CN112159060A - 一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂及其制备方法 - Google Patents

一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水环境保护领域，具体涉及一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂及其制备方法。本方案的除臭剂，按体积百分比计，由50％‑70％的微生物发酵液和30％‑50％的植物溶液组成。微生物发酵液中含有枯草芽孢杆菌发酵液、粪产碱杆菌发酵液、友好戈登氏菌发酵液、干酪乳杆菌发酵液和酿酒酵母发酵液；植物溶液由丝兰溶液和桂花精油组成。各成分协同作用，解决单一的除臭剂难以满足净化处理的要求的技术问题。本方案可以应用于黑臭河涌、垃圾中转站、黑臭河涌底泥等场所的除臭实践操作中。

Description

一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂及其制备 方法
技术领域
本发明涉及水环境保护领域，具体涉及一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂及其制备方法。
背景技术
随着我国城镇化和工业化的快速发展，城镇环境遭到了严重破坏，其中水环境污染日趋严重。城市黑臭水体不仅影响了城市的市容市貌；而且通过食物链的传递作用，危害着居民的健康。因此，城镇黑臭河涌亟需开发一种绿色、高效、持久的黑臭处理方法。
城镇黑臭河涌的产生主要是由于水体中溶解氧锐减，其中的厌氧产臭微生物活动加剧，进而产生NH3、H2S、腐殖质等恶臭物质和FeS、MnS等发黑物质。因恶臭被列为世界上的七大典型公害之一，对人类的健康影响更大。目前，恶臭污染物常采用原位添加除臭剂来进行处理，除臭剂类型包括：物理型、化学型、微生物型、植物型。物理型和化学型除臭剂通常伴随着除臭效果不佳、成本较高、可造成二次污染等问题；而微生物和植物除臭剂具有绿色、无毒无害、成本低廉等优势，能够降低黑臭河涌中的NH4+和S2-浓度，在一定程度上改善水质。但由于各类恶臭污染物的来源及性质不同，阈值低，混合着较多化合物，治理较为困难，采用单一的除臭剂难以满足净化处理的经济和技术要求，亟需一种综合型除臭剂对黑臭河涌等进行全方位除臭。
发明内容
本发明意在提供一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂及其制备方法，以解决单一的除臭剂难以满足净化处理的要求的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂，按体积百分比计，包括50％-70％的微生物发酵液和30％-50％的植物溶液；所述微生物发酵液中含有枯草芽孢杆菌发酵液、粪产碱杆菌发酵液、友好戈登氏菌发酵液、干酪乳杆菌发酵液和酿酒酵母发酵液；所述植物溶液由丝兰溶液和桂花精油组成。
本方案的原理及优点是：在本方案中，桂花精油能从嗅觉上起到掩蔽作用，丝兰溶液主要对臭气分子起到吸附作用，而微生物发酵液则直接利用臭气分子，将其代谢转化为无臭物质，其中的粪产碱杆菌和友好戈登氏菌能有效脱硫，降解掉H2S臭气，干酪乳杆菌和酿酒酵母协同作用能有效吸附NH3臭气并将其代谢转化；枯草芽孢杆菌能分解大多数有机质恶臭物质。本方案结合了微生物和植物除臭剂的优点，可以解决单一除臭剂难以满足净化处理要求的技术问题。本方案可以应用于黑臭河涌、垃圾中转站、黑臭河涌底泥等场所的除臭实践操作中。
本方案的有益效果具体如下：
(1)恶臭气味是由于黑臭河涌底泥中的有机物所致，枯草芽孢杆菌普遍存在蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、淀粉酶等丰富酶系统，能分解大多数有机质.
