CN112029689A - 一种丙烯酸树脂乳液废水降解菌种、培养方法及应用 - Google Patents
一种丙烯酸树脂乳液废水降解菌种、培养方法及应用 Download PDFInfo
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Abstract
一种丙烯酸树脂乳液废水降解菌种、培养方法及应用，所述丙烯酸树脂乳液废水降解菌种为嗜麦芽寡养单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia），已于2020年8月24日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（CGMCC），保藏编号为CGMCC No.20539。本发明方法与物理化学处理法相比可以在低能耗，温和的条件高效的处理丙烯酸树脂乳液废水，且无废气、危废等有害物质排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种丙烯酸树脂乳液废水降解菌种、培养方法及应用，属于污水处理的技术领域。
背景技术
丙烯酸树脂生产过程中会产生可生化性很差的废水，根据GC-MS测定以及生产工艺分析其中可能含有二甲苯、乙酸丁酯、丙烯酸单体、丙烯酸聚合体、丙烯酸树脂微粒、丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯等。由于生产产品的不同，再加上清洗反应釜、管道和储存罐等清洗水，其污水组成非常复杂。污水外观一般以乳白色为主，其COD一般为20000～50000mg/L。在实际操作过程中大家习惯于以丙烯酸废水称呼上述废水，另外在丙烯酸单体生产过程中产生的废水也被称呼为丙烯酸废水，其实两者存在较大差异，一种为前端丙烯酸单体及其酯类生产过程中产生的废水，另一种为后端丙烯酸下游产物如乳液、树脂、涂料等生产过程中产生的废水。由于前者多为单体，可生化性较好；后者多为多聚体，且含有各种助剂防腐剂可生化性要差一些。
目前国内对此类废水的工业化处理方式主要有湿式催化氧化、焚烧、芬顿法和生物降解法等。湿式催化氧化是在高温高压环境下以富氧气体或氧气为氧化剂，利用催化剂的催化作用，加快废水中有机物的分解。该工艺在高温条件下进行，能耗较高，且丙烯酸树脂废水高温条件下易聚合，聚合体容易粘在器壁上，影响导热性；焚烧法处理丙烯酸树脂乳液废水需消耗燃油，且产生刺鼻气味废气，易造成二次污染；芬顿法处理丙烯酸废水，污泥产量较高，且为危废，排废成本高。目前丙烯酸树脂乳液废水由于含有较高的毒性物质，可生化性较差。现有的生物处理法中，普遍存在降解率低，停留时间较长的情况，而且工艺复杂，运行成本高。因此，生化处理以其较低的运行成本和无二次污染的特性成为废水处理的首选。由于该污水具有较低的可生化性，普通污泥法处理无法有效降解污水中的有机物，因此需要通过筛选高效菌株来实现生化处理过程。
苏本生利用厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)进行丙烯酸废水的处理，在为期96d的试验中，进水COD为3000mg/L左右时，去除率可达90％以上；当进水COD在5000mg/L左右时，去除率可达85％以上。郁桂云等通过连续驯化菌液筛选获得丙烯酸树脂降解菌，其测定结果表明在丙烯酸初始COD浓度500mg/L时，7d后菌株对丙烯酸树脂的去除率约为90％；当丙烯酸初始浓度为3000mg/L时，菌株生长明显受到了抑制；当丙烯酸初始浓度为2000mg/L时，7d后丙烯酸树脂的降解率可以达到80％。不过这两种处理方式进水COD值均较低，需要较高的稀释浓度才能进行处理，不利于在实际工程中的应用。
郑盛之等所用工艺降解效果较好达到98％以上，后经仔细辨别，其所用丙烯酸废水为某石化公司丙烯酸及丙烯酸甲酯/乙酯生产单元排水，废水中主要污染物为丙烯酸钠与对甲苯磺酸钠。
发明内容
本发明的目的在于提供一种丙烯酸树脂乳液废水降解菌种、培养方法及应用。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一种丙烯酸树脂乳液废水降解菌种，所述丙烯酸树脂乳液废水降解菌种为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)，已于2020年8月24日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，保藏编号为CGMCC No.20539。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一种丙烯酸树脂乳液废水降解菌种的培养方法，包括下列步骤：
