CN109609407A - 一种用于原位污泥减量的嗜热微生物菌株及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属环境工程污水生化处理技术领域，公开了一种用于原位污泥减量的嗜热微生物菌株及其应用。该菌株保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏号为CGMCC NO.16150。该菌株制备的菌剂可适用于一切活性污泥法生化处理系统及其变形工艺，如间歇式活性污泥法(SBR)、厌氧‑好氧活性污泥法(AO)、厌氧‑缺氧‑好氧活性污泥法(A2O)等。该嗜热微生物菌剂可直接投加于好氧池内，能够提高系统污泥降解能力40％以上，实现源头污泥减量的目的，且可以稳定污水处理系统的处理能力；另外不需要额外的设备投资；具有操作简单、运行管理方便、安全环保、成本低、无二次污染等优点。

Description

一种用于原位污泥减量的嗜热微生物菌株及其应用
技术领域
本发明属于环境工程污水生化处理技术领域，具体涉及一种用于原位污泥减量的嗜热微生物菌株及其应用。
背景技术
活性污泥法是目前世界上污水处理厂应用最为广泛的生物处理技术，该技术成熟、处理效果良好、运行稳定，但与此同时，伴随着大量剩余污泥的产生。剩余污泥含水率高，易腐烂，含有大量的病原菌、寄生虫(卵)以及铬、汞等重金属和二噁英、苯并芘等难以降解的有毒有害及致癌物质，极易对土壤、地下水等造成二次污染，危害人类健康，处理费用占污水处理系统总成本的50％-60％，处理不当则会带来严重的二次污染，目前成为污水处理厂亟待解决的一大难题。
据统计，按照现在每年的污水增长速度，2020年将相应地产生含水率80％的剩余污泥8000万吨，此数量可谓惊人，而且伴随着污水处理量的增加和处理程度的深化，污泥产量还会进一步增加。
目前，污泥处理大都采用土地利用、堆肥、消化、焚烧、卫生填埋等方法，但这些方法投资运行成本大，易产生二次污染，造成土地和大气污染。相比之下，生物法处理剩余污泥具有能耗低、成本低、可避免二次污染等优势，是一项实现污泥源头治理的绿色技术，既符合经济效益又符合环保效益。
有研究表明，微生物细胞体占剩余污泥的70％左右，其中又以多聚糖和蛋白质含量居多，蛋白质含量占50％以上。嗜热微生物能够分泌具有优良热稳定性的蛋白酶和淀粉酶等胞外酶，在污泥降解中表现出很好的细胞溶解酶活性。
发明内容
针对目前污泥减量化技术大都采用物理、化学法处理所存在的不足，本发明提供了一种能够直接投加于污水处理系统好氧池内的嗜热微生物菌株，能够分泌大量水解胞外酶，促进水体中大分子有机物包括死亡的微生物等分解成小分子有机物，这种小分子有机物很容易被多种微生物利用，从而达到污泥减量，同时可以延长污泥龄，提高活体微生物浓度，增加原生动物和后生动物的生物作用，增强污水处理系统的处理能力；能够在保证出水指标正常的情况下，从源头上实现污泥减量的目的，具有操作简单、成本低、无二次污染、对原系统无不利影响、安全环保等优点；且本发明菌剂可投加入化工污水生化处理系统，能适应化工污水的处理环境，实现化工污泥的源头减量。
经过长期研究，发明人从高温环境中筛选得到一株高效污泥降解菌株，将该菌株编号YJY18-01，该菌株能够分泌大量水解胞外酶，该酶可以促进水体中大分子有机物包括死亡的微生物等分解成小分子有机物，这种小分子有机物很容易被多种微生物利用，从而达到污泥减量，同时可以延长污泥龄，提高活体微生物浓度，增加原生动物和后生动物的生物作用，增强污水处理系统的处理能力。
菌株YJY18-01，对其进行了16SrDNA测序，其核苷酸序列如Seq ID No：1所示，该序列为菌株的16SrDNA的全序列，所测得的16SrDNA序列进行BLAST比对。
其形态特征如下：革兰氏阳性菌，无荚膜，杆状；该菌株在普通营养琼脂上形成圆形突起的菌落，菌落表面粗糙不透明，呈乳白色或微黄色，在液体培养基中生长时，常形成皱醭。经鉴定，在分子水平上确定为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员普通微生物中心，保藏编号为CGMCC NO.16150。