(2)粪产碱杆菌和友好戈登氏菌经证实有利用H2S，从而脱除含硫恶臭物质的作用。发明人经多种组合尝试，发现粪产碱杆菌和友好戈登氏菌虽然单独可以发挥脱除含硫恶臭物质的作用，他们联合使用还具有协同增效的现象。发明人分析产生上述现象的原因在于，两种细菌在脱除含硫恶臭物质的分子机制上存在交互影响。
(3)干酪乳杆菌和酿酒酵母二者可协同作用将NH3代谢转化为无臭物质。
(4)本方案涉及的菌株营养需求简单，繁殖快，适应能力强，将本方案中的复配微生物菌剂应用到实际场所中后，菌株存活性高，能与环境中的土著微生物尤其是产臭菌进行生态位竞争，从而抑制了产臭菌的生长。
(5)丝兰提取物可与氨物理结合而降低了游离氨的含量，吸附氨气和其他有毒气体。此外，丝兰提取物可以抑制尿素酶的活性，而尿素是NH3排放的主要来源，这将减缓氨气的释放。桂花精油能通过桂花的芳香味化合物与人鼻中的嗅觉受体结合，减少对恶臭物质的感应。
(6)本方案涉及到的五类菌株均为无害菌株，且枯草芽孢杆菌是农业中公认的有益菌；乳杆菌是典型的益生菌，广泛用于食品、农业、医疗等行业；酵母菌多用于酿酒、食品行业，安全性极高。丝兰在我国大部分地区可越冬，抗干旱，容易存活，且成本低，安全性高。桂花树在我国多个地区可栽培，且市场上售卖的桂花精油渠道多，价格低，易购买，安全性高。
综上，本发明采用上述成分组成的一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂，其优点在于除臭效率高、成本低廉、无毒无害，且无二次污染。
进一步，按体积百分比计，所述除臭剂的组成以及含量如下：枯草芽孢杆菌发酵液10％-15％、粪产碱杆菌发酵液10％-15％、友好戈登氏菌发酵液6％-8％、酪乳杆菌发酵液6％-8％、酿酒酵母发酵液18％-24％、丝兰溶液27％-45％、桂花精油3％-5％。
采取上述技术方案，上述配比的除臭剂可充分发挥转化H2S，去除NH3，分解有机质以及掩盖异味的作用。
进一步，按体积百分比计，所述除臭剂的组成以及含量如下：枯草芽孢杆菌发酵液10％、粪产碱杆菌发酵液10％、友好戈登氏菌发酵液6％、干酪乳杆菌发酵液6％、酿酒酵母发酵液18％、丝兰溶液45％，桂花精油5％。
采取上述技术方案，此配方可应用于黑臭河涌的处理的实践中。
进一步，按体积百分比计，所述除臭剂的组成以及含量如下：枯草芽孢杆菌发酵液12％、粪产碱杆菌发酵液12％、友好戈登氏菌发酵液7％、干酪乳杆菌发酵液7％、酿酒酵母发酵液22％、丝兰溶液36％，桂花精油4％。
采取上述技术方案，此配方可应用于黑臭河涌底泥的处理的实践中。
进一步，按体积百分比计，所述除臭剂的组成以及含量如下：枯草芽孢杆菌发酵液15％、粪产碱杆菌发酵液15％、友好戈登氏菌发酵液8％、干酪乳杆菌发酵液8％、酿酒酵母发酵液24％、丝兰溶液27％，桂花精油3％。
采取上述技术方案，此配方可应用于垃圾中转站的处理的实践中。
进一步，在微生物发酵液中，枯草芽孢杆菌、粪产碱杆菌、友好戈登氏菌、干酪乳杆菌的有效活菌数为0.8×109-1.6×109cfu/ml。
采取上述技术方案，控制OD600值为1±0.1枯草芽孢杆菌、粪产碱杆菌、友好戈登氏菌、干酪乳杆菌的有效活菌数即为0.8×109-1.6×109cfu/ml。
进一步，在微生物发酵液中，酿酒酵母的有效活菌数为0.5×108-1×108cfu/ml。
采取上述技术方案，控制OD600值为1±0.1，酿酒酵母的有效活菌数即为0.5×108-1×108cfu/ml。
进一步，丝兰溶液中的丝兰提取物的质量浓度为10％。
采取上述技术方案，质量浓度为10％的丝兰溶液可实现对游离氨的清除，以及对氨气和其他有毒气体的吸附。
进一步，一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂的制备方法，包括以下步骤：
菌剂复配：混合OD600值均为0.9-1.1的枯草芽孢杆菌发酵液、粪产碱杆菌发酵液、友好戈登氏菌发酵液、干酪乳杆菌发酵液和酿酒酵母发酵液，获得微生物发酵液；
植物溶液配制：将丝兰提取物溶解于无菌水中，配制成质量浓度为10％的丝兰溶液；将丝兰溶液和桂花精油按比例混合获得植物溶液；
将微生物发酵液和植物溶液按比例混合，获得除臭剂。
采取上述技术方案，可制备获得除臭效率高、成本低廉、无毒无害的复合除臭剂