步骤1：市政污水厂污泥、丙烯酸树脂厂污水厂污泥和植物根系土壤分别采集得到样品污泥；
步骤2：将样品污泥混合均匀后加入烧杯中，然后向所述烧杯中加入10-100ml的丙烯酸树脂乳液废水、0.1～0.5g的KH2PO4和0.5～2g的尿素，然后加水至3L；25～30℃曝气培养，每天补充蒸馏水至3L；起初3～7天总共补充40-60ml的丙烯酸树脂乳液废水，随后每天补充40-60ml丙烯酸废水，培养15-25天后得到富集后的菌液；
步骤3：将富集后的菌液稀释100-100000倍后均匀涂布于具有限制性培养基的平板上，使用透气封口膜封好，倒置放于20-30℃的恒温箱中进行恒温培养；待长出菌落后，挑取单菌落至扩繁培养基中，于20-30℃、150-250rpm恒温振荡培养10-28h；
步骤4：向步骤3制得的菌液中添加诱变剂，培养15-25分钟后加入Na2S2O3以终止反应，并将菌液离心去上清后，加入灭菌的营养肉汤培养基，于20-30℃、150-250rpm恒温培养8-24h，涂平板获得突变体单菌落，然后使用甘油管法保存于-80℃冰箱中，获得的菌种为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)，已于2020年8月24日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，保藏编号为CGMCC No.20539。
优选的技术方案为：所述限制性培养基由20-100ml的丙烯酸树脂乳液废水、0.2～2g的尿素、0.1～2g的KH2PO4、10～20g的琼脂和1ml的微量元素溶液，加水定容至1L制得；所述微量元素溶液为0.5g的浓度为20g/L的MgSO4、0.5g的FeSO4·7H2O、0.5g的MnSO4和0.5g的ZnSO4混合后构成。
优选的技术方案为：所述扩繁培养基由10-50ml的丙烯酸树脂乳液废水、2～5g的蛋白胨、2～5g的酵母粉和1～5g的NaCl，加水定容至1L制得。
优选的技术方案为：步骤4中，向菌液中添质量分数为1-10％的诱变剂1-10ml，以进行人工诱变，所述诱变剂为甲基磺酸乙酯、5-溴尿嘧啶、亚硝基胍和硫酸二乙酯中的至少一种。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一株丙烯酸树脂乳液废水降解菌种的应用，所述丙烯酸树脂乳液废水降解菌种为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)，已于2020年8月24日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，保藏编号为CGMCC No.20539；所述丙烯酸树脂乳液废水降解菌种具有降解丙烯酸树脂乳液废水的能力。
优选的技术方案为：将含有丙烯酸树脂乳液废水降解菌种的菌液按0.5～1.5％体积分数接种至待处理的丙烯酸树脂乳液废水，然后在20～30℃条件下，连续曝气维持DO值5～8mg/L。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有的优点是：
1、本发明方法与物理化学处理法相比可以在低能耗，温和的条件高效的处理丙烯酸树脂乳液废水，且无废气、危废等有害物质排放；同时与其他生化处理丙烯酸树脂乳液废水相比，进水COD明显提高(25000～30000mg/L)，降解效果明显较高，该菌种可以与其他生化方法单独使用，也可以作为强化菌剂加入到其他生化过程中，操作上具有更高的灵活性。
2、本发明筛选具有高效降解丙烯酸树脂乳液废水的微生物，并利用人工诱变的方式，获得多株变异体，再经过筛选，使丙烯酸树脂乳液废水的降解能力得到大幅提高。
附图说明
图1丙烯酸树脂乳液废水降解菌种菌落特征。
图2丙烯酸树脂乳液使用实例一菌种与普通活性污泥处理进出水COD记录对比。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本实施例所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1-2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
丙烯酸树脂乳液废水降解菌种的筛选及其应用。
经过对取自市政污水厂污泥、丙烯酸树脂厂污水厂污泥和植物根系土壤进行样品富集、菌种分离、诱变育种、丙烯酸树脂乳液废水降解能力测定，获得降解丙烯酸树脂乳液废水能力最佳的菌株。将该菌株用于丙烯酸树脂乳液废水的生化处理过程，使用16S序列对菌种进行鉴定，该菌为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)，并将该菌株保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.20539。地址：北京市朝阳区北辰西路1号院，中国科学院微生物研究所，并登记入册，证明存活。
