一种益生菌降解污水颜色的方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域,尤其涉及一种益生菌降解污水颜色的方法。
背景技术
环保问题是当下养殖业的面对的难题,尤其是随着养殖现代化、规模化水平的提高,单位畜舍养殖量得到了提升,将会集中排放高浓度有机废水,养殖废水的处理已成为了当下养殖场管理的重点。
目前,常见的养殖废水处理工艺为:废水经干湿分离,复合型厌氧接触池处理后去除大部分COD/SS,之后进入好氧生物接触池进行好氧生化处理,经MBR强化处理后进入氧化塘进行自然处理,之后排放。《畜禽养殖业污染物排放标准(GB/T 18596-2001)》中规定的污染物检测和控制项目包括生化需氧(BOD5)、化学需氧(COD)、悬浮物(SS)、氨氮(NH3-N)、总磷等,而对污水颜色和生物毒素未做限定。
养殖废水中存在大量的营养物和重金属微量元素,在处理过程中往往需要多层级的好氧生化池处理、强氧化剂和絮凝工序。很多情况下,即使污水指标合格了,其仍旧存在其他问题。环保公司可能仅保证污水达到国家标准,但是忽略了污水本身的感官和其他污染物的存在;作为养殖场,除了担心违法违规外,还需要额外担心周遭居民的投诉。污水排放时的颜色现象就是最典型的投诉点。
污水中的颜色来源主要有几方面:饲料残渣和粪便本身的颜色;重金属显色;生物色素/毒素。其中,使用常规物理、化学处理方法,可以去除污水中的营养物质和重金属离子,但是对色素/毒素的降解无能为力。生物色素/毒素主要来源于生化池中好氧生物的代谢,主要包括真菌类和藻类生物。在清水池至排水口常见的污水颜色为无色至淡黄色澄清液体,而色素/毒素超标的污水颜色常常呈现为红棕色、暗红色。
对于目前污水颜色的处理方法,常见的有化学、物理和生物方法。化学方法包括,强氧化剂(如,次氯酸钠)、漂白粉、强酸等;物理方法包括,吸附、絮凝、臭氧等。生物色素/毒素属于高分子络合物,结构稳定,因此需要大量的化学试剂、吸附剂、絮凝剂和臭氧处理。经过一般的处理方法使污水达到I级排放标准后,想要去除污水颜色所要花费的运行费用是原来的5~10倍。
生物方法是目前新型的污水颜色处理方法,主要的原理在于几个方面:1、抑制生化池中产毒素/色素生物的生长;2、吸附生化池中的色素;3、具有可代谢和降解生物毒素/色素的能力。生物方法具有低成本、易操作、环保可持续的特点,越来越受到重视。但是,目前最主要的问题在于,能够降解色素的微生物大多具有潜在生物危害性,使用不当将会带来污水的二次污染。
综上,现有污水颜色处理方法普遍存在以下问题:1.污水中的生物色素/毒素属于高分子络合物,结构稳定,因此需要大量的化学试剂、吸附剂、絮凝剂和臭氧处理;2.无论采用化学、物理还是生物方法可以使污水达到I级排放标准,但想要去除污水颜色所要花费的运行费用是原来的5~10倍。
因此,针对现有污水颜色处理方法需要大量的化学试剂、吸附剂、絮凝剂和臭氧处理以及无论采用化学、物理还是生物方法可以使污水达到I级排放标准,但想要去除污水颜色所要花费的运行费用是原来的5~10倍等问题,成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明为解决现有污水颜色处理方法需要大量的化学试剂以及去除污水颜色运行费用较高等问题,提供了一种益生菌降解污水颜色的方法。
