CN113215052B - 一种芽孢杆菌在工业污泥减量减毒中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种芽孢杆菌(Bacillus sp.)及其在工业污泥减量减毒中的应用，菌株名称为Bacillus sp.SL‑187，其保藏编号为GDMCC No：61282，该芽孢杆菌是从染料企业脱水机房的活性污泥中分离筛选得到；本发明还提供一种包含所述芽孢杆菌的发酵剂；本发明还提供了所述的芽孢杆菌在污泥减量减毒无害化处理方面的应用；本发明的芽孢杆菌在用于在污泥减量减毒与无害化处理时，污泥的减量达到90%，对内毒素脂多糖的去除超过75%；实现活性污泥的快速高效减量与减毒。

Description

一种芽孢杆菌在工业污泥减量减毒中的应用
技术领域
本发明属于污泥生化处理领域，具体地说，涉及一种芽孢杆菌及其在工业污泥减量减毒无害化中的应用。
背景技术
工业废水经过生化处理产生大量剩余污泥、工业剩余污泥是各种菌体以及有机质等组成的菌胶团，含有大量水分、富含有机质、致病菌条件致病菌等。填满体量巨大，含水率过高无法直接焚烧、即使经过干化后油脂、致病菌以及有害代谢物质依然存在。需要对工业剩余污泥进行预处理，预处理的核心是减量与减毒。
现有物化预处理方法主要有：超声波、高温水热、微波、臭氧、碱解电化学等。这些方法，既需要特定设备又大量耗能。
现有技术中，也有应用微生物对污泥的减量化研究，如中国专利CN202010503597.7提供了一种采用高纯度纯氧结合微生物处理的污泥减量方法，中国专利CN201910559162.1提供了一株假真菌样芽孢杆菌及其在污泥减量中的应用，这些专利中主要集中在微生物对污泥的减量化研究。
但是，不同污泥中有机物种类多，有的污泥中可能含有致病菌与条件致病菌菌体以及各类有毒有害代谢产物，如脂多糖这样的内毒素；但是现有技术没有关于如何减少污泥中有毒物质含量的技术信息，缺少能够实现对工业剩余污泥既能减量又能减毒的解决方案。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺少能够实现对工业剩余污泥既能减量又能减毒的解决方案的技术问题，本发明提供一种芽孢杆菌及其在工业污泥减量减毒无害化中的应用。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明一种芽孢杆菌Bacillus sp.SL-187，已于2020年11月9日保藏于广东省微生物菌种保藏中心，其保藏编号为GDMCC No：61282，保藏地址为广州市先烈中路100号大院59号楼5楼。
本发明提供的芽孢杆菌Bacillus sp.SL-187是从染料企业脱水机房的活性污泥中分离筛选得到。
菌体特征：菌落呈白色、半透明、边缘整齐、中央与边缘颜色一致，湿润，凸起，易挑取；用显微镜观察：菌体呈杆状、革兰氏染色阳性产芽孢。通过生理生化鉴定，发现淀粉水解呈阳性、VP试验呈阳性、甲基红反应呈阳性，明胶液化反应呈阳性、脲酶试验呈阳性，经16S测序比对后分类命名为为Bacillus sp. SL-187。
本发明提供的含有权利要求1所述的芽孢杆菌Bacillus sp.SL-187的发酵剂。
进一步地，所述发酵剂中芽孢杆菌Bacillus sp.SL-187的浓度为1×108CFU/mL以上。
本发明还提供芽孢杆菌Bacillus sp.SL-187在工业污泥减量减毒中的应用。
利用芽孢杆菌Bacillus sp.SL-187减量减毒工业污泥中的方法，包括以下步骤：
（1）将芽孢杆菌Bacillus sp.SL-187接种至牛肉膏蛋白胨液态培养基中，摇床培养后，得到发酵种子液，发酵种子液中芽孢杆菌的浓度在1*108CFU/mL以上；
（2）将工业污泥与次粉进行混合，混合后调节含水量，得到混合物，所述的工业污泥在混合前经过简单脱水；
其中，简单脱水是指用机械方式进行脱水，使用的机械设备包括叠螺脱水机、带式脱水机、离心机和板框压滤机，一般其含水率会下降到80-85%；
（3）将步骤（1）制得的发酵种子液接种至步骤（2）制得的混合物中；
（4）将步骤（3）制得的接种有发酵种子液的工业污泥与次粉的混合物，在发酵罐中120rpm下好氧发酵培养。
进一步地，所述步骤（1）中摇床培养的温度为28℃~32℃，转速为120rpm，时间为24h。
进一步地，所述步骤（2）中工业污泥与次粉的质量比为4:1，所述含水量为40~50%。
进一步地，所述步骤（3）中混合物与发酵种子液的质量体积比为100:1。