进一步，按照体积分数2-10％的接种量，将所述除臭剂投放在恶臭物质上；或者，按照面积浓度0.1-1L/m2，将所述除臭剂喷洒于恶臭物质上。
采取上述技术方案，2-10％的接种量可充分除去黑臭河涌底泥中的恶臭物质；0.1-1L/m2的喷洒量以及使用方式，可充分除去垃圾中转站、黑臭河涌、畜禽养殖场中的恶臭物质。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例1：
本实施例中，微生物联合植物型复合除臭剂的组成(按体积百分比)如下：
Figure BDA0002709666690000041
其中，枯草芽孢杆菌、干酪乳杆菌和酿酒酵母购买于北纳生物库，枯草芽孢杆菌的保藏号为BNCC337380，干酪乳杆菌的保藏号为BNCC134415，酿酒酵母的保藏号为BNCC336505；粪产碱杆菌和友好戈登氏菌购买于中国工业微生物菌种保藏管理中心，粪产碱杆菌的保藏号为CICC 23636，友好戈登氏菌的保藏号为CICC 20664。丝兰提取物购买于西安旭全生物技术有限公司；桂花精油购买于江西华邦天然香料有限公司。
上述复合除臭剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)活化菌株：将枯草芽孢杆菌、粪产碱杆菌和友好戈登氏菌分别接种于LB固体培养基，干酪乳杆菌接种于MRS固体培养基，酿酒酵母接种于PDA固体培养基，均于恒温培养箱中静置培养。培养条件为30℃，培养时间为24h。上述的LB固体培养基、MRS固体培养基和PDA固体培养基均为现有技术中的通用培养基，在此不做赘述。经活化培养之后获得了活化后的枯草芽孢杆菌菌株、活化后的粪产碱杆菌菌株、活化后的友好戈登氏菌菌株、活化后的干酪乳杆菌菌株、活化后的酿酒酵母菌株。
(2)一级种子培养：将步骤(1)活化后的菌株挑选单个菌落接种于相应的液体培养基中。即，将枯草芽孢杆菌、粪产碱杆菌和友好戈登氏菌分别接种于LB液体培养基中，干酪乳杆菌接种于MRS液体培养基中，酿酒酵母接种于PDA液体培养基中，分别进行一级种子培养。干酪乳杆菌和酿酒酵母的培养条件为：30-35℃，培养箱中静置培养；其他菌的培养条件为：30-35℃，摇床中培养，转速120-150rpm。在本实施例中，具体采用干酪乳杆菌和酿酒酵母的培养条件为：32℃；其他的菌的培养条件为：32℃，转速130rpm。培养24h之后获得粪产碱杆菌一级种子液、枯草芽孢杆菌一级种子液、友好戈登氏菌一级种子液、干酪乳杆菌一级种子液、酿酒酵母一级种子液。
(3)菌剂复配：将步骤(2)获得的五种一级种子液分别接种于相应的液体培养基中，接种量为2％(v/v)，培养至OD600值为1±0.1时停止培养，获得枯草芽孢杆菌发酵液、粪产碱杆菌发酵液、友好戈登氏菌发酵液、干酪乳杆菌发酵液和酿酒酵母发酵液。将上述五种发酵液按照比例混合，混匀后获得微生物发酵液。由于控制OD600值为1±0.1，所以在微生物发酵液中，枯草芽孢杆菌、粪产碱杆菌、友好戈登氏菌、干酪乳杆菌的有效活菌数为0.8×109-1.6×109cfu/ml，酿酒酵母的有效活菌数为0.5×108-1×108cfu/ml。
(4)植物溶液配制：将丝兰提取物溶解于无菌水中，配制成质量浓度为10％的丝兰溶液；将丝兰溶液和桂花精油按比例混合获得植物溶液。
(5)按照比例将微生物发酵液和植物溶液混合均匀，制得本方案的复合除臭剂。
实施例2：
本实施例基本同实施例1，不同点在于配方稍作调整，本实施例中，微生物联合植物型复合除臭剂的组成(按体积百分比)如下：
Figure BDA0002709666690000061
实施例3：
本实施例基本同实施例1，不同点在于配方稍作调整，本实施例中，微生物联合植物型复合除臭剂的组成(按体积百分比)如下：
Figure BDA0002709666690000062
实验例1：复合除臭剂对重庆市某黑臭河涌底泥的除臭效果试验
对重庆市某黑臭河涌的除臭效果进行测定，具体检测方法如下：
实验样品：黑臭河涌底泥、本发明中的菌株混合液A、本发明中的植物混合液B、本发明除臭剂C(选自实施例1)、对照处理剂D(无菌水)。其中，菌株混合液A的配置方法参照实施例1((3)菌剂复配步骤中获得的微生物发酵液)、植物混合液B配置方法参照实施例1((4)植物溶液配制中获得的植物溶液)。
