CN112408607B - 尼泊尔葡萄球菌在降解发酵工业有机废水中残糖的应用 - Google Patents

尼泊尔葡萄球菌在降解发酵工业有机废水中残糖的应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于微生物处理发酵工业有机废水的技术领域，具体涉及一种尼泊尔葡萄球菌在降解发酵工业有机废水中残糖的应用。本发明所提供的尼泊尔葡萄球菌命名为（Staphylococcus nepalensis）A‑A10‑1；于2020年9月16日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏号：CCTCC NO:M 2020505。尼泊尔葡萄球菌在高盐环境下快速降解废水中的残糖的应用尤其是在高盐环境下快速降解有机酸和/或氨基酸发酵生产废水中的残糖中的应用，是本发明所要保护的重点内容。本发明的菌株具有优异的耐高盐性能，利用上述菌株来对特定的高盐发酵生产废水进行处理，具有运作成本低、消耗少、效率高、适应性强、运行较为稳定、操作管理便捷等特点等显著优点。

Description

尼泊尔葡萄球菌在降解发酵工业有机废水中残糖的应用
技术领域
本发明属于微生物处理发酵工业有机废水的技术领域，具体涉及一种尼泊尔葡萄球菌在降解发酵工业有机废水中残糖的应用。
背景技术
关于尼泊尔葡萄球菌的应用，专利文献CN105358141A进行过披露：一种治疗或预防受试者中细菌定植或感染的方法，所述方法包括以下步骤：将治疗有效量的氯苯胍或其治疗学上可接受的盐施用给所述受试者，其中所述细菌定植或感染因菌剂而导致。其中一种菌剂为尼泊尔葡萄球菌。
关于尼泊尔葡萄球菌的其它应用，鲜有文献披露。尤其是关于尼泊尔葡萄球菌菌株的培养方法、以及其能作用于废水尤其是高盐发酵废水并且能针对废水进行有效的处理，更是几乎没有文献披露。
目前关于高盐发酵废水的处理，以下的专利文献CN109136095A公开了一种味精发酵生产废水，采用三种微生物，能够有效地利用废水来制备微生物蛋白，同时净化了废水，但是对于这三种微生物是否具有高耐盐性能以及在高盐环境下是否也具有良好的净化废水的能力，上述的专利并未涉及。而事实上，在有机酸及氨基酸发酵生产废水中，盐含量非常高，若采用微生物处理上述废水，微生物必须具有优异的耐盐性能。
因此，若是能开发尼泊尔葡萄球菌在高盐环境下能快速有效的降解废水中的残糖的应用及方法，必然会为高盐发酵废水的降解提供一种新的方向和途径。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种耐盐高效降解菌尼泊尔葡萄球菌(Staphylococcus nepalensis)A-A10-1在高盐环境下快速降解有机酸及氨基酸发酵生产废水残糖中的应用，将该菌株应用于处理高盐废水耗时短，效果好，且处理成本低。固液分离除去菌体后，可浓缩回收发酵废水所含粗盐。
本发明通过向高盐发酵废水处理系统中投加耐高盐尼泊尔葡萄球菌，加速微生物对污染物的降解，提高系统的生物处理效率，达到快速降解发酵废水中残糖的目的，并通过固液分离除去菌体后，浓缩回收发酵废水所含粗盐。
本发明所提供的能耐受高盐环境的尼泊尔葡萄球菌(Staphylococcusnepalensis)A-A10-1，于2020年9月16日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏号：CCTCCNO:M 2020505。
