CN110591974A - 一种用于皮革污泥干化的嗜热微生物菌剂的制备及使用方法 - Google Patents

一种用于皮革污泥干化的嗜热微生物菌剂的制备及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发酵生物技术领域，尤其涉及一种用于皮革污泥干化的嗜热微生物菌剂的制备及使用方法。本发明根据嗜热微生物嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、产黄纤维单胞菌、产朊假丝酵母、米根霉和绿色木霉的功能进行科学合理混合复配，使得该嗜热微生物混合菌群在皮革污泥生物干化过程中处于最佳的生长状态，各菌种间相互协同，互不拮抗，有效地抑制了有害微生物生长，大大提高了皮革污泥的降解效率和除臭效果，极大地缩短了污泥干化时间，显著降低了皮革污泥的含水量，污泥减量效果好，具有硫、氨氮去除率高，干化过程工艺简单，无毒无腐蚀，操作方便，生产投资小，生产成本低，不产生二次污染，达到污泥稳。

Description

一种用于皮革污泥干化的嗜热微生物菌剂的制备及使用方法
技术领域
本发明涉及发酵生物技术领域，尤其涉及一种用于皮革污泥干化的嗜热微生物菌剂的制备及使用方法。
背景技术
皮革工业在获得良好经济效益和社会效益同时，也产生大量皮革污水，每万吨皮革污水可产生10~20吨干基污泥，其污泥含有多种微生物形成的菌胶团、有机残片、无机颗粒、胶体等极其复杂的非均质体，同时含有盐类以及少量的病原微生物和寄生虫卵等，含水量可高达90%以上，难降解腐败有机物含量高，发出刺鼻的恶臭。因此，在其外排、利用前必须对皮革污泥进行干化处理，降低污泥含水量。传统处理的方法(填埋、堆肥、消化和焚烧等技术)均存在环境安全隐患和带来社会影响。而生物干化是一种投资小、设备运行操作简单、经济节能、环保的污泥干化技术。是利用微生物发酵过程中自身产生的热能使水分蒸发，含水量大幅下降，达到污泥稳定化、浓缩化、减量化和无害化处理的目的。由于嗜热微生物的种类繁多且随污泥内部干化层温度的变化，嗜热微生物的活性和主体种群都有变化。且污泥生物干化过程中还存在含硫、氮挥发性物质，导致干化过程产生恶臭和大气污染问题，所以，如何提高城市污泥生物干化效率并减少干化过程中硫、氮挥发性物质的挥发，减少恶臭，使各个嗜热微生物菌种都处于最佳生长状态是亟待解决的问题。
发明内容
针对生物干化存在的含硫、氮有机物高效降解和获得优势嗜热微生物复合菌群制剂这两个问题，本发明提供一种同时实现高效干化和降低硫、氮挥发性物质的价廉高效、稳定的用于皮革污泥高效生物干化嗜热微生物菌剂的制备及使用方法。
本发明的目的是通过如下途径实现的：一种用于皮革污泥干化的嗜热微生物菌剂的制备方法，其制备方法包括有以下步骤：
按本领域常规方法分别将嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)、凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis subsp. subtilis)、产黄纤维单胞菌(Cellulomonas flavigena)、产朊假丝酵母(Candida utilis)、米根霉(Rhizopus oryzae)和绿色木霉(Trichoderma viride)的菌株分别进行活化、液体扩大培养至培养液OD600为1.0-2.8，获各菌株培养菌液；
② 将嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌和产朊假丝酵母菌株的培养菌液按10-35：2-20：2-20：10-35：10-35的体积比混合，组成细菌和酵母混合菌液，备用；
③ 将所述米根霉和绿色木霉的菌液分别进行喷雾干燥，得含水量为1-4%的米根霉和绿色木霉菌粉，备用；