发明人进一步公开了一种用于原位污泥减量的嗜热微生物菌剂，其有效活菌数为2.1×109～5×1010cfu/g，该菌剂的制备方法如下：
1)菌种活化：取1～5μL冻存的枯草芽孢杆菌接种于含有5ml LB液体培养基的试管内，于30～37℃，150～180rpm培养16h-24h；
2)液体种子制备：将活化的试管菌种转接到200ml LB液体培养基中，于30～37℃，150～180rpm培养16h-24h；
3)发酵：将制备好的液体种子按照5％～10％(V/V)的接种量接种到发酵罐进行扩大培养，培养温度30℃～35℃，pH：6.8-7.5，转速：200rpm，发酵罐压：0.05Mpa，通气量比：1:1，发酵周期：14-18h；
更进一步的所用的发酵培养基为：葡萄糖20-24g/L，蛋白胨2-5g/L，酵母粉1-2g/L，硝酸铵2-3g/L，氯化钠4-5g/L，磷酸二氢钾0.5-1g/L，硫酸锰0.3-0.4g/L，硫酸镁1-2g/L，硫酸亚铁0.02-0.05g/L，碳酸钙1-2g/L，消泡剂1-2g/L，初始pH7.0-7.2。此发酵培养基为优化后培养基，与常规LB培养基相比，能够使菌体产芽孢速度和芽孢率提高，更能适应车间的大量生产运行，保证后期菌粉中的有效活菌数。
4)菌粉制备：当发酵培养至衰落期(芽孢量最高)时停止发酵，按照质量比添加2～4％的硅藻土、1～2％的玉米淀粉吸附处理发酵液后，对发酵液进行离心、分离得到固体菌体，进行干化处理后获得菌粉，菌粉的含水率控制在20％以下。
上述嗜热微生物菌剂的应用，发明人提供了以下方法：
将制备的菌剂投加至污水处理系统的好氧池内，投加量按照质量体积比为好氧池容积的0.1‰～1‰(w/v)，控制好氧池溶解氧在2～4mg/L，温度20-38℃。菌剂可直接在污水处理系统的好氧池内存活繁殖。
优选的，首次投加菌剂时，好氧池的活性污泥含量控制在2000～14000mg/L。
更加优选的，首次投加菌剂后，每隔7～10天补加一次菌剂，补加量为好氧池容积的0.1‰～1‰，连续补加3～4次。使该嗜热微生物菌株在好氧池内快速形成稳定的群体，达到系统稳定运行。
本发明所提供的嗜热微生物菌剂适用于一切活性污泥法生化处理系统及其变形工艺，如间歇式活性污泥法(SBR)、厌氧-好氧活性污泥法(AO)、厌氧-缺氧-好氧活性污泥法(A2O)等，并且能够较好的适应石化废水处理系统，实现减少剩余污泥产生的目的。
本发明采用的方法具有以下优势：
(1)本发明的菌剂在好氧池内形成稳定的群体后，无需再投加菌粉即可达到稳定运行的效果。
(2)该菌剂能够在直接投加入污水处理系统好氧池内，无需添加额外的设备设施，即可在原位上实现污泥减量，操作方便、能耗低、成本低。
(3)本发明中的嗜热微生物菌剂能够适应多种污泥环境，尤其能够较好的适应石化废水处理系统，打破了一般菌剂无法适应石化废水处理系统的问题。
(4)污泥减量效果显著。投加菌剂后，系统污泥降解能力提高了40％以上，实现了源头减量的目的。
(5)不需要额外的设备投资和基建投资，无需额外的增加人员管理费用。
(6)安全环保、无二次污染、运行管理方便。
保藏信息
保藏时间：2018年07月25日；
保藏单位名称：中国微生物菌种保藏管理委员普通微生物中心；
保藏编号：CGMCC No.16150；
保藏单位地址：北京市朝阳区北辰西路1号院中科院微生物研究所；
分类命名:枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)；
附图说明
图1实施例3中投加菌剂前后SV变化情况示意图；
其中a为投加菌剂后；b为投加菌剂前。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。除特殊说明外，以下实施例中均采用常规技术操作完成。
实施例1
一种用于原位污泥减量的嗜热微生物菌剂，该菌剂的制备方法如下：
