CN112522148B - 一种利用印染废水培养高性能复合菌群的方法 - Google Patents

一种利用印染废水培养高性能复合菌群的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用印染废水培养高性能复合菌群的方法，该复合菌群是由解淀粉芽孢杆菌、恶臭假单胞菌、脱色希瓦氏菌及粪肠球菌组成；将四种菌株分别接种至LB培养基中培养后，接种至含印染废水的LB培养基中进行5 L发酵罐培养。利用该复合菌群制备的固态菌剂储藏稳定性及功能稳定性显著提高；在发酵培养完成后发酵液上清出水COD小于100 mg·L‑1，可以直接排放到环境中；并且，在含印染废水的培养基中所培养得到的复合菌群能够明显提高不同类型染料的降解效率，而且能够大幅度降低固态菌剂生产成本、减少废水处理量，在废水处理中具有更高的应用前景。

Description

一种利用印染废水培养高性能复合菌群的方法
技术领域
本发明属于环境微生物技术领域，具体涉及一种利用印染废水培养高性能复合菌群的方法。
背景技术
印染废水是指加工棉麻类物质、化学纤维及其纺织产品为主的工厂排出的废水。纺织印染废水具有废水排放量大、化学需氧量(COD)高、水质变化大等特点，属于难处理的工业废水之一。作为印染废水中最难降解的物质之一，染料的降解便显得尤为重要。目前已采用许多物理化学方法来用于印染废水的处理，如吸附，过滤，凝结，沉淀和化学氧化等。然而，这些方法效率低，成本高，能源需求密集，且容易造成二次污染。微生物降解被认为是一种经济，有效和环保的替代方法，近几十年来受到越来越多的关注。因此，开发一个工艺简单易行、成本低廉、脱色及COD去除效果较好的染料废水微生物降解工艺已经成为当下研究的热点之一。
将具备染料降解能力的菌株进行复配所形成复合菌群，具有更强的染料降解能力，对不同染料的降解具有协同的增效作用，可以利用比单一菌株更宽范围的底物。复合菌群在发酵培养完成后发酵液上清出水COD小于100mg·L-1，可以直接排放到环境中。利用印染废水作为培养基及诱导剂对复合菌群强化后能够明显提高染料降解效率，能够大幅度降低固态菌剂的生产成本，而且固态菌剂的同样具有较高的染料降解效率及稳定性，在废水处理中具有更强的适应能力，在环境工程技术领域具有更广泛的应用前景。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明提供了一种利用印染废水培养高性能复合菌群的方法，该复合菌群是由具有染料降解能力的四种菌株组成。
技术方案：一种利用印染废水培养高性能复合菌群的方法，所述的复合菌群是由解淀粉芽孢杆菌、恶臭假单胞菌、脱色希瓦氏菌及粪肠球菌四种菌株组成；将四种菌株分别接种至LB培养基中培养后，接种至含印染废水的LB培养基中进行5L发酵罐培养。
作为优化：所述的解淀粉芽孢杆菌为解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)，其保藏号为ACCC10167；所述的恶臭假单胞菌为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)，其保藏号为ACCC02699；所述的脱色希瓦氏菌为脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis)，其保藏号为ACCC01697；所述的粪肠球菌为粪肠球菌(Enterococcus faecalis)，其保藏号为ACCC10742。
作为优化：具体操作步骤如下：
步骤S1、复合菌群的初步选育：将枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、恶臭假单胞菌、斯氏假单胞菌、脱色希瓦氏菌及粪肠球菌在不同组合配比条件下加入脱色培养基中，48h后测定不同复合菌群对混合染料的脱色率，从而确定最佳复合菌群组合；
步骤S2、复合菌群发酵液的制备：将最佳复合菌群组合：解淀粉芽孢杆菌、恶臭假单胞菌、脱色希瓦氏菌及粪肠球菌分别接种至LB培养基中，具体地，上述的四种菌株按体积配比为1∶1∶1∶1的比例接种至含不同体积比例0％-100％，v/v的印染废水的LB培养基中，进行5L发酵罐培养；
步骤S3、不同复合菌群发酵液对混合染料的降解：分别移取不同复合菌群培养液将其转移到混合染料脱色培养基中进行脱色培养；