进一步地所述步骤（4）中好氧发酵培养的温度为55℃~65℃，好氧发酵培养的时间为24小时以上。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
（1）本发明通过微生物降解工业污泥中的有机质、打开菌胶团，彻底分解菌体，释放被菌胶团与菌体吸收的水分实现污泥的减量，因此通过添加微生物菌剂可有效实现工业污泥的快速高效减量化；该菌株能够快速分解工业污泥中的有机物，在投加比例仅为1%（重量比）情况下，能够在6小时内，污泥温度达到60℃以上，而传统的污泥好氧发酵，升温周期一般要48小时。
（2）本发明还能通过微生物的降解作用彻底分解致病菌与条件致病菌菌体以及各类有毒有害代谢产物，实现活性污泥的高效减毒，针对现有发明专利集中在微生物对污泥的减量化研究的技术问题，本发明在减量化研究的基础上、以条件致病菌革兰氏阴性细菌细胞壁主要成分脂多糖（内毒素）为参照，发现本发明能够在减量的同时减毒。
（3）本发明的芽孢杆菌在用于在污泥减量减毒无害化处理时，污泥的减量达到90%，对内毒素脂多糖的去除超过75%；实现工业污泥的快速高效减量与减毒。
附图说明
图1为本发明芽孢杆菌Bacillus sp.SL-187的形态学鉴定结果；
图2为本发明芽孢杆菌Bacillus sp.SL-187的菌落形态图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，但应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分，而不是全部的实施例，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明涉及的材料和测定方法说明如下：
脂多糖检验方法：细菌内毒素试验方法 YY/T 0618-2017；
有机质含量：采用灼烧法测定有机质含量；
含水率：采用减重法测定；
降解率定义为：可降解成分中，已降解部分的质量占可降解成分初始质量的百分比。
培养基配方：
牛肉膏蛋白胨固态培养基：蛋白胨5.0g，牛肉膏3.0g，氯化钠5.0g，蒸馏水1000mL，琼脂20g；用于芽孢杆菌Bacillus sp.SL-187的保藏和扩增。
牛肉膏蛋白胨液态培养基：蛋白胨5.0g，牛肉膏3.0g，氯化钠5.0g，蒸馏水1000mL。
活性污泥与工业污泥均是从染料企业污泥脱水机房获得, 脱水机房，是将活性污泥收集后进行机械脱水的场所。
次粉又称黑面、黄粉、下面或三等粉等，是小麦加工的一种副产物，主要由细碎麸屑和部分小麦胚乳组成，是以小麦籽粒为原料磨制各种面粉后获得的副产品之一，购自五得利面粉厂。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
菌株的筛选及鉴定
（1）将从某染料企业脱水机房中采集的活性污泥样本100mL，放入带有玻璃珠250mL三角瓶中，28℃下120r /min振荡培养60min后，然后按梯度逐级稀释，涂布于LB平板。将涂布后的LB平板于28℃下培养72h，挑取不同单菌落，在LB平板上重复划线分离、纯化3次后镜检，选择具有芽孢的菌株；
（2）将步骤（1）分离的芽孢杆菌分别接种于LB培养基中，培养24 h，获得种子液；
（3）以质量比为4：1活性污泥与次粉的混合物作为培养基质，接种步骤（2）的种子液，其中，培养基质100g，种子液5mL，于55℃发酵24h，对发酵体系的脂多糖含量变化进行检测，共筛选到8株对脂多糖的降解效果相对较优的芽孢杆菌，如表1所示：
（4）选择对脂多糖的降解效果最好的8号菌株进行形态学、生理生化性质鉴定和分子生物学鉴定。
表1芽孢杆菌对脂多糖的降解率
Figure DEST_PATH_IMAGE002
形态学鉴定结果如图1和图2所示：菌体特征：菌落呈白色、半透明、边缘整齐、中央与边缘颜色一致，湿润，凸起，易挑取；用显微镜观察：菌体呈杆状、革兰氏染色阳性产芽孢。
生理生化性质鉴定结果：淀粉水解呈阳性，葡萄糖发酵产酸不产气、VP试验呈阳性，甲基红反应呈阳性，明胶液化反应呈阳性，脲酶试验呈阳性。
分子生物学鉴定结果：对该菌种进行16SrDNA测序并进行BLAST比对，序列见SEQNo.1。
经过形态学、生理生化性质和分子生物学鉴定，8号菌株为芽孢杆菌（Bacillus sp.），该菌株已于2020年11月9日保藏于广东省微生物菌种保藏中心(GDMCC)，其保藏编号为GDMCC No：61282，保藏地址为广州市先烈中路100号大院59号楼5楼，分类学命名为： Bacillus sp. SL-187。
序列表
SEQ No.1