往4个10L密闭塑料圆桶中，各自装入1L已搅拌均匀的黑臭河涌底泥。按体积分数5％(使用时可选择2-10％)的接种量喷洒本发明中的菌株混合液A、植物混合液B，本发明除臭剂C和无菌水D，然后搅拌均匀，置于30℃恒温室中发酵培养。在0h，1h，2h，3h，4h，5h，6h用非特定传感器测定底泥表面NH3和H2S的浓度。每个处理重复3次，取平均值。对NH3的去除效果见表1，对H2S的去除效果见表2。
表1：NH3的去除效果
Figure BDA0002709666690000071
表2：H2S的去除效果
Figure BDA0002709666690000072
表1和表2的结果显示，本发明的微生物联合植物型复合除臭剂对NH3和H2S的去除率均高于单独使用本发明中的微生物发酵液A和植物溶液B，复合型除臭剂对黑臭河涌底泥中恶臭气体去除有明显的作用。
实验例2：复合除臭剂对垃圾中转站的除臭效果试验
对垃圾中转站的除臭效果进行测定，具体检测方法如下：重庆某大学校园内垃圾中转站，占地约60m2，日运垃圾量为7-8吨。本实施例选用2天天气状况相似日子，并且选在一天中的同一个时间点，分别以0.1L/m2(使用时，可选择0.1-1L/m2)的标准向垃圾中转站喷洒本发明的复合除臭剂(实施例2)和无菌水(对照例)。在0h，2h，6h用非特定传感器测定NH3和H2S的浓度；并使用三点比较式臭带法进行臭气浓度检测。每个处理重复3次，取平均值。测量结果见表3至表5。
表3：NH3浓度检测结果
Figure BDA0002709666690000081
表4：H2S浓度检测结果
Figure BDA0002709666690000082
表5：臭气浓度检测结果
Figure BDA0002709666690000083
表3至表5的结果显示，与对照例相比，本发明的微生物联合植物型复合除臭剂对垃圾中转站中NH3、H2S和臭气浓度的去除有明显作用。
实验例3：复合除臭剂对某小镇黑臭河涌的除臭效果试验
对某小镇黑臭河涌的除臭效果进行测定，具体检测方法如下：
将本发明的微生物联合植物型复合除臭剂(实施例3)和无菌水(对照例)，选天气状况相似的连续2天，以0.5L/m2均匀喷洒在黑臭河涌的某个典型断面(前一天喷洒无菌水，后一天喷洒除臭剂)。在0h，2h，6h用非特定传感器测定NH3和H2S的浓度；并使用三点比较式臭带法进行臭气浓度检测。每个处理重复3次，取平均值。测量结果见表6至表8。
表6：NH3浓度检测结果
Figure BDA0002709666690000084
表7：H2S浓度检测结果
Figure BDA0002709666690000091
表8：臭气浓度检测结果
Figure BDA0002709666690000092
表6至表8的结果显示，与对照例相比，本发明的微生物联合植物型复合除臭剂对某小镇典型的黑臭河涌中NH3、H2S和臭气浓度的去除有明显作用。
实验例1-3显示，本发明的针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂不仅能对黑臭河涌及底泥高效除臭，也能够对垃圾中转站高效除臭，且无二次污染。
实验例4：粪产碱杆菌和友好戈登氏菌对H2S的协同降解效果试验
往3个1L的烧杯中，各自装入100mL已搅拌均匀的粪便。按体积分数5％的接种量喷洒本发明中的粪产碱杆菌发酵液A(制备方法参见实施例1中的粪产碱杆菌发酵液)、友好戈登氏菌发酵液B(制备方法参见实施例1中的友好戈登氏菌发酵液)和二者的混合菌液C(粪产碱杆菌发酵液和友好戈登氏菌发酵液以体积比12:7混合，该混合菌液C菌浓度对应的OD600为1)，以及无菌水D组。搅拌均匀，在烧杯口使用三层保鲜膜将其密封，置于30℃恒温箱中发酵培养。0h和6h时用非特定传感器测定烧杯口处H2S的浓度。每个处理重复3次，取平均值。对H2S的去除效果见表9。
表9：H2S浓度检测结果
Figure BDA0002709666690000093
表9的结果显示，粪产碱杆菌和友好戈登氏菌对H2S均有降解效果，并且二者协同作用时，对H2S的降解效果最好。
实验例5：干酪乳杆菌和酿酒酵母对NH3的协同降解效果试验