所用丙烯酸树脂乳液废水为生产丙烯酸树脂乳液及含该物质的产品过程中产生的废水，包括生产废水和容器管道冲洗废水，其主要成分包含而不仅限于二甲苯、乙酸丁酯、丙烯酸、丙烯酸树脂微粒、丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸等单体及其聚合物中的一种或多种，其聚合物分子质量范围为140～8000。
筛选获得丙烯酸树脂乳液废水降解菌为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonasmaltophilia)，菌落前期为圆形后期边缘变粗糙，边缘微凸中心略凹陷，乳白色或浅黄色，不透明，表面光滑，有同心轮纹。显微测定显示该菌呈短杆状，长度0.5-1um左右，宽度0.3-0.5um。
诱变育种：向菌液中添质量分数为1～10％的EMS、5-BU、NTG、DES中的至少一种，添加量为1-10ml，以进行人工诱变。培养5～20min后，加入质量分数为2％的Na2S2O3 5～10ml终止反应，并将菌液离心去上清后，加入灭菌的营养肉汤培养基，于30℃、200rpm条件下恒温培养8～24h，稀释涂平板获得突变体单菌落。
菌种的扩繁培养方法：培养基组成：碳源5～10g、氮源2～5g、酵母粉2～5g、NaCl 1～5g、丙烯酸树脂乳液废水10～50ml，(NH4)2SO4或NH4Cl 0.2～0.5g加水定容至1000ml，pH调至4～6。培养基组成成分，碳源为葡萄糖、蔗糖、果糖、乙酸、海藻糖、麦芽糖中的一种或多种，氮源为尿素、硫酸铵、氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵和磷酸铵中的一种或多种。
培养条件：于30℃200rpm条件下恒温振荡培养，60～90h后菌液浓度达到最大值。
丙烯酸树脂乳液废水降解菌种的技术应用：该菌种可单独使用，也可与其他菌种混合使用；可直接投加于生化反应池，或活化后投加于生化反应池。该菌种可作为强化菌剂应用于各种生化反应池。生化反应池包括但不限于：活性污泥法的SBR工艺段、CASS工艺段和AO工艺段中的一个或多个工艺段；生物膜法的生物滤池工艺段、生物接触氧化工艺段和生物转盘工艺段中的一个或多个工艺段。
实施例1：一种丙烯酸树脂乳液废水降解菌种、培养方法及应用
1.1样品富集
污泥来源于市政污水厂污泥、丙烯酸树脂污水处理厂污泥、植物根系土壤。
污泥富集：将上述3种污泥混合均匀，加入3L烧杯中，加入30ml丙烯酸树脂乳液废水、0.3g KH2PO4、0.5g尿素，加自来水至3L刻度线。30℃曝气培养，每天补充蒸馏水至3L刻度线。起初5天共补充50ml丙烯酸树脂乳液废水，后逐渐缩短时间至每天补充50ml丙烯酸废水，共培养20天。
1.2菌种分离
富集菌液稀释10000倍，涂布于限制性培养基平板上，待长出菌落后，挑取单菌落至扩繁培养基中。
限制性培养基：丙烯酸树脂乳液废水80ml、尿素2g、KH2PO4 2g、琼脂20g，微量元素溶液1ml，加水定容至1L。
微量元素溶液：浓度为20g/L MgSO4 0.5g、FeSO4·7H2O 0.5g、MnSO4 0.5g、ZnSO40.5g。
培养条件：平板倒置于30℃恒温培养箱恒温培养。
扩繁培养基：蛋白胨5g、酵母粉2g、NaCl 5g、丙烯酸废水50ml，加水定容至1000ml。
扩繁条件：30℃、200rpm摇床振荡24h。
1.3菌种人工诱变
向扩繁培养基中添加质量分数为5％的EMS溶液3ml，进行人工诱变。培养20min后，加入质量分数为2％的Na2S2O3 10ml终止反应，并将菌液离心去上清后，加入灭菌的营养肉汤培养基，于30℃、200rpm条件下恒温培养8h，稀释涂平板获得突变体单菌落。
1.4菌种保藏
将获得的菌株使用甘油管法保存于-80℃冰箱中。所述丙烯酸树脂乳液废水降解菌种为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)，已于2020年8月24日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，保藏编号为CGMCC No.20539。
1.5菌种扩繁
培养基条件：蔗糖4g/L，(NH4)2SO40.4g/L，KH2PO4 0.1g/L，pH＝6，30℃，200rpm，恒温振荡培养60h。
1.6菌株对丙烯酸树脂乳液废水降解能力测定