④ 将步骤③所得的米根霉和绿色木霉菌粉分别加入至步骤②所得的细菌和酵母混合菌液中进行混合复配，加入的米根霉与绿色木霉菌粉为等份，加入量为细菌和酵母混合菌液重量的20-35%，制得嗜热微生物复合菌群，备用；
⑤ 将步骤④所得嗜热微生物复合菌群进行固体发酵，干燥，粉碎，过40-60目筛，即得嗜热微生物菌剂。
作为本方案的进一步优化，所述的步骤⑤，是将步骤④所得嗜热微生物复合菌群按麸皮重量的30-60%与10-40目的麸皮混合，26-40ºC下进行固体发酵44-100 h，35-48ºC烘干至含水量低于8%，粉碎，过40-60目筛，得嗜热微生物菌剂。
一种嗜热微生物菌剂用于皮革污泥干化的方法， 其处理步骤如下：
首先将含水量为62-73%皮革污泥加入20%高碳量的秸秆粉辅料混合搅拌均匀，按重量比1000：1.2加入嗜热微生物菌剂，混合后的污泥含水量为42-50%，放入发酵池中发酵，发酵过程中每天一次翻堆操作；干化过程中，温度升至65ºC时，每天翻2次，温度降至32ºC时停止翻堆，堆至2.5-3.0 m高，进行第二次厌氧发酵，发酵结束后的干化污泥含水量30%以下。
作为本方案的进一步优化， 所述秸秆粉辅料直径小于0.5㎝。
作为本方案的进一步优化，其发酵、干化时间为春、夏、秋季总天数35天，冬季45天。
本发明一种用于皮革污泥高效生物干化的嗜热微生物菌剂及其制备方法，与现有技术比较，具有如下优势：
1、将多种具有特定功能的嗜热微生物经混合复配制得用于皮革污泥高效生物干化的嗜热微生物菌剂。该菌剂中的嗜热微生物容易培养生长，培养时不易污染杂菌，制备工艺简单。
2、该嗜热微生物菌剂在皮革污泥干化过程中可保证各个菌种都处于最佳生长状态，可有效地提高污泥降解效率，极大地缩短污泥干化时间，显著降低含水量，不添加大量的营养剂和调理剂，污泥减量效果好、成本低。
3、该菌剂中各菌种间相互协同，互不拮抗。嗜热链球菌和芽孢杆菌利用污泥腐败有机质生长，同时分泌大量生物酶，可有效降解污泥中的微生物细胞和腐败有机质，抑制有害微生物生长；酵母不仅可有效降解污泥腐败有机质，也可作为嗜热微生物菌剂中其他复配嗜热微生物菌的营养物质，有利于菌剂中复合菌群的快速增殖；霉菌的菌丝较发达，具有机械穿插功能，能对污泥起到一定物理破坏作用，有助于污泥腐败有机质降解，同时霉菌也以污泥有机物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源，直接利用降解腐败有机质、硫化氢和氨等并使自身得以增殖，同进净化了空气，消除异味。
4、该嗜热微生物菌剂可同时消除H2S对硝化过程的抑制作用，除臭效果明显。
5、皮革污泥高效嗜热微生物菌剂的生物干化过程工艺简单，无毒无腐蚀，操作方便，生产投资小，生产成本低，不产生二次污染，已达到污泥稳定化、浓缩化、减量化和无害化处理的目的。
具体实施方式
一种用于皮革污泥干化的嗜热微生物菌剂的制备方法，其制备方法包括有以下步骤：
按本领域常规方法分别将嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)、凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis subsp. subtilis)、产黄纤维单胞菌(Cellulomonas flavigena)、产朊假丝酵母(Candida utilis)、米根霉(Rhizopus oryzae)和绿色木霉(Trichoderma viride)的菌株分别进行活化、液体扩大培养至培养液OD600为1.0-2.8，获各菌株培养菌液；
其中，嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和产黄纤维单胞菌菌株的培养步骤如下：嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和产黄纤维单胞菌分别经斜面活化后，接种于液体培养基中进行扩大培养，振荡速率100-400 rpm，温度35-38ºC，pH 6.5-8.0，培养至生长对数期，且培养液OD600为1.0-2.8，分别得到相应各嗜热细菌的菌液，备用。TSB培养基：牛肉膏5 g、蛋白胨10 g、氯化钠5 g，加蒸馏水至1 L。固体培养基在该配方下添加1.5-2.0%的琼脂；