1)菌种活化：取1～5μL冻存的枯草芽孢杆菌接种于含有5ml LB液体培养基的试管内，于30～37℃，150～180rpm培养16h-24h；
2)液体种子制备：将活化的菌种转入三角瓶内，每支试管转接一个三角瓶，每个三角瓶装200ml LB液体培养基，于30～37℃，150～180rpm培养16h-24h；
3)发酵：将制备好的液体种子按照10％(V/V)的接种量接种到发酵罐进行扩大培养，培养温度30℃～35℃，pH：6.8-7.5，转速：200rpm，发酵罐压：0.05Mpa，通气量比：1:1，发酵周期：14-18h；
所用的发酵培养基为：葡萄糖24g/L，蛋白胨2g/L，酵母粉1g/L，硝酸铵2g/L，氯化钠5g/L，磷酸二氢钾1g/L，硫酸锰0.4g/L，硫酸镁1g/L，硫酸亚铁0.02g/L，碳酸钙1g/L，消泡剂1g/L，初始pH 7.2。
4)菌粉制备：当发酵培养至衰落期时停止发酵，按照质量比添加硅藻土、玉米淀粉吸附处理发酵液后，对发酵液进行离心、分离得到固体菌体，进行干化处理后获得菌剂；其有效活菌数为1×1010～5×1010cfu/g。
实施例2
一种用于原位污泥减量的嗜热微生物菌剂，该菌剂的制备方法如下：
1)菌种活化：取1～5μL冻存的枯草芽孢杆菌接种于含有5ml LB液体培养基的试管内，于30～37℃，150～180rpm培养16h-24h；
2)液体种子制备：将活化的菌种转入三角瓶内，每支试管转接一个三角瓶，每个三角瓶装200ml LB液体培养基，于30～37℃，150～180rpm培养16h-24h；
3)发酵：将制备好的液体种子按照5％(V/V)的接种量接种到发酵罐进行扩大培养，培养温度30℃～35℃，pH：6.5-7.5，初始转速：180rpm，发酵罐压：0.05Mpa，通气量比：1:1，发酵周期：14-24h；
所用的发酵培养基为：葡萄糖20g/L、蛋白胨5g/L、酵母粉1g/L、硝酸铵2g/L、氯化钠5g/L、磷酸氢二钾1g/L、硫酸锰0.3g/L，消泡剂1g/L，初始pH 7.0。
4)菌粉制备：当发酵培养至衰落期时停止发酵，按照质量比添加硅藻土、玉米淀粉吸附处理发酵液后，对发酵液进行离心、分离得到固体菌体，进行干化处理后获得菌剂；其有效活菌数为2.1×109～2×1010cfu/g。
实施例3
某污水处理系统好氧池采用间歇曝气的方式进行污水处理，运行操作主要条件为：pH6.5～8.5、温度20～35℃、溶解氧2～4mg/L，系统中好氧池内的污泥浓度在4000mg/L～7000mg/L左右。
先按照好氧池容积的0.5‰的比例投加嗜热微生物菌剂(实施例1中所制备的菌剂)，后续连续3周，每周按照好氧池容积的0.1‰比例投加菌剂1次，即共计投加菌粉4次，形成稳定菌群。
系统连续运行60天，投加菌剂后污泥浓度明显降低，污泥降解率30％～40％，且系统中好氧池的SV(污泥沉降比)由85％降至48％，污泥表现出较好的沉降性能，污泥膨胀情况好转，见图1。
实施例4
某石化废水处理系统采用A2O的工艺运行，运行操作主要条件为：pH 6.5～8.0、温度25～35℃、溶解氧2～4mg/L，系统中好氧池内的污泥浓度在7000mg/L～14000mg/L左右。(因属于石化废水处理系统产生的剩余污泥，目前只能采用焚烧的方法进行处理，需经过脱水、干化处理后焚烧，能耗高，且易产生二次污染。)
刚开始时按好氧池容积的0.5‰投加嗜热微生物菌剂(实施例1所述的菌剂)，后续连续3周，每周按照好氧池容积的0.1‰比例投加菌剂1次，即共计投加菌粉4次，形成稳定菌群，连续运行60天。
投加菌剂前好氧池日均降解含水率80％的污泥15.24吨，投加菌剂后，日均降解含水率80％的污泥21.71吨，即投加菌剂后，可以每天比未投加菌剂前多降解含水率80％的污泥6.47吨，污泥降解能力提高42.45％。
实施例5
某综合污水处理厂采用A2O的工艺进行污水处理，运行操作主要条件为：pH 6.5～8.5、温度20～38℃、溶解氧2～4mg/L，系统中好氧池内的污泥浓度在6000mg/L～10000mg/L左右。