步骤S4、固态菌剂的制备：将步骤S2中得到的不同复合菌群发酵液在转速为4750rpm下离心30min得到菌体沉淀，将菌体沉淀与载体按1∶5w/w的比例混合均匀，37℃烘干后研磨成粉，从而得到固态菌剂。
作为优化：所述的步骤S1中，脱色培养基是由1g·L-1的葡萄糖、0.5g·L-1的尿素及4000mg·L-1的混合染料组成。
作为优化：所述的混合染料是由20种不同的染料混合组成。
作为优化：所述的步骤S2中，LB培养基由10g·L-1大豆蛋白胨、5g·L-1酵母浸粉、10g·L-1 NaCl以及不同体积比例的印染废水在121℃条件下湿热灭菌15min所得到。
作为优化：所述的步骤S2中，5L发酵罐中培养条件为温度37℃，转速为150rpm，培养时间为12-24h，pH控制在6.5-7.5。
作为优化：所述的步骤S3中，脱色培养基中复合菌群的接种量为2％，v/v。
作为优化：所述的步骤S4中，载体是由85％w/w的麸皮、10％w/w的壳聚糖以及5％w/w的海藻酸钠混合均匀制备而成。
作为优化：所述的步骤S4中，复合菌群发酵液上清COD小于100mg·L-1，可直接排放到环境中。
有益效果：本发明提供了一种利用印染废水培养高性能复合菌群的方法，该方法中利用印染废水部分取代去离子水作培养基在5L发酵罐中培养得到复合菌群对不同染料的降解效果明显优于未加入印染废水培养的复合菌群，四种菌株对不同染料的降解具有协同的增效作用，在发酵培养完成后发酵液上清出水COD小于100mg·L-1，可以直接排放到环境中。并且印染废水即作为培养基又能起到诱导激活各种酶系的作用，使得该复合菌群在废水处理中具有更强的适应能力；由于菌株组成及其体积配比的固定，利用部分印染废水培养所得到的复合菌群同样优于经驯化培养所得到的微生物群落。
附图说明
图1是本发明的复合菌群的初步选育结果示意图；
图2是本发明的不同印染废水体积比例下复合菌群的生物量示意图；
图3是本发明的不同复合菌群对混合染料的降解效果示意图；
图4是本发明的固态菌剂样品示意图；
图5是本发明的不同发酵液上清的出水COD含量示意图；
图6为本发明中利用部分印染废水发酵培养所得到的复合菌群制备得到的固态菌剂染料降解及稳定性效果图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：复合菌群的初步选育
将六种菌株(枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、恶臭假单胞菌、斯氏假单胞菌、脱色希瓦氏菌及粪肠球菌)分别组合得到的不同复合菌群发酵液(2％，v/v)接种到含4000mg·L-1由表1中所述的20种不同染料等质量组成的混合染料脱色培养基中，48h后测定不同复合菌群对混合染料的脱色率，从而确定最佳复合菌群组合。复合菌群的初步选育结果如图1所示。
不同复合菌群对混合染料脱色率的计算方法为：
Figure GDA0003771403620000031
式中：A0表示染料培养基初始吸光值；Ai表示染料培养基培养一段时间后的吸光值。
表1混合染料的组成
Figure GDA0003771403620000041
实施例2：复合菌群在5L发酵罐中的培养
将四种菌株分别接种至LB培养基中，在37℃150rpm条件下培养12h后按体积配比1∶1∶1∶1的比例接种至含不同体积比例(0％～100％，v/v)印染废水的LB培养基中进行5L发酵罐培养。5L发酵罐中培养条件为温度为37℃转速为150rpm，pH控制在6.5～7.5，发酵培养24h后测定在不同印染废水体积比例下复合菌群的生物量。不同印染废水体积比例下复合菌群的生物量如图2所示。
实施例3：复合菌群的染料脱色效果分析
将在实施例2中获得的不同复合菌群发酵液(2％，v/v)分别接种到含4000mg/L由表1中所述的20种不同染料等质量组成的混合染料脱色培养基中，48h后测定不同复合菌群对混合染料的脱色率。不同复合菌群对混合染料的降解效果如图3所示。
实施例4：固态菌剂的制备
将实施例2中得到的不同复合菌群发酵液4750rpm离心30min得到菌体沉淀，将菌体沉淀分别制备成固态菌剂，以便在后续研究中对不同复合菌群的功能稳定性进行评估。将85％(w/w)麸皮、10％(w/w)壳聚糖以及5％(w/w)海藻酸钠混合均匀制备成载体，其中壳聚糖为纤维素，海藻酸钠作为稳定剂。将菌体沉淀与载体按1∶5(w/w)比例混合均匀，37℃烘干后研磨成粉，从而得到固态菌剂。固态菌剂样品如图4所示。