本发明所提供的尼泊尔葡萄球菌在高盐环境下快速降解废水中残糖的应用，尤其是尼泊尔葡萄球菌在高盐环境下快速降解有机酸和/或氨基酸发酵生产废水残糖中的应用，是本发明所要保护的重点内容；
上述的发酵生产废水为谷氨酸、苏氨酸、色氨酸、赖氨酸、柠檬酸、苹果酸中的一种或几种发酵完毕后所产生的废水。
上述的发酵生产废水为谷氨酸、苏氨酸、色氨酸、赖氨酸、柠檬酸、苹果酸中的一种或几种发酵完毕后各工艺环节综合产生的浓缩或未浓缩废水，其盐分含量在5～30％之间。
向高盐发酵废水处理系统中投加耐高盐高效降解的尼泊尔葡萄球菌，以达到快速降解废水中残糖的目的，上述的高盐发酵废水中，盐分含量在5～30％之间。
上述的尼泊尔葡萄球菌在快速降解发酵废水中残糖时，具体方法如下：调节高盐发酵废水氨pH在5.0～8.0之间，将尼泊尔葡萄球菌株按照体积百分比为1～10％的接种量接种至废水中，于25～40℃通风培养20～96小时,优选的为20～72小时。
尼泊尔葡萄球菌处理盐分含量在5～30％之间的发酵生产废水24～72小时后，废水中残糖含量为0.2～0.8％。
尼泊尔葡萄球菌株处理废水后，采用板框压滤固液分离，滤液采用先多效蒸发，随后流化床干燥，制得粗盐。
上述的板框滤布目数为200目，干燥温度75～85℃；优选的，干燥温度80℃。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过微生物菌株来对特定的发酵生产废水进行处理，避免了物理和化学处理方法中工艺流程长、占地大、资源利用差、处理费用高的缺点；具有运作成本低、消耗少、效率高、工适应性强、运行较为稳定、操作管理便捷等特点等显著优点；
(2)本发明所提供的尼泊尔葡萄球菌，具有优异的耐高盐性能，在盐份含量高的废水水体处理过程中，处理效果好；
(3)采用本发明的菌株处理高盐废水，耗时短，且处理效果佳；
(4)通过本发明的尼泊尔葡萄球菌菌株处理后的废水，经过固液分离除去菌体后，可浓缩回收发酵废水所含粗盐。
具体实施方式
为了能使本领域技术人员更好的理解本发明，现结合具体实施方式对本发明进行更进一步的阐述。
实施例1
通过向高盐发酵废水处理系统中投加耐高盐尼泊尔葡萄球菌，达到快速降解发酵废水中残糖的目的，并通过固液分离除去菌体后，浓缩回收发酵废水所含粗盐。
取含盐19.89％(质量体积百分比，以下同)，含糖量3.16％(质量体积百分比，以下同)的谷氨酸废水装入发酵罐，初始pH采用氨水调节至6.5，发酵温度为35℃，按照1％(体积百分比，以下同)的量接入尼泊尔葡萄球菌种子液，通风培养48小时后，其含糖量降至为0.68％(质量体积百分比，以下同)。
将发酵液pH调至3.5，加热至70℃，加入0.15‰的聚丙烯酸钠，静置5min，后采用板框压滤固液分离，菌体蛋白干重达35.2g/L；滤液采用先多效蒸发，随后流化床干燥，干燥温度80℃，制得硫酸铵含量90.36％的粗盐。
实施例2
尼泊尔葡萄球菌在高盐环境下快速降解有机酸和/或氨基酸发酵生产废水残糖中的应用，具体如下：
取含盐14.91％，含糖量2.75％的谷氨酸废水装入发酵罐，初始pH采用氨水调节至5.0，发酵温度为33.5℃，按照1％的比例接入尼泊尔葡萄球菌种子液，通风培养33小时后，其含糖量降至为0.71％。
将发酵液pH调至3.8，加热至85℃，加入0.18‰的聚丙烯酸钠，静置6min，采用板框压滤固液分离，菌体蛋白干重达21.5g/L；滤液采用先多效蒸发，随后流化床干燥，干燥温度80℃，制得硫酸铵含量9.53％的粗盐。