先按照好氧池容积的1‰的比例投加嗜热微生物菌剂(实施例1所述的菌剂)，后续连续3周，每周按照好氧池容积的0.5‰比例投加菌剂1次，即共计投加菌粉4次，形成稳定菌群。
系统连续运行60天，投加菌剂后污泥浓度明显降低，污泥降解率25％～30％，且系统中好氧池的SV由95％降至65％。
该微生物菌剂产品利用嗜热微生物产蛋白酶的特点，分泌大量的水解胞外酶，促进水体中大分子有机物包括死亡的微生物分解成小分子有机物，这种小分子有机物很容易被多种微生物利用，从而达到污泥减量的目的。所以在具体实施过程中，可根据具体的活性污泥含量来选择适当的菌剂投加比例，具体投加量根据实际污泥浓度来调整。
序列表
<110> 黄河三角洲京博化工研究院有限公司
<120> 一种用于原位污泥减量的嗜热微生物菌株及其应用
<160> 1
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 1423
<212> DNA
<213> 枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)
<400> 1
tggcggctgg ctcctaagag gttaccttac cgacttcggg tgttacaaac tctcgtggtg 60
tgacgggcgg tgtgtacaag gcccgggaac gtattcaccg cggcatgctg atccgcgatt 120
actagcgatt ccagcttcac gcagtcgagt tgcagactgc gatccgaact gagaacagat 180
ttgtgggatt ggcttaacct cgcggtttcg ctgccctttg ttctgtccat tgtagcacgt 240
gtgtagccca ggtcataagg ggcatgatga tttgacgtca tccccacctt cctccggttt 300
gtcaccggca gtcaccttag agtgcccaac tgaatgctgg caactaagat caagggttgc 360
gctcgttgcg ggacttaacc caacatctca cgacacgagc tgacgacaac catgcaccac 420
ctgtcactct gcccccgaag gggacgtcct atctctagga ttgtcagagg atgtcaagac 480
ctggtaaggt tcttcgcgtt gcttcgaatt aaaccacatg ctccaccgct tgtgcgggcc 540
cccgtcaatt cctttgagtt tcagtcttgc gaccgtactc cccaggcgga gtgcttaatg 600
cgttagctgc agcactaagg ggcggaaacc ccctaacact tagcactcat cgtttacggc 660
gtggactacc agggtatcta atcctgttcg ctccccacgc tttcgctcct cagcgtcagt 720
tacagaccag agagtcgcct tcgccactgg tgttcctcca catctctacg catttcaccg 780
ctacacgtgg aattccactc tcctcttctg cactcaagtt ccccagtttc caatgaccct 840
ccccggttga gccgggggct ttcacatcag acttaagaaa ccgcctgcga gccctttacg 900
cccaataatt ccggacaacg cttgccacct acgtattacc gcggctgctg gcacgtagtt 960
agccgtggct ttctggttag gtaccgtcaa ggtaccgccc tattcgaacg gtacttgttc 1020
