CN110591975A

CN110591975A - 一种用于处理市政污泥的固定化嗜热微生物菌群及其制备、使用方法

Info

Publication number: CN110591975A
Application number: CN201910989313.7A
Authority: CN
Inventors: 曾虹燕; 邢喜成; 张卫平; 张栋; 徐圣
Original assignee: Hunan Jieyuan Bioenergy Technology Co Ltd
Current assignee: Hunan Jieyuan Bioenergy Technology Co Ltd
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2019-12-20

Abstract

本发明涉及发酵生物技术领域，特别是一种用于处理市政污泥的固定化嗜热微生物菌群及其制备、使用方法。该微生物菌群是由嗜热细菌、嗜热酵母复配构成；通过固定化使嗜热微生物菌群在市政污泥生物干化过程中处于最佳生长状态，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，显著降低了市政污泥的含水量，污泥减量效果好。

Description

一种用于处理市政污泥的固定化嗜热微生物菌群及其制备、使用方法

技术领域

本发明涉及发酵生物技术领域，特别是一种用于处理市政污泥的固定化嗜热微生物菌群及其制备、使用方法。

背景技术

随着城市生活污水量的增加，我国市政污泥产量日益增多，预计到2020年的市政污泥总产量将达到6000万吨，污泥减量与资源化逐渐成为国家发展的战略需求。污泥处置不当容易产生二次污染，不仅会影响污水处理系统的处理能力，也会对生态环境和人类活动造成严重威胁。污泥作为污水处理过程中产生的废弃物，其自身成分比较复杂，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，且携带大量的微生物、病原菌以及有机污染物等。因此，在其外排、利用前必须对市政污泥进行干化处理，降低污泥含水量，而传统处理的方法(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。生物干化方法是一种投资小、设备运行操作简单、经济节能、环境友好，处理成本低，二次污染小的污泥干化技术。是利用微生物发酵过程中自身产生的热能使水分蒸发，使含水量大幅下降，达到污泥稳定化、浓缩化、减量化和无害化处理的目的。固定化微生物技术可使微生物在某一固定区域具有较高的浓度，减轻或消除微生物的流失，同时有利于优势微生物种群的培养，使每个嗜热微生物菌种都处于最佳生长状态，提高生物干化处理过程的稳定性，减少或消除副反应的发生，便于储藏运输和控制干化处理过程，提高城市污泥生物干化效率并减少干化过程中硫、氮挥发性物质挥发，减少恶臭。开发高效固定化嗜热微生物菌群，可从本质上提高污泥生物干化过程，是处理市政污泥的有效途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于处理市政污泥的固定化嗜热微生物菌群及其制备、使用方法，该微生物菌群活性高、价格低廉、便于储藏运输、易于管理控制，可实现对市政污泥中含硫、氮有机物的高效降解。

本发明的目的是通过如下途径实现的：一种用于处理市政污泥的固定化嗜热微生物菌群，它是由嗜热细菌、嗜热酵母复配构成；

按重量百分比，所述嗜热细菌为嗜热链球菌(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)菌株中的至少两种以上，占嗜热微生物菌群总菌数的55-75%；所述嗜热酵母为产朊假丝酵母(Candida utilis)，占嗜热微生物菌群总菌数的25-45%。

作为本方案的进一步限定，按重量百分比，该微生物菌群含嗜热链球菌20%、凝结芽孢杆菌15%、枯草芽孢杆菌15%、产黄纤维单胞菌23%和产朊假丝酵母27%。

作为本方案的进一步限定，该微生物菌群含嗜热链球菌25%、凝结芽孢杆菌20%、产黄纤维单胞菌25%和产朊假丝酵母30%。

一种用于处理市政污泥的固定化嗜热微生物菌群的制备方法，其制备方法步骤如下：① 将嗜热细菌和嗜热酵母进行活化、富集培养进入生长对数期，且培养液OD₆₀₀为1.2-2.8时，按一定比例混合各菌株培养液，得嗜热微生物菌群混合菌液，备用；