本发明的目的是在于关注养殖污水中的颜色问题并提供解决思路,养殖粪污处理后出现的颜色问题既在科学实践上具有潜在危害性,又易于引起社会矛盾,现有的国家标准并未能给出直接的改善意见,当下的学术研究和技术应用也正处于开发期,并未受到过多的重视;在工业领域应用生物和医学学术前沿,污水处理属于环境工程领域,益生菌属于微生物、生物医学、营养学相关领域,工程领域研究的最显著特点是大量的实证经验和技术实现手段,而生物和医学领域在机理和学术研究上表现更突出,当前在污水处理中使用益生菌,属于跨领域的技术组合创新,对于实现生态养殖、循环养殖、绿色养殖而言具有重要意义。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明提供了一种益生菌降解污水颜色的方法,包括以下步骤:
步骤1、采用芽孢杆菌、乳酸球菌、乳酸杆菌、酵母菌以及霉菌中的一种或几种的组合配制复合益生菌制剂;
步骤2、将步骤1配制的1~2m3复合益生菌制剂投入容积为100~400m3的生化池污水内,并关闭污水进水口和污水出水口,控制BOD5含量为500~2000mg/L;
步骤3、将步骤2生化池内的液体过夜后,对其进行间隙换水并观察菌种的存活状态、池水污染物指标以及池水污染物颜色,当菌种活力不变且颜色可见褪去后,对其进行连续换水;当所述生化池内的液体的颜色未发现有变化,加大所述复合益生菌制剂的投入量直至颜色可见褪去;
步骤4、检测步骤3生化池内的液体中活性污泥的益生菌种含量,当益生菌种含量小于1x105cfu/mL,恢复原有的进水状态和出水状态;
步骤5、重复上述步骤1-4,对生化池内的污水进行持续处理。
进一步地,步骤1中所述芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、迟缓芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌以及侧孢芽孢杆菌中的一种或几种的组合。
进一步地,步骤1中所述芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、迟缓芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌以及侧孢芽孢杆菌中的一种或三种的组合。
进一步地,步骤1中所述乳酸球菌为粪肠球菌、屎肠球菌、乳酸肠球菌、乳酸片球菌、戊糖片球菌以及嗜热链球菌中的一种或几种的组合。
进一步地,步骤1中所述乳酸球菌为粪肠球菌、屎肠球菌、乳酸肠球菌、乳酸片球菌、戊糖片球菌以及嗜热链球菌中的一种或三种的组合。
进一步地,步骤1中所述乳酸杆菌为两歧双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、乳酸乳杆菌、植物乳杆菌、婴儿双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、青春双歧杆菌、罗伊氏乳杆菌、动物双歧杆菌、纤维二糖乳杆菌、发酵乳杆菌、保加利亚乳杆菌、产丙酸丙酸杆菌、布氏乳杆菌、副干酪乳杆菌中的一种或几种的组合。
进一步地,步骤1中所述乳酸杆菌为两歧双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、乳酸乳杆菌、植物乳杆菌、婴儿双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、青春双歧杆菌、罗伊氏乳杆菌、动物双歧杆菌、纤维二糖乳杆菌、发酵乳杆菌、保加利亚乳杆菌、产丙酸丙酸杆菌、布氏乳杆菌、副干酪乳杆菌中的一种或三种的组合。
进一步地,步骤1中所述酵母菌为产朊假丝酵母和酿酒酵母中的一种或几种的组合。
进一步地,步骤1中所述霉菌为黑曲霉和米曲霉中的一种或几种的组合。
进一步地,步骤1中所述复合益生菌制剂中芽孢杆菌、乳酸球菌以及乳酸杆菌的菌活范围为1x107~1x1010cfu/g,所述复合益生菌制剂中酵母菌和霉菌的菌活范围:1x106~1x109cfu/g。