ttccctaaca acagagcttt acgatccgaa aaccttcatc actcacgcgg cgttgctccg 1080
tcagactttc gtccattgcg gaagattccc tactgctgcc tcccgtagga gtctgggccg 1140
tgtctcagtc ccagtgtggc cgatcaccct ctcaggtcgg ctacgcatcg ttgccttggt 1200
gagccgttac ctcaccaact agctaatgcg ccgcgggtcc atctgtaagt ggtagccgaa 1260
gccacctttt atgtttgaac cctgcggttc aaacaagcat ccggtattag ccccggtttc 1320
ccggagttat cccagtctta caggcaggtt acccacgtgt tactcacccg tccgccgcta 1380
acatcaggga gcaagctccc atctgtccgc tcgactgcag ttg 1423

Claims (10)

1.一种用于原位污泥减量的嗜热微生物菌株，其特征在于，该菌株为枯草芽孢杆菌()(Bacillus subtilis)，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员普通微生物中心，保藏编号为CGMCC NO.16150。
2.根据权利要求1所述的嗜热微生物菌株，其特征在于，其16SrDNA的核苷酸序列如SeqID No：1所示。
3.一种用于原位污泥减量的嗜热微生物菌剂，其特征在于，该菌剂的制备方法包括：1)菌种活化；2)液体种子制备；3)发酵；4)菌粉制备；其中：
所述的2)液体种子制备过程为：将活化的试管菌种转接到200ml LB液体培养基中，于30～37℃，150～180rpm培养16h-24h；
所述的3)发酵具体过程为：将制备好的液体种子按照5％～10％(V/V)的接种量接种到发酵罐进行扩大培养，培养温度30℃～35℃，pH：6.8-7.5，转速：200rpm，发酵罐压：0.05Mpa，通气量比：1:1，发酵周期：14-18h。
4.根据权利要求3所述的嗜热微生物菌剂，其特征在于，所述的1)菌种活化具体过程为：取1～5μL冻存的枯草芽孢杆菌接种于含有5ml LB液体培养基的试管内，于30～37℃，150～180rpm培养16h-24h。
5.根据权利要求3所述的嗜热微生物菌剂，其特征在于，所述的4)菌粉制备具体过程为：当发酵培养至衰落期时停止发酵，按照质量比添加2～4％的硅藻土、1～2％的玉米淀粉吸附处理发酵液后，对发酵液进行离心、分离得到固体菌体，进行干化处理后获得菌粉，菌粉的含水率控制在20％以下。
6.根据权利要求3所述的嗜热微生物菌剂，其特征在于，步骤3)发酵过程中所用的发酵培养基为：葡萄糖20-24g/L，蛋白胨2-5g/L，酵母粉1-2g/L，硝酸铵2-3g/L，氯化钠4-5g/L，磷酸二氢钾0.5-1g/L，硫酸锰0.3-0.4g/L，硫酸镁1-2g/L，硫酸亚铁0.02-0.05g/L，碳酸钙1-2g/L，消泡剂1-2g/L，初始pH7.0-7.2。
7.根据权利要求3所述的嗜热微生物菌剂，其特征在于，该菌剂的有效活菌数为2.1×109～5×1010cfu/g。
8.权利要求3所述的嗜热微生物菌剂的应用，其特征在于，将制备的菌剂投加至污水处理系统的好氧池内，投加量按照质量体积比为好氧池容积的0.1‰～1‰w/v，控制好氧池溶解氧在2～4mg/L，温度20-38℃。
9.根据权利要求8所述的嗜热微生物菌剂的应用，其特征在于，首次投加菌剂时，好氧池的活性污泥含量控制在2000～14000mg/L。
10.根据权利要求8或9所述的嗜热微生物菌剂的应用，其特征在于，首次投加菌剂后，每隔7～10天补加一次菌剂，补加量为好氧池容积的0.1‰～1‰，连续补加3～4次。
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