丙烯酸树脂乳液废水水质、丙烯酸树脂乳液废水降解试验。
丙烯酸树脂乳液进水COD为28800mg/L、pH 7.54、总氮32.65mg/L、电导率839mS/cm。
3级反应器容积均为1L，补菌量均为10ml/L，每天依次换水200ml。条件控制温度30℃、维持DO5～8mg/L。30d系统稳定后，每天进水COD在27000mg/L左右，出水保持在200mg/L以内，COD去除率为99.25％。
对比例：活性污泥试验：3级反应器容积均为1L，补泥量均为100ml/L，污泥浓度为4000mg/L，每天依次换水200ml。条件控制温度30℃、维持DO5～8mg/L。30d系统稳定后，每天进水COD在27000mg/L左右，出水COD值逐渐上升，30天后高于10000mg/L，远远达不到出水标准。
实例2：一种丙烯酸树脂乳液废水降解菌种、培养方法及应用
1.1-1.2与实例一相同。
1.3菌种人工诱变
向扩繁培养基中添加5％NTG溶液2ml，进行人工诱变。培养30min后，加入2％Na2S2O3 10ml终止反应，并将菌液离心去上清后，加入灭菌的营养肉汤培养基，于30℃、200rpm条件下恒温培养10h，稀释涂平板获得突变体单菌落。
1.4将获得的菌株使用甘油管法保存于-80℃冰箱中。
1.5菌种扩繁
培养基条件：葡萄糖10g/L，NH4Cl 0.8g/L，KH2PO4 0.2g/L，pH＝5，30℃，200rpm，恒温振荡培养90h。
1.6菌株对丙烯酸树脂乳液废水降解能力测定
| 水样编号 | COD(mg/L) | pH | 总氮(mg/L) | 电导率(mS/cm) |
| 水样2 | 32000 | 8.71 | 13.68 | 658 |
丙烯酸树脂乳液废水水质、丙烯酸树脂乳液废水降解试验
丙烯酸树脂乳液进水COD为32000mg/L、pH 8.71、总氮13.68mg/L、电导率658mS/cm。
3级反应器容积均为1L，补菌量均为10ml/L，每天依次换水200ml。条件控制温度25℃、维持DO3～8mg/L。30d系统稳定后，每天进水COD在27000mg/L左右，出水保持在300mg/L以内，COD去除率为98.8％。
实例3：一种丙烯酸树脂乳液废水降解菌种、培养方法及应用
菌种同实施例2。
菌株对丙烯酸树脂乳液废水降解能力测定
丙烯酸树脂乳液废水水质
| 水样编号 | COD(mg/L) | pH | 总氮(mg/L) | 电导率(mS/cm) |
| 水样1 | 28800 | 7.54 | 32.65 | 839 |
丙烯酸树脂乳液废水降解试验：
3级反应器容积均为1L，每天依次换水100～500ml。条件控制温度20～30℃、DO3～8mg/L，可保证出水COD值低于300mg/L。
实例4：一种丙烯酸树脂乳液废水降解菌种、培养方法及应用
1.1样品富集
污泥来源于市政污水厂污泥、丙烯酸树脂厂污水厂污泥和植物根系土壤。
菌液富集：将上述3种污泥混合均匀，加入3L烧杯中，加入20ml丙烯酸树脂乳液废水、0.5g KH2PO4、2g尿素，加自来水至3L刻度线。25℃曝气培养，每天补充蒸馏水至3L刻度线。起初3天共补充50ml丙烯酸树脂乳液废水，后逐渐缩短时间至每天补充50ml丙烯酸树脂乳液废水。
1.2菌种分离
富集菌液稀释100～1000000倍，涂布于限制性培养基平板上，待长出菌落后，挑取单菌落至扩繁培养基中。
限制性培养基：丙烯酸树脂乳液废水20～100ml、尿素0.2～2g、KH2PO4 0.1～2g、琼脂10～20g，微量元素溶液1ml，加水定容至1L。
微量元素溶液：MgSO4 20g/L、FeSO4·7H2O 0.5g、MnSO4 0.5g、ZnSO4 0.5g。
培养条件：平板倒置于30℃恒温培养箱恒温培养。
扩繁培养基：蛋白胨2～5g、酵母粉2～5g、NaCl 1～5g、丙烯酸废水10～50ml，加水定容至1000ml。
扩繁条件：30℃、200rpm摇床振荡24h。
1.3诱变育种
向菌液中添加1～10％诱变剂，进行人工诱变。培养20min后，加入2％Na2S2O3终5～10ml终止反应，并将菌液离心去上清后，加入灭菌的营养肉汤培养基，于30℃、200rpm条件下恒温培养8～24h，稀释涂平板获得突变体单菌落。
1.4菌种保藏
将获得的菌株使用甘油管法保存于-80℃冰箱中。后保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心。
1.5菌种鉴定
将菌种活化后，使用细菌基因组DNA提取试剂盒提取菌种DNA，后使用16S引物进行PCR扩增获得扩增产物，经琼脂糖凝胶电泳检测后送测序公司测序。经核酸序列同源性检测，该菌为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonasmaltophilia)。