其中，嗜热产朊假丝酵母的培养步骤如下：产朊假丝酵母经斜面活化后，接种于液体培养基中扩大培养，振荡速率100-400 rpm，温度26-29ºC，pH 5.5-7.0，培养至生长对数期，且培养液OD600为1.0-2.8，得产朊假丝酵母菌液，备用。LB培养基：葡萄糖20 g，蛋白胨20 g、酵母膏 10 g，加蒸馏水至1 L。固体培养基在该配方下添加1.5-2.0%的琼脂；
其中，嗜热米根霉和绿色木霉的培养步骤如下：米根霉和绿色木霉分别经平板活化后，接种于液体培养基中扩大培养，振荡速率100-400 rpm，温度26-29ºC，培养至培养液OD600为1.0~2.8，分别得米根霉和绿色木霉的菌液。而后，米根霉和绿色木霉菌液分别进行喷雾干燥，得含水量为1-4%的米根霉和绿色木霉菌粉，备用。PDA培养基：葡萄糖20 g，马铃薯200g，加蒸馏水至1 L。固体培养基在该配方下添加1.5~2.0%的琼脂；
② 将嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌和产朊假丝酵母菌株的培养菌液按10-35：2-20：2-20：10-35：10-35的体积比混合，组成细菌和酵母混合菌液，备用；
③ 将所述米根霉和绿色木霉的菌液分别进行喷雾干燥，得含水量为1-4%的米根霉和绿色木霉菌粉，备用；
④ 将步骤③所得的米根霉和绿色木霉菌粉分别加入至步骤②所得的细菌和酵母混合菌液中进行混合复配，加入的米根霉与绿色木霉菌粉为等份，加入量为细菌和酵母混合菌液重量的20-35%，制得嗜热微生物复合菌群，备用；
⑤ 将步骤④所得嗜热微生物复合菌群进行固体发酵，干燥，粉碎，过40-60目筛，即得嗜热微生物菌剂。
所述的步骤⑤，是将步骤④所得嗜热微生物复合菌群按麸皮重量的30-60%与10-40目的麸皮混合，26-40ºC下进行固体发酵44-100 h，35-48ºC烘干至含水量低于8%，粉碎，过40-60目筛，得嗜热微生物菌剂。
一种嗜热微生物菌剂用于皮革污泥干化的方法，其处理步骤如下：首先将含水量为62-73%的皮革污泥加入20%高碳量的秸秆粉辅料混合搅拌均匀，按重量比1000：1.2加入嗜热微生物菌剂，混合后的污泥含水量为42-50%，放入发酵池中发酵，发酵过程中每天一次翻堆操作；干化过程中，温度升至65ºC时，每天翻2次，温度降至32ºC时停止翻堆，堆至2.5-3.0 m高，进行第二次厌氧发酵，发酵结束后的干化污泥含水量30%以下。所述秸秆粉辅料直径小于0.5㎝。其发酵、干化时间为春、夏、秋季总天数35天，冬季45天。
本发明方法是将上述菌种在各自适用的培养基和培养条件下，经斜面活化培养和液体扩大培养阶段，按一定的比例混合制成复合嗜热微生物菌剂，加入皮革污泥中进行生物干化，测定经过生物干化后的污泥含水量，以此确定加入微生物菌剂后的污泥生物干化效率。
实施例1:
一种用于皮革污泥高效生物干化的嗜热微生物菌剂，所述嗜热微生物菌剂由嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌、产朊假丝酵母、米根霉和绿色木霉混合复配制成。其中，嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和产黄纤维单胞菌在TSB培养基斜面活化培养后，在振荡速率200 rpm，36ºC，pH 7.0条件下，液体扩大培养培养，直至培养液OD600为2.5，进而分别得到嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌的菌液；产朊假丝酵母在LB培养基斜面活化培养后，在振荡速率210 rpm，28ºC，pH 6.5条件下，液体扩大培养培养，直至培养液OD600为2.6，得到产朊假丝酵母的菌液；米根霉和绿色木霉在PDA培养基平板活化培养后，在振荡速率180 rpm，29ºC条件下，液体扩大培养培养，直至培养液OD600为2.7，分别得到米根霉和绿色木霉的菌液，而后分别对米根霉和绿色木霉菌液进行喷雾干燥，得含水量为2%的米根霉和绿色木霉菌粉。
将嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌和产朊假丝酵母的菌液混合制成细菌和酵母混合菌液，其中，嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌和产朊假丝酵母菌株的菌液是按10：20：20：25：25的体积比混合。再将等份的米根霉和绿色木霉菌粉按细菌和酵母混合菌液重量的30%的添加进行混合复配，制得嗜热微生物复合菌群。
将嗜热微生物复合菌群按麸皮重量的45%与30目蒸煮过的麸皮混合，32ºC固体发酵98 h。38ºC烘干至含水量低于6%，制得用于皮革污泥高效生物干化的嗜热微生物菌剂。
首先将水分64%皮革污泥加入20%高碳量的秸秆粉辅料(直径小于0.5㎝)混合搅拌均匀，按重量比1000:1加入嗜热微生物菌剂，混合后干化污泥含水量为48%，放入发酵池中发酵，发酵过程中每天一次翻堆操作。其发酵、干化时间为春、夏、秋季总天数35天，冬季45天。干化过程中，温度升至60ºC时，每天翻2次，温度降至30ºC时停止翻堆，堆至2.5-3 m高，进行第二次厌氧发酵阶段，发酵结束后干化污泥含水量26.0%，具体生物干化后污泥指标见附表。
实施例2:
一种用于皮革污泥高效生物干化的嗜热微生物菌剂，所述嗜热微生物菌剂由嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌、产朊假丝酵母、米根霉和绿色木霉混合复配制成。其中，嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和产黄纤维单胞菌在TSB培养基斜面活化培养后，在振荡速率180 rpm，38ºC，pH 7.5条件下，液体扩大培养培养，直至培养液OD600为2.8，进而分别得到嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌的菌液；产朊假丝酵母在LB培养基斜面活化培养后，在振荡速率190 rpm，27ºC，pH 6.0条件下，液体扩大培养培养，直至培养液OD600为2.7，得到产朊假丝酵母的菌液；米根霉和绿色木霉在PDA培养基平板活化培养后，在振荡速率195 rpm，28ºC条件下，液体扩大培养培养，直至培养液OD600为2.7，分别得到米根霉和绿色木霉的菌液，而后分别对米根霉和绿色木霉菌液进行喷雾干燥，得含水量为1.5%的米根霉和绿色木霉菌粉。
将嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌和产朊假丝酵母的菌液混合制成细菌和酵母混合菌液，其中，嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌和产朊假丝酵母菌株的菌液是按15：15：15：20：35的体积比混合。再将等份的米根霉和绿色木霉菌粉按细菌和酵母混合菌液重量的33%的添加进行混合复配，制得嗜热微生物复合菌群。
将嗜热微生物复合菌群按麸皮重量的50%与30目的蒸煮过的麸皮混合，35ºC固体发酵100 h。37ºC烘干至含水量低于7%，制得用于皮革污泥高效生物干化的嗜热微生物菌剂。
首先将含水量为8%的皮革污泥加入20%高碳量的秸秆粉辅料(直径小于0.5㎝)混合搅拌均匀，按重量比1000：1.2加入嗜热微生物菌剂，混合后的污泥含水量为45%，放入发酵池中发酵，发酵过程中每天一次翻堆操作。其发酵、干化时间为春、夏、秋季总天数35天，冬季45天。干化过程中，温度升至65ºC时，每天翻2次，温度降至32ºC时停止翻堆，堆至2.5-3m高，进行第二次厌氧发酵阶段，发酵结束后干化污泥含水量27.1%，具体生物干化后污泥指标见附表。