进一步地,步骤4中,检测步骤3生化池内的液体中活性污泥的益生菌种含量,当活性污泥中含有稳定、连续繁殖且效果持续的益生菌种时,恢复原有的进水状态和出水状态。具体地,判断菌种稳定连续繁殖的方法主要包括两种:
镜检计数(估测):污水取样,在处理前对污水原有的菌群状态进行镜检并拍照记录菌种特征;处理后,持续跟踪污水中微生物的菌群状态和菌种特征。(污水原驻菌群与益生菌可在大小、形状、颜色透明度等多方面特征上区分开来);当视野中可见微生物数量益生菌和原驻菌群比例不低于1:100时,可认为该益生菌能够稳定存在于污水中。本方法适用于现场快速评价益生菌繁殖状态。
活菌计数(精测):污水取样,根据所加入益生菌的不同采取不同的培养基进行活菌计数。当处理后前后活菌计数可显示差异,且本次计数活菌含量不低于1x105cfu/mL时(酵母菌和霉菌可放宽至1x104cfu/mL),可认为加入的益生菌能够稳定存在于污水中。本方法检测周期长(3~7d),适用于菌种测试、质量检测等场景。
本发明采用上述技术方案,与现有技术相比,具有如下技术效果:
(1)更低成本的污水颜色处理方法,传统的物理和化学手段对于去除污水中的生物色素/毒素的能力有限,而使用生物处理方法将能够大幅度减少药剂、设备和资金的投入;
(2)更安全的污水颜色生物处理方法,益生菌目前的研究主要集中在动物和人类,也是经过大量理论和实践验证的对动物和人体无害的一类微生物,而污水处理上使用的大部分为工业微生物,其对于动物的风险是未知的。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍,以使更好的理解本发明,但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1
本发明实施例提供了一种益生菌单因素筛选方法,包括以下步骤:
步骤1、通过初步判定水体的颜色筛选出1-3类具有显著效益的饲料益生菌。
步骤2、将以上1-3类具有显著效益的饲料益生菌进行进一步筛选,筛选指标为:使用100~500mL生化池污水,每毫升生化池污水关键菌株添加1*104~1*108cfu/mL具有显著效益的饲料益生菌,在温度15~35℃,活性污泥含量30%~60%,有氧静置或摇瓶震荡,反应时间1~3天的条件下,观察菌株对污水红色降解的差异性;观察生化池污水中菌株在温度15~35℃,活性污泥含量30%~60%,有氧静置,时间1~14天时的存活情况,并与未添加菌株的生化池污水对比,检查颜色是否反复,同时与未添加菌株的生化池污水对比,在1~14天时,观察生化污水中活性污泥原驻菌群的存活情况;
步骤3、模拟生化池进/出水和曝气条件,观察关键菌株在温度15~35℃,活性污泥含量30%~60%,间歇性震荡,时间1~14天时条件下,关键性菌株的存活状态,检查污水颜色是否反复;
步骤4、最终筛选出最关键的菌株。
实施例2
本发明实施例提供了一种益生菌降解污水颜色的方法,包括以下步骤:
步骤1、采用芽孢杆菌、乳酸球菌、乳酸杆菌、酵母菌以及霉菌中的一种或几种的组合配制复合益生菌制剂;
步骤2、将步骤1配制的1~2m3复合益生菌制剂投入容积为200m3的生化池污水内,并关闭污水进水口和污水出水口,控制BOD5含量为500~2000mg/L;
步骤3、将步骤2生化池内的液体过夜后,对其进行间隙换水并观察菌种的存活状态、池水污染物指标以及池水污染物颜色,当菌种活力不变且颜色可见褪去后,对其进行连续换水;当所述生化池内的液体的颜色未发现有变化,加大所述复合益生菌制剂的投入量直至颜色可见褪去;
步骤4、检测步骤3生化池内的液体中活性污泥的益生菌种含量,当益生菌种含量小于1x105cfu/mL,恢复原有的进水状态和出水状态;
步骤5、重复上述步骤1-4,对生化池内的污水进行持续处理
本实施例提供了一种复合益生菌制剂中菌种的组合方式表,具体见表1。
表1.