② 将载体加入步骤①所得嗜热微生物菌群混合菌液中，所述的载体为木屑、麸皮、沸石、水滑石、海泡石和活性炭的一种或多种，载体与嗜热微生物菌群混合菌液的重量比例为100：20-45，室温闷曝44-100 h，35-48ºC烘干至含水量低于8%，制得固定化嗜热微生物菌群。

一种用固定化嗜热微生物菌群处理市政污泥的方法，其处理方法如下：

将含水量为60-70%的市政污泥加入21%高碳量的秸秆粉辅料混合搅拌均匀，按重量比1000：1加入固定化嗜热微生物菌群，混合后污泥含水量为42-49%，放入发酵池中发酵，测定污泥含水量，发酵结束后干化污泥含水量30%以下。

作为本方法的进一步优化，所述的秸秆粉辅料直径小于0.5㎝。

作为本方法的进一步优化，发酵过程中每天一次翻堆操作1次。

本发明一种用于处理市政污泥的固定化嗜热微生物菌群及其制备、使用方法，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制得用于市政污泥高效生物干化的固定化嗜热微生物菌群。该嗜热微生物菌群中各菌种间相互协同，互不拮抗。其中，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，如纤维素、蛋白质、淀粉、油脂、硫化物和氨等，抑制有害微生物生长，消除异味，特别是芽孢杆菌可使污泥温度升高到 60ºC，降低含水量，有效地干化污泥；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。

2. 木屑、麸皮、沸石、水滑石、海泡石和活性炭为载体制备的固定化嗜热微生物菌群，耐受性强，便于储藏运输，机械强度高，固定化后的嗜热微生物菌群在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。

3. 固定化工艺简单，载体内嗜热微生物浓度高、菌体不易流失、降解速度快、降解效率高、无二次污染，污泥减量效果好、成本低。

具体实施方式

本发明一种用于处理市政污泥的固定化嗜热微生物菌群，按重量百分比，它是由嗜热细菌、嗜热酵母复配构成；所述嗜热细菌为嗜热链球菌(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)菌株中的至少两种以上，占嗜热微生物菌群总菌数的55-75%；所述嗜热酵母为产朊假丝酵母(Candida utilis)，占嗜热微生物菌群总菌数的25-45%。

本发明方法是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、富集培养至生长对数期，按一定比例混合各菌株培养液制成嗜热微生物菌群混合菌液，以木屑、麸皮、沸石、水滑石、海泡石和活性炭为载体，吸附嗜热微生物菌群制得固定化嗜热微生物菌群，将固定化嗜热微生物菌群对市政污泥中进行生物干化，测定经过生物干化后的污泥含水量，以此确定固定化嗜热微生物菌群的污泥生物干化效率。

(1) 上述各菌株在各自适用的培养基和培养条件，经活化培养，富集培养进入生长对数期，且培养液OD₆₀₀为1.2-2.8，分别获得各菌株培养菌液，而后按一定比例混合各菌株培养液，制得嗜热微生物菌群混合菌液。

其中，嗜热细菌富集培养步骤如下：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富集培养，振荡速率100-400rpm，温度35-38ºC，pH 6.5-8.0，培养至生长对数期，且培养液OD₆₀₀为1.2-2.8，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1L。固体培养基在该配方下添加1.5-2.0%的琼脂。

其中，嗜热酵母的富集培养步骤如下：产朊假丝酵母经斜面活化后，接种于液体培养基中富集培养，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1.2-2.8，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。

(2) 所述的嗜热微生物菌群的固定化方法：以木屑、麸皮、沸石、水滑石、海泡石和活性炭的一种或多种为载体，将载体加入混合菌液中，进行固定化。载体与混合培养液的重量比例为100：(20-45)，室温闷曝44-100 h，35-48ºC烘干至含水量低于8%，制得固定化嗜热微生物菌群；

其中，木屑预处理：将20-100目的木屑，投入浓度为5-20%亚硫酸钠溶液中，调节pH至2.0-4.0，60-100ºC浸泡24-72 h水冲洗，用10-30%的NaOH中和呈中性，水洗，烘干；