AGCTTGCTCTTATGAAGTTAGCGGCGGACGGGTGAGTAACACGTGGGTAACCTGCCCATAAGACTGGGATAACTCCGGGAAACCGGGGCTAATACCGGATAACATTTTGAACCGCATGGTTCGAAATTGAAAGGCGGCTTCGGCTGTCACTTATGGATGGACCCGCGTCGCATTAGCTAGTTGGTGAGGTAACGGCTCACCAAGGCAACGATGCGTAGCCGACCTGAGAGGGTGATCGGCCACACTGGGACTGAGACACGGCCCAGACTCCTACGGGAGGCAGCAGTAGGGAATCTTCCGCAATGGACGAAAGTCTGACGGAGCAACGCCGCGTGAGTGATGAAGGCTTTCGGGTCGTAAAACTCTGTTGTTAGGGAAGAACAAGTGCTAGTTGAATAAGCTGGCACCTTGACGGTACCTAACCAGAAAGCCACGGCTAACTACGTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGTAGGTGGCAAGCGTTATCCGGAATTATTGGGCGTAAAGCGCGCGCAGGTGGTTTCTTAAGTCTGATGTGAAAGCCCACGGCTCAACCGTGGAGGGTCATTGGAAACTGGGAGACTTGAGTGCAGAAGAGGAAAGTGGAATTCCATGTGTAGCGGTGAAATGCGTAGAGATATGGAGGAACACCAGTGGCGAAGGCGACTTTCTGGTCTGTAACTGACACTGAGGCGCGAAAGCGTGGGGAGCAAACAGGATTAGATACCCTGGTAGTCCACGCCGTAAACGATGAGTGCTAAGTGTTAGAGGGTTTCCGCCCTTTAGTGCTGAAGTTAACGCATTAAGCACTCCGCCTGGGGAGTACGGCCGCAAGGCTGAAACTCAAAGGAATTGACGGGGGCCCGCACAAGCGGTGGAGCATGTGGTTTAATTCGAAGCAACGCGAAGAACCTTACCAGGTCTTGACATCCTCTGACAACCCTAGAGATAGGGCTTCTCCTTCGGGAGCAGAGTGACAGGTGGTGCATGGTTGTCGTCAGCTCGTGTCGTGAGATGTTGGGTTAAGTCCCGCAACGAGCGCAACCCTTGATCTTAGTTGCCATCATTTAGTTGGGCACTCTAAGGTGACTGCCGGTGACAAACCGGAGGAAGGTGGGGATGACGTCAAATCATCATGCCCCTTATGACCTGGGCTACACACGTGCTACAATGGACGGTACAAAGAGCTGCAAGACCGCGAGGTGGAGCTAATCTCATAAAACCGTTCTCAGTTCGGATTGTAGGCTGCAACTCGCCTACATGAAGCTGGAATCGCTAGTAATCGCGGATCAGCATGCCGCGGTGAATACGTTCCCGGGCCTTGTACACACCGCCCGTCACACCACG
实施例2
（1）将实施例1筛选获得的8号芽孢杆菌株接种至1L的牛肉膏蛋白胨液态培养基中，于28℃下120rpm摇床培养24h，作为发酵种子液，发酵种子液中芽孢杆菌的浓度为1*108CFU/mL。
（2）取简单脱水后的工业污泥300公斤与75公斤次粉混合，混合后调节含水量在50%，得到混合物。
（3）将步骤（2）制得的含水量在50%的工业剩余污泥与次粉的混合物，按每100kg混合物中接种1L步骤（1）发酵种子液的比例，将发酵种子液接种至步骤（2）制得的混合物中；
（4）将步骤（3）制得的接种有发酵种子液的工业剩余污泥与次粉的混合物，在发酵罐中55℃好氧发酵培养，混合物每小时搅拌120次，整个发酵过程持续24h。
对发酵后的污泥有机质含量进行测定，发现有机质含量比发酵前降低了72.5%。
对发酵后的污泥经过通风干化后进行检测，发现活性污泥含水率降低至低于10%，工业活性污泥减量达90%，脂多糖的去除率超过75%。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
序列表
<110> 江苏盛立环保工程有限公司
<120> 一种芽孢杆菌在工业污泥减量减毒中的应用
<160> 1
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 1345
<212> DNA
<213> 芽孢杆菌(Bacillus sp.)