组合 |
芽孢杆菌 |
乳酸球菌 |
乳酸杆菌 |
酵母菌 |
霉菌 |
组合1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
组合2 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
组合3 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
组合4 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
组合5 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
组合6 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
组合7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
组合8 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
表1中所指示的1为添加1~3种该类别菌种,0为未添加此类菌种。
其中:芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、迟缓芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌以及侧孢芽孢杆菌中的一种或三种的组合;
乳酸球菌为粪肠球菌、屎肠球菌、乳酸肠球菌、乳酸片球菌、戊糖片球菌以及嗜热链球菌中的一种或三种的组合;
乳酸杆菌为两歧双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、乳酸乳杆菌、植物乳杆菌、婴儿双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、青春双歧杆菌、罗伊氏乳杆菌、动物双歧杆菌、纤维二糖乳杆菌、发酵乳杆菌、保加利亚乳杆菌、产丙酸丙酸杆菌、布氏乳杆菌、副干酪乳杆菌中的一种或三种的组合;
酵母菌为产朊假丝酵母和酿酒酵母中的一种或两种的组合;
霉菌为黑曲霉和米曲霉中的一种或两种的组合。
实施例3
本发明实施例提供了一种益生菌降解污水颜色的方法,包括以下步骤:
步骤1、养殖场生化池,清水池污水取样,采用源耀生物研发实验室菌种库中现有的复合益生菌制剂。污水和复合益生菌制剂的反应体系规模为100~500mL;每毫升污水中复合益生菌制剂的添加量为:细菌类(芽孢杆菌/乳酸菌)添加:1*105~1*108cfu/mL;真菌类(酵母菌/霉菌)添加:1*104~1*107cfu/mL;反应温度15~35℃;活性污泥含量30%~60%;有氧静止或摇瓶震荡;反应时间为0~24h。
步骤2、通过单因素试验结果,初步判定该水体的红色可以通过本实验室菌种库中的酵母菌、乳酸杆菌和乳酸球菌去除,其中包括了10种关键菌株,包括4株酿酒酵母、2株噬酸乳杆菌、1株植物乳杆菌、2株噬热链球菌、1株保加利亚乳杆菌。
步骤3、将以上10种关键菌株进行进一步筛选,筛选指标为:使用100~500mL生化池污水,每毫升生化池污水关键菌株添加1x105~1x108cfu/mL的乳酸杆菌、1x105~1x108cfu/mL的乳酸球菌以及1*104~1*107cfu/mL的酵母菌,在温度15~35℃,活性污泥含量30%~60%,有氧静置或摇瓶震荡,反应时间1~3天的条件下,观察菌株对污水红色降解的差异性;观察生化池污水中菌株在温度15~35℃,活性污泥含量30%~60%,有氧静置,时间1~14天时的存活情况,并与未添加菌株的生化池污水对比,检查颜色是否反复,同时与未添加菌株的生化池污水对比,在1~14天时,观察生化污水中活性污泥原驻菌群的存活情况;
步骤4、模拟生化池进/出水和曝气条件,观察关键菌株在温度15~35℃,活性污泥含量30%~60%,间歇性震荡,时间1~14天时条件下,关键性菌株的存活状态,检查污水颜色是否反复;
步骤5、最终筛选出最关键的菌株为噬酸乳杆菌,添加量为1x106cfu/mL,在水体温度为25℃,活性污泥含量为50%时,静置并间歇性震荡,反应12h内可见污水颜色褪去,在24h后污水颜色变化减缓。
实施例4
本发明实施例提供了一种益生菌降解污水颜色的方法,包括以下步骤:
步骤1、通过收集上海崇明某万头猪场内不同类型猪的粪便,烘干后进行泡水观察,发现不同日龄阶段的猪的粪便泡水颜色差别非常大,妊娠母猪的粪便水颜色要淡于哺乳母猪;育肥猪的粪便水颜色淡于保育仔猪。对比这四类猪日粮特点可以发现,妊娠母猪和育肥猪日粮的营养成分(能量、粗蛋白、微量元素)要普遍低于哺乳母猪和保育仔猪。
步骤2、采用益生菌发酵产品对粪便水进行颜色降解处理,益生菌产品内包括发酵豆粕和发酵微量元素,其中,两种产品分别以不同的原理,影响动物的消化吸收,直接或间接地解决污水颜色问题;
步骤3、上述益生菌产品内的发酵豆粕对粪便水进行颜色降解处理,发酵豆粕采用多类益生菌发酵,包括噬酸乳杆菌1x106cfu/g、噬热链球菌1x106cfu/g、酿酒酵母1x105cfu/g、保加利亚乳杆菌1x106cfu/g,可以提高豆粕蛋白真消化率,降低豆粕抗营养因子含量,减少粪便氮排放,降低污水处理负荷,减淡污水颜色。其中,通过发酵作用,可以提高豆粕蛋白真消化率5%~10%,减少日粮配方豆粕用量1%~3%,减少0.5%~2%的粪便氮排放。
步骤4、上述益生菌产品内的发酵微量元素对粪便水进行颜色降解处理,由于与污水颜色关系较大的必需微量元素包括铜、铁和硒,铜和铁元素本身与污水中的腐殖质络合生成稳定的高分子显色物质;硒元素会刺激水体中产色素藻类和单胞菌的生长,造成水体显色。保育仔猪日粮是微量元素超标的重灾区,以铜为例,饲料中添加高铜(2000mg/kg氧化铜)能够有效减少仔猪的腹泻率,降低肠黏膜通透性,促进仔猪肠道发育。微量元素经过酵母发酵后,与酵母细胞质颗粒结合,生成稳定的微量元素络合物。而这将大幅提升微量元素的过胃率,能够保证在低剂量添加的情况下实现动物正常的生长性能。减轻的剂量范围分别是:铜(5mg/kg酵母铜生物学利用率相当于10mg/kg硫酸铜,通过部分或全替代可减少饲料20%~50%的铜元素使用);铁(60mg/kg酵母铁生物学利用率相当于100mg/kg硫酸亚铁,通过部分或全替代可减少饲料20%~40%的铁元素使用);硒(0.1~0.3mg/kg酵母硒生物学效益可相当于0.5mg/kg的亚硒酸钠,通过部分或全替代可减少饲料40%~80%的硒元素使用)。
实施例5
本发明实施例提供了现有污水颜色处理与益生菌降解污水颜色方法的对比例,其中上海某万头猪场现有的污水处理工艺为:废水经复合型厌氧接触池处理后去除大部分COD、SS,之后进入好氧生物接触池进行好氧生化处理,经膜生物反应器强化处理后进入氧化塘进行自然处理,之后排放;原有的工艺在处理污水颜色时,采取的措施为:在氧化塘处理后,增加臭氧处理和絮凝循环水处理工艺。然而,该猪场一天进水约50~70m3,因污水颜色问题耗费大量时间,导致出水量效率降低,大量待处理污水积压,该猪场现有工艺下,达到脱色效果的臭氧处理效率约为10~20m3/天,远达不到对污水颜色处理和排放量的要求。
采用本发明提供的益生菌参与处理的工艺为:在生化池(总容积约200m3)中投入1~2m3菌活为1x108cfu/mL的植物乳杆菌菌液,菌液由原菌粉经活化和预培养后获得,该菌株的选择和使用遵从本发明的技术方法,菌液投入的24h内便可见污水明显的褪色效果,结合后工段中絮凝和臭氧的处理,在基本去除污水颜色的情况下,可以实现40~60m3/天的污水排放量,有效解决了其污水处理和排放的问题。
本发明针对现有污水颜色处理方法需要大量的化学试剂、吸附剂、絮凝剂和臭氧处理以及无论采用化学、物理还是生物方法可以使污水达到I级排放标准,但想要去除污水颜色所要花费的运行费用是原来的5~10倍等问题,本发明提供的污水颜色降解方法污水处理中使用益生菌,属于跨领域的技术组合创新,对于实现生态养殖、循环养殖、绿色养殖而言具有重要意义;使用生物处理方法将能够大幅度减少药剂、设备和资金的投入;经过大量理论和实践验证的对动物和人体无害。
以上对本实用益生菌降解污水颜色的方法的具体实施例进行了详细描述,但其只是作为范例,本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言,任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此,在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改,都应涵盖在本发明的范围内。