往3个1L的烧杯中，各自装入100mL已搅拌均匀的粪便。按体积分数5％的接种量喷洒本发明中的干酪乳杆菌发酵液A(制备方法参见实施例1中的干酪乳杆菌发酵液)、酿酒酵母发酵液B(制备方法参见实施例1中的酿酒酵母发酵液)和二者的混合菌液C(干酪乳杆菌发酵液和酿酒酵母发酵液以体积比7:22混合，该混合菌液C的菌浓度对应的OD600为1)，以及无菌水D组。搅拌均匀，在烧杯口使用三层保鲜膜将其密封，置于30℃恒温箱中发酵培养。0h和6h时用非特定传感器测定烧杯口处NH3的浓度。每个处理重复3次，取平均值。对NH3的去除效果见表10。
表10：NH3浓度检测结果
Figure BDA0002709666690000101
表10的结果显示，干酪乳杆菌和酿酒酵母对NH3均有降解效果，并且二者协同作用时，对NH3的降解效果最好。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂，其特征在于：按体积百分比计，包括50％-70％的微生物发酵液和30％-50％的植物溶液；所述微生物发酵液中含有枯草芽孢杆菌发酵液、粪产碱杆菌发酵液、友好戈登氏菌发酵液、干酪乳杆菌发酵液和酿酒酵母发酵液；所述植物溶液由丝兰溶液和桂花精油组成。
2.根据权利要求1所述的一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂，其特征在于：按体积百分比计，所述除臭剂的组成以及含量如下：枯草芽孢杆菌发酵液10％-15％、粪产碱杆菌发酵液10％-15％、友好戈登氏菌发酵液6％-8％、酪乳杆菌发酵液6％-8％、酿酒酵母发酵液18％-24％、丝兰溶液27％-45％、桂花精油3％-5％。
3.根据权利要求2所述的一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂，其特征在于：按体积百分比计，所述除臭剂的组成以及含量如下：枯草芽孢杆菌发酵液10％、粪产碱杆菌发酵液10％、友好戈登氏菌发酵液6％、干酪乳杆菌发酵液6％、酿酒酵母发酵液18％、丝兰溶液45％，桂花精油5％。
4.根据权利要求2所述的一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂，其特征在于：按体积百分比计，所述除臭剂的组成以及含量如下：枯草芽孢杆菌发酵液12％、粪产碱杆菌发酵液12％、友好戈登氏菌发酵液7％、干酪乳杆菌发酵液7％、酿酒酵母发酵液22％、丝兰溶液36％，桂花精油4％。
5.根据权利要求4所述的一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂，其特征在于：按体积百分比计，所述除臭剂的组成以及含量如下：枯草芽孢杆菌发酵液15％、粪产碱杆菌发酵液15％、友好戈登氏菌发酵液8％、干酪乳杆菌发酵液8％、酿酒酵母发酵液24％、丝兰溶液27％，桂花精油3％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂，其特征在于：在微生物发酵液中，枯草芽孢杆菌、粪产碱杆菌、友好戈登氏菌、干酪乳杆菌的有效活菌数为0.8×109-1.6×109cfu/ml。
7.根据权利要求6所述的一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂，其特征在于：在微生物发酵液中，酿酒酵母的有效活菌数为0.5×108-1×108cfu/ml。
8.根据权利要求7所述的一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂，其特征在于：丝兰溶液中的丝兰提取物的质量浓度为10％。
9.根据权利要求8所述的一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
菌剂复配：按比例混合OD600值均为0.9-1.1的枯草芽孢杆菌发酵液、粪产碱杆菌发酵液、友好戈登氏菌发酵液、干酪乳杆菌发酵液和酿酒酵母发酵液，获得微生物发酵液；
植物溶液配制：将丝兰提取物溶解于无菌水中，配制成质量浓度为10％的丝兰溶液；将丝兰溶液和桂花精油按比例混合获得植物溶液；
将微生物发酵液和植物溶液按比例混合，获得除臭剂。
10.根据权利要求8所述的一种针对黑臭河涌的微生物联合植物型复合除臭剂，其特征在于：按照体积分数2-10％的接种量，将所述除臭剂投放在恶臭物质上；或者，按照面积浓度0.1-1L/m2，将所述除臭剂喷洒于恶臭物质上。
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