嗜热链球菌在中国普通微生物菌种保藏管理中心的保藏编号为CGMCC 1.1855；
凝结芽孢杆菌在中国普通微生物菌种保藏管理中心的保藏编号为CGMCC 1.949；
枯草芽孢杆菌在中国普通微生物菌种保藏管理中心的保藏编号为CGMCC 1.107；
产黄纤维单胞菌在中国普通微生物菌种保藏管理中心的保藏编号为CGMCC 1.1002；
产朊假丝酵母在中国普通微生物菌种保藏管理中心的保藏编号为CGMCC 2.1180；
米根霉在中国普通微生物菌种保藏管理中心的保藏编号为CGMCC 3.851；
绿色木霉在中国普通微生物菌种保藏管理中心的保藏编号为CGMCC 3.3711。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
附表 生物干化泥质指标

Claims (5)

1.一种用于皮革污泥干化的嗜热微生物菌剂的制备方法，其特征在于，其制备方法包括有以下步骤：
① 按本领域常规方法分别将嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)、凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis subsp. subtilis)、产黄纤维单胞菌(Cellulomonas flavigena)、产朊假丝酵母(Candida utilis)、米根霉(Rhizopus oryzae)和绿色木霉(Trichoderma viride)的菌株分别进行活化、液体扩大培养至培养液OD600为1.0-2.8，获各菌株培养菌液；
② 将嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌和产朊假丝酵母菌株的培养菌液按10-35：2-20：2-20：10-35：10-35的体积比混合，组成细菌和酵母混合菌液，备用；
③ 将所述米根霉和绿色木霉的菌液分别进行喷雾干燥，得含水量为1-4%的米根霉和绿色木霉菌粉，备用；
④ 将步骤③所得的米根霉和绿色木霉菌粉分别加入至步骤②所得的细菌和酵母混合菌液中进行混合复配，加入的米根霉与绿色木霉菌粉为等份，加入量为细菌和酵母混合菌液重量的20-35%，制得嗜热微生物复合菌群，备用；
⑤ 将步骤④所得嗜热微生物复合菌群进行固体发酵，干燥，粉碎，过40-60目筛，即得嗜热微生物菌剂。
2.如权利要求1所述的一种用于皮革污泥干化的嗜热微生物菌剂的制备方法，其特征在于, 所述的步骤⑤，是将步骤④所得嗜热微生物复合菌群按麸皮重量的30-60%与10-40目的麸皮混合，26-40ºC下进行固体发酵44-100 h，35-48ºC烘干至含水量低于8%，粉碎，过40-60目筛，得嗜热微生物菌剂。
3.如权利要求1或2所述的一种嗜热微生物菌剂用于皮革污泥干化的方法，其特征在于, 其处理步骤如下：
首先将含水量为62-73%皮革污泥加入20%高碳量的秸秆粉辅料混合搅拌均匀，按重量比1000：1.2加入嗜热微生物菌剂，混合后的皮革污泥含水量为42-50%，放入发酵池中发酵，发酵过程中每天一次翻堆操作；干化过程中，温度升至65ºC时，每天翻2次，温度降至32ºC时停止翻堆，堆至2.5-3.0 m高，进行第二次厌氧发酵，发酵结束后的干化污泥含水量30%以下。
4.如权利要求3所述的一种嗜热微生物菌剂用于皮革污泥干化的方法，其特征在于,所述秸秆粉辅料直径小于0.5㎝。
5.如权利要求3所述的一种嗜热微生物菌剂用于皮革污泥干化的方法，其特征在于,其发酵、干化时间为春、夏、秋季总天数35天，冬季45天。
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