过发酵罐分批发酵，当微生物总菌数大于1×10⁸CFU/g时，使用储罐收集各个菌种的菌液，并将储罐密闭；置于环境温度低于20℃的条件下保存。

步骤四、配置复合微生物絮凝剂：将上述菌液配置成絮凝剂，且各菌液占总菌液的体积比为：枯草芽孢杆菌15％～20％，巨大芽孢杆菌15％～20％，解淀粉芽孢杆菌15％～20％，类干酪乳杆菌15％～20％，乳酸乳球菌10％～15％，酵母菌10％～15％。(具体实验见实验案例一)

实验案例一：菌液配比试验

根据正交实验设计和综合考虑培养过程等因素，自来水原水处理菌种配比实验设计及数据如表1所示：

表1菌液配比对比

表1中第1组实验可以看出，当酵母菌的比例超过20％时，由于酵母菌过多，容易产生醇类物质，抑制其他菌种的生长，协调作用不好；最后制得的絮凝剂的浊度去除率相对较低，仅为77.33％。

表1中第6组和7组实验可以看出，当酵母菌的比例少于10％时，其浊度去除率达到了88％以上，相对较高。但是整个培养过程中的成本较高：因为酵母菌为兼氧菌，不用氧气也能够生长，其培养成本较低；而其他菌种培养的成本则相对较高；尤其是巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌培养过程中，不仅好氧而且对设备要求高，培养成本非常的大。综上，如果酵母菌比例低于10％，或者甚至不添加酵母菌，则其他菌液的添加量就会比较多，而培养花费的成本高，不利于后续大批量的生产。

从表1中数据可以看出，菌液配比在本方案所说的范围内，可以达到较高的浊度去除率。尤其，当枯草芽孢杆菌20％；巨大芽孢杆菌20％；解淀粉芽孢杆菌20％；类干酪乳杆菌15％；乳酸乳球菌15％；酵母菌10％时，浊度去除率最高，且最大去除率可以达到92.93％；而且菌群协调作用明显，不存在拮抗现场，有利于现场的实际使用。而且从表1中浊度的去除率来看，六种菌种在功能上的协调作用是很明显的；不仅对各自的功能没有减弱的作用，而且还能增强菌剂的功能，使功能变得更强，具有相互促进的作用，保证原水处理的效果，而且成本低。

从表1可知枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌三者比例均较大。根据表1中的数据，另外选择两种具有生物絮凝作用的菌株进行对比实验，实验过程中对表1中的两株主要菌剂进行替换，检测其絮凝效果，如表2所示：

表2菌液替换后效果对比

从表2中数据可以看出，当枯草芽孢杆菌25％；克雷伯氏菌25％；胶质芽孢杆菌25％；类干酪乳杆菌15％；乳酸乳球菌10％时，浊度的最大去除率可以达到88.80％。而且在酵母菌不添加的情况下，絮凝效果是最好的，说明混合菌剂可能存在拮抗，协调作用不好，不利于现场系统的使用。

复合微生物絮凝剂的使用方法如下：向自来水原水处理的反应沉淀池入口处连续性投加复合微生物絮凝剂；投加量根据自来水原水取水量(即：待处理的原水量)确定，絮凝剂总投入量一般为待处理的原水总量的0.01～0.05％(体积百分比)。需要注意的是，在夏季原水取水水质较差时，复合微生物絮凝剂的投加量需要增加投加量，一般为待处理的原水总量的0.05～0.1％比例连续投加。该复合微生物絮凝剂内各种菌种的菌液的体积比如下：枯草芽孢杆菌20％；巨大芽孢杆菌20％；解淀粉芽孢杆菌20％；类干酪乳杆菌15％；乳酸乳球菌15％；酵母菌10％。

实验案例二：复合微生物絮凝剂应用试验

向自来水原水处理模拟装置中连续投加絮凝剂，絮凝剂的总量为自来水原水取水量的0.05％，设计反应沉淀池内原水停留时间为2小时，实验原水采用长江原水。对投加复合微生物絮凝剂前后水质的浊度进行监控和检测，参见表3：

表3投加复合微生物絮凝剂的前后指标

项目	浊度(NTU)	浊度去除率(％)	CODcr去除率(％)
				长江原水	56.7	0	0
投加前出水	40.8	28.04	14.6
				投加后出水	2.3	95.94	68.7

由表3可以看出：在投加复合微生物絮凝剂后，浊度的去除率达到了95.94％，同时CODcr的去除率也达到了68.7％。可有效去除长江原水的浊度和CODcr，现有絮凝时，去除CODcr，一般需要在后续处理，而本方案可以在前序处理的时候就对其进行去除，极大地降低后工序的处理负荷。

在自来水原水处理工序中，通过投加复合微生物絮凝剂能有效降低原水的浊度，并达到95.94％的去除率，完全满足自来水原水处理要求；同时对自来水原水的CODcr有很好的去除率。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.用于自来水原水处理的复合微生物絮凝剂，其特征在于，由以下体积比的菌液配置而成：枯草芽孢杆菌15％～20％，巨大芽孢杆菌15％～20％，解淀粉芽孢杆菌15％～20％，类干酪乳杆菌15％～20％，乳酸乳球菌10％～15％，酵母菌10％～15％。

2.根据权利要求1所述的用于自来水原水处理的复合微生物絮凝剂，其特征在于，菌液体积比为：枯草芽孢杆菌20％，巨大芽孢杆菌20％，解淀粉芽孢杆菌20％，类干酪乳杆菌15％，乳酸乳球菌15％，酵母菌10％。

3.根据权利要求1或2所述的用于自来水原水处理的复合微生物絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、菌种准备：准备枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、类干酪乳杆菌、乳酸乳球菌、酵母菌的菌种；

步骤二、菌种活化：将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌分别用营养肉汁液体培养基活化成原种；类干酪乳杆菌、乳酸乳球菌分别用乳酸菌液体培养基活化成原种；酵母菌用麦芽汁液体培养基活化成原种；

步骤三、扩大培养：将上述步骤活化的原种菌液分别接种到相对应的培养基中进行振荡培养，再通过发酵罐分批发酵，当微生物总菌数大于1×10⁸CFU/g时，收集各菌种的菌液；

步骤四、配置菌剂：将上述菌种的菌液按照体积比配置。

4.根据权利要求3所述的用于自来水原水处理的复合微生物絮凝剂的制备方法，其特征在于：将步骤三中收集的菌液置于环境温度低于20℃的条件下保存。

5.根据权利要求1或2所述的用于自来水原水处理的复合微生物絮凝剂的使用方法，其特征在于：向待处理的原水中连续投加絮凝剂，且絮凝剂的总投入量为待处理原水量原水总量的0.01～0.05％。

6.根据权利要求5所述的用于自来水原水处理的复合微生物絮凝剂的使用方法，其特征在于：絮凝剂投加完毕后，原水沉淀1.5～2.5h。