其中，麸皮预处理：将20-100目的麸皮加入60%的水，蒸煮1 h，烘干。

固定化嗜热微生物菌群处理市政污泥的方法：将含水量60-70%的市政污泥加入21%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加入固定化嗜热微生物菌群，混合后干化污泥含水量为42-49%，放入发酵池中发酵，发酵过程中每天一次翻堆操作1次，测定污泥含水量，发酵结束后干化污泥含水量30%以下。

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1:

将嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌和产朊假丝酵母活化、富集至生长对数期，且培养液OD₆₀₀为2.5，分别得到嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌和产朊假丝酵母的菌液。检测嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌和产朊假丝酵母的菌数，按各菌株的菌数占嗜热微生物菌群总菌数的百分比进行混合，其中，嗜热链球菌20%、凝结芽孢杆菌15%、枯草芽孢杆菌15%、产黄纤维单胞菌23%和产朊假丝酵母27%。

将40目的木屑按重量比为60%的比例投入15%亚硫酸钠溶液中，调节pH至4.0，在60ºC下浸泡48 h，水冲洗。20%的NaOH中和，水洗，烘干。将木屑与嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌和产朊假丝酵母混合菌液按重量比例为100：40进行混合，室温闷曝90 h，40ºC烘干至含水量低于5%，制得固定化嗜热微生物菌群。

将含水量为64%的市政污泥加入21%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加入固定化嗜热微生物菌群，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1次，测定污泥含水量，28天发酵结束后，干化污泥含水量29.2%。具体生物干化后污泥指标见附表。

实施例2:

将嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌和产朊假丝酵母活化、富集至生长对数期，且培养液OD₆₀₀为2.3，分别得到嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌和产朊假丝酵母的菌液。检测嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌和产朊假丝酵母的菌数，按各菌株的菌数占嗜热微生物菌群总菌数的百分比进行混合，其中，嗜热链球菌25%、凝结芽孢杆菌20%、产黄纤维单胞菌25%和产朊假丝酵母30%。

将沸石和海泡石与嗜热链球菌、凝结芽孢杆菌、产黄纤维单胞菌和产朊假丝酵母混合菌液按重量比例为100：43进行混合，其中，沸石和海泡石的质量比为1：1。室温闷曝92h，43ºC烘干至含水量低于5%，制得固定化嗜热微生物菌群。

将含水量为65%的市政污泥加入21%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加入固定化嗜热微生物菌群，混合后干化污泥含水量为46%，放入发酵池中发酵，发酵过程中每天一次翻堆操作1次，测定污泥含水量，27天发酵结束后，干化污泥含水量28.6%，具体生物干化后污泥指标见附表。

附表生物干化泥质指标

本微生物菌群中，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。

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。

Claims

1.一种用于处理市政污泥的固定化嗜热微生物菌群，其特征在于：它是由嗜热细菌、嗜热酵母复配构成；

2.如权利要求1所述的一种用于处理市政污泥的固定化嗜热微生物菌群，其特征在于，按重量百分比，该微生物菌群含嗜热链球菌20%、凝结芽孢杆菌15%、枯草芽孢杆菌15%、产黄纤维单胞菌23%和产朊假丝酵母27%。

3.如权利要求1所述的一种用于处理市政污泥的固定化嗜热微生物菌群，其特征在于，按重量百分比，该微生物菌群含嗜热链球菌25%、凝结芽孢杆菌20%、产黄纤维单胞菌25%和产朊假丝酵母30%。

4.如权利要求1所述的一种用于处理市政污泥的固定化嗜热微生物菌群的制备方法，其特征在于，其制备方法步骤如下：

① 将嗜热细菌和嗜热酵母进行活化、富集培养进入生长对数期，且培养液OD₆₀₀为1.2-2.8时，按一定比例混合各菌株培养液，得嗜热微生物菌群混合菌液，备用；

5.如权利要求1所述的一种用固定化嗜热微生物菌群处理市政污泥的方法，其特征在于，其处理方法如下：

6.如权利要求5所述的一种用固定化嗜热微生物菌群处理市政污泥的方法，其特征在于：所述的秸秆粉辅料直径小于0.5㎝。

7.如权利要求5所述的一种用固定化嗜热微生物菌群处理市政污泥的方法，其特征在于：发酵过程中每天一次翻堆操作1次。