实施例3
尼泊尔葡萄球菌在高盐环境下快速降解有机酸和/或氨基酸发酵生产废水残糖中的应用，具体如下：
取含盐13.32％，含糖量2.05％的谷氨酸废水装入发酵罐，初始pH采用氨水调节至5.8，发酵温度为30℃，按照1％的比例接入尼泊尔葡萄球菌种子液，通风培养40小时后，其含糖量降至为0.56％。
通过碟片离心机固液分离，菌体经烘干后，干重达到28.7g/L，滤液采用先多效蒸发，随后流化床干燥，干燥温度100℃，制得硫酸铵含量92.06％的粗盐。
实施例4
尼泊尔葡萄球菌在高盐环境下快速降解有机酸和/或氨基酸发酵生产废水残糖中的应用，具体如下：
取含盐11.61％，含糖量1.56％的谷氨酸废水装入发酵罐，初始pH采用氨水调节至6.8，发酵温度为37℃，按照1％的比例接入尼泊尔葡萄球菌种子液，通风培养28小时后，其含糖量降至为0.55％。
通过碟片离心机固液分离，菌体经烘干后，干重达到20.9g/L，滤液采用先多效蒸发，随后流化床干燥，干燥温度60℃，制得硫酸铵含量91.69％的粗盐。
实施例5
尼泊尔葡萄球菌在高盐环境下快速降解有机酸和/或氨基酸发酵生产废水残糖中的应用，具体如下：
取含盐12.65％，含糖量1.19％的赖氨酸废水装入发酵罐，初始pH采用氨水调节至5.1，发酵温度为32℃，按照1％的比例接入20×108cfu/g尼泊尔葡萄球菌，通风培养20小时后，其含糖量降至为0.74％。
通过碟片离心机固液分离，菌体经烘干后，干重达到23.6g/L，滤液采用先多效蒸发，随后流化床干燥，干燥温度90℃，制得硫酸铵含量93.24％的粗盐。
实施例6
尼泊尔葡萄球菌在高盐环境下快速降解有机酸和/或氨基酸发酵生产废水残糖中的应用，具体如下：
本实施例通过向高盐发酵废水处理系统中投加耐高盐高效降解的尼泊尔葡萄球菌，达到快速降解发酵废水中残糖的目的，并通过固液分离除去菌体后，浓缩回收发酵废水所含粗盐。
取含盐8.31％，含糖量2％的柠檬酸废水装入发酵罐，初始pH采用氨水调节至7.6，发酵温度为28℃，按照1％的比例接入尼泊尔葡萄球菌种子液，通风培养50小时后，其含糖量降至为0.46％。
通过碟片离心机固液分离，菌体经烘干后，干重达到32.5g/L，滤液采用先多效蒸发，随后流化床干燥，干燥温度90℃，制得硫酸铵含量92.11％的粗盐。
实施例7
尼泊尔葡萄球菌在高盐环境下快速降解有机酸和/或氨基酸发酵生产废水残糖中的应用，具体如下：
通过向高盐发酵废水处理系统中投加耐高盐尼泊尔葡萄球菌，达到快速降解发酵废水中残糖的目的，并通过固液分离除去菌体后，浓缩回收发酵废水所含粗盐。
取含盐25％，含糖量2.68％的谷氨酸废水装入发酵罐，pH调节至5.0，发酵温度为36.2℃，按照1％(体积百分比)接入15×108cfu/g尼泊尔葡萄球菌，通风培养56小时后，其含糖量降至为0.59％。
将发酵液pH调至3.5，加热至70℃，加入0.15‰的聚丙烯酸钠，静置5min，后采用板框压滤固液分离，菌体蛋白干重达39.9g/L；滤液采用先多效蒸发，随后流化床干燥，干燥温度80℃，制得硫酸铵含量91.13％的粗盐。
实施例8
实施例1、2、3、4、5、6、7以及CK例中降糖量、粗盐回收率等指标相比较的结果如下表1所示：
CK为空白样，即不使用任何菌剂或者是处理剂的试样。
表1实施例对发酵生产废水处理的效果
Figure BDA0002820010500000071
实施例9