实施例5：复合菌群发酵液上清COD含量测定
将实施例4中复合菌群发酵液离心处理后得到的上清液进行COD含量测定，以确定复合菌群在培养过程中对培养基的利用率及印染废水的降解效果。不同发酵液上清的出水COD含量如图5所示。
实施例6：固态菌剂的稳定性分析
通过实施例3可以发现在发酵培养基中添加一定体积的印染废水可以显著提高复合菌群对混合染料的脱色率，但是菌体沉淀制备成固态菌剂后的稳定性影响需要进一步研究分析。所以将实施例4中得到的不同固态菌剂分别静置储存28d，每7d取样测定固态菌剂(10ppm，w/v)对混合染料的脱色率。不同复合菌剂染料降解效果及稳定性如图6所示。
综上所述，本发明提供了一种利用印染废水提高复合菌群染料降解能力的方法，该方法的发酵培养基中印染废水含量为80％(v/v)时，对由20种不同染料组成的极高浓度混合染料的脱色率较高。在上述印染废水体积配比的发酵培养条件下，发酵培养完成后发酵液上清出水COD小于100mg·L-1，可以直接排放到环境中。印染废水强化后的复合菌群菌体沉淀制备而成的固态菌剂染料降解能力及稳定性较好，而且大幅度降低了固态菌剂的生产成本，表明在废水处理中具有更强的适应能力及应用前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在没有背离本发明基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同含义和范围内的所有变化囊括在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种利用印染废水培养高性能复合菌群的方法，其特征在于：所述的复合菌群是由解淀粉芽孢杆菌、恶臭假单胞菌、脱色希瓦氏菌及粪肠球菌四种菌株组成；将四种菌株分别接种至LB培养基中培养后，组合接种至含印染废水的LB培养基中进行5 L发酵罐培养，所述LB培养基中印染废水含量为80%v/v，所述的解淀粉芽孢杆菌为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)，其保藏号为ACCC10167；所述的恶臭假单胞菌为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)，其保藏号为ACCC02699；所述的脱色希瓦氏菌为脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis)，其保藏号为ACCC01697；所述的粪肠球菌为粪肠球菌(Enterococcus faecalis)，其保藏号为ACCC10742。
2.根据权利要求1所述的利用印染废水培养高性能复合菌群的方法，其特征在于：具体操作步骤如下：
步骤S1、复合菌群发酵液的制备：将解淀粉芽孢杆菌、恶臭假单胞菌、脱色希瓦氏菌及粪肠球菌分别接种至LB培养基中培养后，上述的四种菌株按体积配比为1:1:1:1的比例组合接种至含体积比例为80%v/v的印染废水的LB培养基中，进行5 L发酵罐培养；
步骤S2、固态菌剂的制备：将步骤S1中得到的复合菌群发酵液在转速为4750 rpm下离心30 min得到菌体沉淀，将菌体沉淀与载体按1:5w/w的比例混合均匀，37 ℃烘干后研磨成粉，从而得到固态菌剂。
3.根据权利要求2所述的利用印染废水培养高性能复合菌群的方法，其特征在于：所述的步骤S1中，LB培养基包含10 g·L-1大豆蛋白胨、5 g·L-1酵母浸粉、10 g·L-1 NaCl，在121 ℃条件下湿热灭菌15 min所得到。
4.根据权利要求2所述的利用印染废水培养高性能复合菌群的方法，其特征在于：所述的步骤S1中，5 L发酵罐中培养条件为温度37 ℃，转速为150 rpm，培养时间为12-24 h，pH控制在6.5-7.5。
5.根据权利要求2所述的利用印染废水培养高性能复合菌群的方法，其特征在于：所述的步骤S2中，载体是由85%w/w的麸皮、10%w/w的壳聚糖以及5%w/w的海藻酸钠混合均匀制备而成。
6.根据权利要求2所述的利用印染废水培养高性能复合菌群的方法，其特征在于：所述的步骤S2中，复合菌群发酵液上清COD小于100 mg·L-1，可直接排放到环境中。
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