<400> 1
agcttgctct tatgaagtta gcggcggacg ggtgagtaac acgtgggtaa cctgcccata 60
agactgggat aactccggga aaccggggct aataccggat aacattttga accgcatggt 120
tcgaaattga aaggcggctt cggctgtcac ttatggatgg acccgcgtcg cattagctag 180
ttggtgaggt aacggctcac caaggcaacg atgcgtagcc gacctgagag ggtgatcggc 240
cacactggga ctgagacacg gcccagactc ctacgggagg cagcagtagg gaatcttccg 300
caatggacga aagtctgacg gagcaacgcc gcgtgagtga tgaaggcttt cgggtcgtaa 360
aactctgttg ttagggaaga acaagtgcta gttgaataag ctggcacctt gacggtacct 420
aaccagaaag ccacggctaa ctacgtgcca gcagccgcgg taatacgtag gtggcaagcg 480
ttatccggaa ttattgggcg taaagcgcgc gcaggtggtt tcttaagtct gatgtgaaag 540
cccacggctc aaccgtggag ggtcattgga aactgggaga cttgagtgca gaagaggaaa 600
gtggaattcc atgtgtagcg gtgaaatgcg tagagatatg gaggaacacc agtggcgaag 660
gcgactttct ggtctgtaac tgacactgag gcgcgaaagc gtggggagca aacaggatta 720
gataccctgg tagtccacgc cgtaaacgat gagtgctaag tgttagaggg tttccgccct 780
ttagtgctga agttaacgca ttaagcactc cgcctgggga gtacggccgc aaggctgaaa 840
ctcaaaggaa ttgacggggg cccgcacaag cggtggagca tgtggtttaa ttcgaagcaa 900
cgcgaagaac cttaccaggt cttgacatcc tctgacaacc ctagagatag ggcttctcct 960
tcgggagcag agtgacaggt ggtgcatggt tgtcgtcagc tcgtgtcgtg agatgttggg 1020
ttaagtcccg caacgagcgc aacccttgat cttagttgcc atcatttagt tgggcactct 1080
aaggtgactg ccggtgacaa accggaggaa ggtggggatg acgtcaaatc atcatgcccc 1140
ttatgacctg ggctacacac gtgctacaat ggacggtaca aagagctgca agaccgcgag 1200
gtggagctaa tctcataaaa ccgttctcag ttcggattgt aggctgcaac tcgcctacat 1260
gaagctggaa tcgctagtaa tcgcggatca gcatgccgcg gtgaatacgt tcccgggcct 1320
tgtacacacc gcccgtcaca ccacg 1345

Claims (9)

1.一种芽孢杆菌(Bacillus sp.)SL-187，已于2020年11月9日保藏于广东省微生物菌种保藏中心，其保藏编号为GDMCC No：61282。
2.含有权利要求1所述的芽孢杆菌(Bacillus sp.)SL-187的发酵剂。
3.根据权利要求2所述的芽孢杆菌(Bacillus sp.)SL-187的发酵剂，其特征在于，所述发酵剂中芽孢杆菌(Bacillus sp.)SL-187的浓度为1×108CFU/mL以上。
4.权利要求1所述的芽孢杆菌(Bacillus sp.)SL-187在工业污泥减量减毒中的应用。
5.根据权利要求4所述的芽孢杆菌(Bacillus sp.)SL-187在工业污泥减量减毒中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将芽孢杆菌(Bacillus sp.)SL-187接种至牛肉膏蛋白胨液态培养基中，摇床培养后，得到发酵种子液，发酵种子液中芽孢杆菌的浓度在1×108CFU/mL以上；
（2）将工业污泥与次粉进行混合，混合后调节含水量，得到混合物，所述的工业污泥在混合前经过简单脱水；
（3）将步骤（1）制得的发酵种子液接种至步骤（2）制得的混合物中；
（4）将步骤（3）制得的接种有发酵种子液的工业污泥与次粉的混合物，在发酵罐中120rpm下好氧发酵培养。
6.根据权利要求5所述的芽孢杆菌(Bacillus sp.)SL-187在工业污泥减量减毒中的应用，其特征在于，所述步骤（1）中摇床培养的温度为28℃~32℃，转速为120rpm，时间为24h。
7.根据权利要求5所述的芽孢杆菌(Bacillus sp.)SL-187在工业污泥减量减毒中的应用，其特征在于，所述步骤（2）中工业污泥与次粉的质量比为4:1，所述含水量为40~50%。
8.根据权利要求5所述的芽孢杆菌(Bacillus sp.)SL-187在工业污泥减量减毒中的应用，其特征在于，所述步骤（3）中混合物与发酵种子液的质量体积比为100:1。
9.根据权利要求5所述的芽孢杆菌(Bacillus sp.)SL-187在工业污泥减量减毒中的应用，其特征在于，所述步骤（4）中好氧发酵培养的温度为55℃~65℃，好氧发酵培养的时间为24小时以上。
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