采用12m3发酵罐开展连续补料发酵降糖实验，具体过程如下：初始接种3.5％的种子液，经发酵降糖后，以残留发酵液为种子液，继续补加新料，进行连续降糖，降糖后液体，将pH调至3.7，加热至70℃，加入0.15‰的聚丙烯酸钠，静置5min，后采用板框压滤固液分离，板框滤布目数200目，菌体蛋白烘干；滤液采用先多效蒸发，随后流化床干燥，干燥温度80℃，制得硫酸铵。
第一批次通过开展菌种活化、种子罐培养、12m3发酵罐谷氨酸废液曝气降糖(接种量为3.5％)，同时完成了样品参数指标测定。结果表明，在培养基在非灭菌条件下，尼泊尔葡萄球菌可有效降低硫酸铵浓度达14.5％的谷氨酸废液中的总糖，在72h内，谷氨酸废液总糖已经由2.66％降至0.75％，菌体干重增量达到22.2g/L，制得硫酸铵含量92.36％的粗盐
第二批次在上述12m3发酵罐中的发酵降糖液放料时，保留2m3发酵液作为种子液，补加6m3未灭菌的谷氨酸废液新料，开始曝气降糖。结果表明，在上述接种条件下，尼泊尔葡萄球菌可有效降低硫酸铵浓度达16.58％的谷氨酸废液中的总糖，在42h内，谷氨酸废液总糖已经由2.8％降至0.81％，菌体干重达23.8g/L，制得硫酸铵含量90.98％的粗盐。
第三批次在上述12m3发酵罐中的发酵降糖液放料时，保留5m3发酵液作为种子液，补加3m3未灭菌的谷氨酸废液新料，开始曝气降糖。结果表明，在上述接种条件下，尼泊尔葡萄球菌可有效降低硫酸铵浓度达17.53％的谷氨酸废液中的总糖，在12h内，谷氨酸废液总糖已经由1.09％降至0.6％，菌体干重达28.9g/L，制得硫酸铵含量91.23％的粗盐。
第四批次在上述12m3发酵罐中的发酵降糖液放料时，保留4m3发酵液作为种子液，开始曝气降糖，同时完成了样品参数指标测定。结果表明，在上述接种条件下，尼泊尔葡萄球菌可有效降低硫酸铵浓度达13.36％的谷氨酸废液中的总糖，在24h内，谷氨酸废液总糖已经由1.2％降至0.7％，菌体干重23.6g/L，制得硫酸铵含量92.33％的粗盐。
第五批次在上述12m3发酵罐中的发酵降糖液放料时，保留6.5m3发酵液作为种子液，补加1.5m3未灭菌的谷氨酸废液新料，开始曝气降糖，。结果表明，在上述接种条件下，尼泊尔葡萄球菌可有效降低硫酸铵浓度达13.43％的谷氨酸废液中的总糖，在12h内，谷氨酸废液总糖已经由1.11％降至0.73％，菌体干重达到29.6g/L，制得硫酸铵含量93.05％的粗盐。
第六批次在上述12m3发酵罐中的发酵降糖液放料时，保留6.5m3发酵液作为种子液，补加1.5m3未灭菌的谷氨酸废液新料，开始曝气降糖。结果表明，在上述接种条件下，尼泊尔葡萄球菌可有效降低硫酸铵浓度达13.32％的谷氨酸废液中的总糖，在12h内，谷氨酸废液总糖已经由1.08％降至0.72％，菌体干重达到32.1g/L，制得硫酸铵含量92.87％的粗盐。
第七批次在上述12m3发酵罐中的发酵降糖液放料时，保留6.5m3发酵液作为种子液，补加1.5m3未灭菌的谷氨酸废液新料，开始曝气降糖，同时完成了样品参数指标测定。结果表明，在上述接种条件下，尼泊尔葡萄球菌可有效降低硫酸铵浓度达14.42％的谷氨酸废液中的总糖，在12h内，谷氨酸废液总糖已经由1.11％降至0.77％，菌体干重达到35.6g/L，制得硫酸铵含量91.06％的粗盐。
第八批次在上述12m3发酵罐中的发酵降糖液放料时，保留6.5m3发酵液作为种子液，补加1.5m3未灭菌的谷氨酸废液新料，开始曝气降糖，同时完成了样品参数指标测定。结果表明，在上述接种条件下，尼泊尔葡萄球菌可有效降低硫酸铵浓度达16.21％的谷氨酸废液中的总糖，在16h内，谷氨酸废液总糖已经由1.23％降至0.8％，菌体干重达到38.5g/L，增量达到0.65％，制得硫酸铵含量92.08％的粗盐。