1.6菌种培养条件优化
从碳源、氮源和培养基初始pH 3个角度进行培养条件优化，确定葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、糊精，尿素、硫酸铵、氯化铵、碳酸铵，以及pH4～6之间生长条件最优。
以上所述者仅为用以解释本发明之较佳实施例，并非企图具以对本发明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之发明精神下所作有关本发明之任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护之范畴。
Claims (7)
1.一种丙烯酸树脂乳液废水降解菌种，其特征在于：所述丙烯酸树脂乳液废水降解菌种为嗜麦芽寡养单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia），已于2020年8月24日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（CGMCC），保藏编号为CGMCC No.20539。
2.一种丙烯酸树脂乳液废水降解菌种的培养方法，其特征在于：包括下列步骤：
步骤1：市政污水厂污泥、丙烯酸树脂厂污水厂污泥和植物根系土壤分别采集得到样品污泥；
步骤2：将样品污泥混合均匀后加入烧杯中，然后向所述烧杯中加入10-100ml的丙烯酸树脂乳液废水、0.1~0.5g的KH2PO4和0.5~2g的尿素，然后加水至3L；25~30℃曝气培养，每天补充蒸馏水至3L；起初3~7天总共补充40-60ml的丙烯酸树脂乳液废水，随后每天补充40-60ml丙烯酸废水，培养15-25天后得到富集后的菌液；
步骤3：将富集后的菌液稀释100-100000倍后均匀涂布于具有限制性培养基的平板上，使用透气封口膜封好，倒置放于20-30℃的恒温箱中进行恒温培养；待长出菌落后，挑取单菌落至扩繁培养基中，于20-30℃、150-250rpm恒温振荡培养10-28h；
步骤4：向步骤3制得的菌液中添加诱变剂，培养15-25分钟后加入Na2S2O3以终止反应，并将菌液离心去上清后，加入灭菌的营养肉汤培养基，于20-30℃、150-250rpm恒温培养8-24h，涂平板获得突变体单菌落，然后使用甘油管法保存于-80℃冰箱中，获得的菌种为嗜麦芽寡养单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia），已于2020年8月24日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（CGMCC），保藏编号为CGMCC No.20539。
3.根据权利要求2所述的丙烯酸树脂乳液废水降解菌种的培养方法，其特征在于：所述限制性培养基由20-100ml的丙烯酸树脂乳液废水、0.2~2g的尿素、0.1~2g 的KH2PO4、10~20g的琼脂和1ml的微量元素溶液，加水定容至1L制得；所述微量元素溶液为0.5g的浓度为20g/L的MgSO4、0.5g的FeSO4·7H2O、0.5g的MnSO4和0.5g的ZnSO4混合后构成。
4.根据权利要求2所述的丙烯酸树脂乳液废水降解菌种的培养方法，其特征在于：所述扩繁培养基由10-50ml的丙烯酸树脂乳液废水、2~5g的蛋白胨、2~5g的酵母粉和1~5g的NaCl，加水定容至1L制得。
5.根据权利要求2所述的丙烯酸树脂乳液废水降解菌种的培养方法，其特征在于：步骤4中，向菌液中添质量分数为1-10%的诱变剂1-10ml，以进行人工诱变，所述诱变剂为甲基磺酸乙酯、5-溴尿嘧啶、亚硝基胍和硫酸二乙酯中的至少一种。
6.一株丙烯酸树脂乳液废水降解菌种的应用，其特征在于：所述丙烯酸树脂乳液废水降解菌种为嗜麦芽寡养单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia），已于2020年8月24日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（CGMCC），保藏编号为CGMCCNo.20539；所述丙烯酸树脂乳液废水降解菌种具有降解丙烯酸树脂乳液废水的能力。
7.根据权利要求6所述的丙烯酸树脂乳液废水降解菌种的应用，其特征在于：将含有丙烯酸树脂乳液废水降解菌种的菌液按0.5~1.5%体积分数接种至待处理的丙烯酸树脂乳液废水，然后在20~30℃条件下，连续曝气维持DO值5~8mg/L。
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