第九批次在上述12m3发酵罐中的发酵降糖液放料时，保留6.5m3发酵液作为种子液，补加1.5m3未灭菌的谷氨酸废液新料，开始曝气降糖。结果表明，在上述接种条件下，尼泊尔葡萄球菌可有效降低硫酸铵浓度达16.87％的谷氨酸废液中的总糖，在12h内，谷氨酸废液总糖已经由1.01％降至0.8％，菌体干重达38.9g/L，制得硫酸铵含量92.39％的粗盐。
表2不同批次的物料在发酵罐中开展连续补料发酵降糖实验结果
Figure BDA0002820010500000101
传统生物处理方法的处理效果受盐分影响较大，高浓度无机盐可通过升高环境渗透压破坏微生物的细胞膜和菌体内的酶，从而破坏微生物的生理活动，对废水生物处理产生毒害作用。通过向高盐发酵废水处理系统中投加耐高盐高效降解的尼泊尔葡萄球菌，提高系统的生物处理效率，达到快速降解发酵废水中残糖的目的，并通过固液分离获得菌体蛋白，浓缩回收发酵废水所含粗盐。从以上的对比可以看出，在温度较高，通风时长长的情况下，粗盐得率高。

Claims (8)

1.尼泊尔葡萄球菌在高盐环境下快速降解有机酸发酵生产废水中残糖的应用，其特征在于，所述的尼泊尔葡萄球菌命名为（Staphylococcus nepalensis ）A-A10-1；于2020年9月16日保藏于中国典型微生物保藏中心，保藏号：CCTCC NO： 2020505；所述的发酵生产废水为谷氨酸、苏氨酸、色氨酸、赖氨酸、柠檬酸、苹果酸中任一种或几种发酵完毕后各工艺环节综合产生的浓缩或未浓缩废水，其盐分含量在25～30%之间。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，向高盐发酵生产废水处理系统中投加耐高盐尼泊尔葡萄球菌，使其降解废水中残糖；所述的高盐发酵生产废水中，盐分含量在25～30%之间。
3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，调节高盐发酵生产废水pH在5.0～8.0之间，将尼泊尔葡萄球菌株按照1～10%的体积百分比接种量接种至废水中，于25～40℃通风培养20～96小时。
4.如权利要求1所述的应用，其特征在于，尼泊尔葡萄球菌处理盐分含量在25～30%之间的发酵生产废水24～72小时后，废水中残糖含量为0.2～0.8%。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，尼泊尔葡萄球菌株处理废水后，采用经蛋白絮凝加板框压滤，或直接采用碟片离心机实现固液分离，滤液采用先多效蒸发，随后流化床干燥，制得粗盐。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的蛋白絮凝工艺为，将发酵液pH调至3.5～4.0，加热至70～100℃，加入0.15~2.5‰的聚丙烯酸钠，静置3~10min。
7.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的板框滤布目数为200目，干燥温度为75～85℃。
8.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的干燥温度为80℃。
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