CN113755379A - 一种二甲基甲酰胺高效降解菌剂、制备及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二甲基甲酰胺高效降解菌剂、制备及其应用，属于生物技术领域，本发明处理二甲基甲酰胺废水的微生物菌剂主要组成成分为：粪产碱杆菌、假苍白杆菌、短芽孢杆菌、Leucobacter属、副球菌。本发明的二甲基甲酰胺降解菌剂能以二甲基甲酰胺为唯一碳源和氮源进行生长，72h能将含有5000mg/L二甲基甲酰胺降解至50mg/L以下，去除率达到99％以上。本发明制备的菌制剂按一定量投加到废水中，其含有多种对二甲基甲酰胺有优良降解能力的微生物，对二甲基甲酰胺类污染水体有良好的降解效果，解决了二甲基甲酰胺难生物降解的难题。

Description

一种二甲基甲酰胺高效降解菌剂、制备及其应用
技术领域
本发明属于生物方法处理废水领域，具体涉及一种处理二甲基甲酰胺类废水的复合菌剂、制备及其应用。
背景技术
N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为重要的化工原料以及性能优良的溶剂，主要应用于聚氨酯、腈纶、医药、农药、染料、石油化工和皮革等各种化工行业中。在聚氨酯行业中作为洗涤固化剂，二甲基甲酰胺对多种高聚物如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺等均为良好的溶剂，可用于聚丙烯腈纤维等合成纤维的湿纺丝、聚氨酯的合成；在医药行业中作为合成药物中间体，广泛用于制取强力霉素、可的松、磺胺类药品的生产；在腈纶行业中作为溶剂，主要用于腈纶的干法纺丝生产；在农药行业中用于合成高效低毒农药杀虫剂；在染料行业作为染料溶剂；在石油化工中，用作气体吸收剂，用于分离和精制气体；在制革行业中主要用于湿法合成革生产。在大多数工业生产过程中，DMF仅作为溶剂存在，基本没有被消耗就和生产废水一并排出。
二甲基甲酰胺(DMF)化学性质稳定，B/C为0.065，难生物降解，具有一定毒性，DMF具有的稳定性高、可生化性差、具有一定毒性等特点对废水生物处理过程产生抑制作用，影响处理效果。此外，DMF废水具有污染物浓度高，总氮浓度高，尤其是有机氮浓度高，但氨氮浓度低的特点。因此DMF废水一直被认为是高毒性、难以生物降解的有机工业废水。
目前DMF废水的处理主要采用物理化学方法，如胡湖生等用的萃取—吸附法、刘志国等采用的碱性水解法和Fenton氧化法、蒸馏法等，但此类方法不同程度地受到处理成本较高、工艺条件复杂、易产生二次污染等方面的影响，应用空间有限。多项研究结果表明，生物法针对DMF的降解也取得了较突出的进展，多种微生物如芽孢杆菌属、假单胞菌属、副球菌属等被分离出来，采用生物方法处理对低浓度DMF显示具有较好的降解效率，但在高浓度DMF下，很难在短时间内取得较好效果。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种二甲基甲酰胺高效降解菌剂、制备及其应用，利用粪产碱杆菌、假苍白杆菌、短芽孢杆菌、Leucobacter菌、副球菌等菌株制备的微生物菌剂，可使一定浓度二甲基甲酰胺废水中的二甲基甲酰胺含量降低99％以上。
本发明是这样实现的：
一种二甲基甲酰胺高效降解菌剂的制备方法，其特征在于，所述的方法为：
步骤一、固体平板培养：将粪产碱杆菌、假苍白杆菌、短芽孢杆菌、Leucobacter菌、副球菌分别转接到固体培养基上，于25～35℃培养箱中培养36h，使菌株活化；
步骤二、种子液培养：将经步骤一活化的菌株分别接种于液体培养基中，25～35℃、150～200rpm振荡培养24～36h，至菌株处于对数生长期；
步骤三、菌种发酵扩大培养：将步骤二的培养液按照10％比例分别接种于发酵培养基中进行发酵培养；获得浓度为1×109～1×1011CFU/mL发酵产物；
步骤四、将步骤三中获得的发酵产物的各菌株菌剂，按照粪产碱杆菌、假苍白杆菌、短芽孢杆菌、Leucobacter属、副球菌发酵产物按1：1：1：1：1质量比混合后形成复合菌剂；
步骤五、将步骤四获得的复合菌剂中加入20％保护剂后制备成干粉状菌剂。
进一步，所述的步骤一中的固体培养基的配置如下：牛肉膏3.0g/L；蛋白胨10.0g/L；NaCl 5.0g/L；去离子水溶解，pH 7～8，115～121℃灭菌15～30min。
进一步，所述的步骤二液体培养基的配制方法如下：酵母膏1～10g/L，蛋白胨5～10g/L，葡萄糖5～10g/L，NH4Cl 1～10g/L，K2HPO4 1～10g/L，去离子水溶解，pH＝7.0～8.0，115～121℃灭菌15～30min。
进一步，所述的步骤三菌种发酵扩大培养的发酵培养基如下：酵母膏1～5g/L，蛋白胨5～10g/L，葡萄糖5～10g/L，NH4Cl 1～5g/L，K2HPO4 1～5g/L，KH2PO4 1～5g/L，消泡剂0.2％，蒸馏水溶解，pH＝7.0～8.0，115～121℃灭菌15～30min。
进一步，所述的步骤三中的发酵培养条件为：罐温为37℃，罐压为0.01～0.1MPa，通气量为1:0.6～1.2，搅拌速度150rpm、发酵时间48～72h。
进一步，按照质量百分比计，所述的步骤五中的保护剂配方为：酵母粉35％；鱼蛋白35％；微量元素30％。
进一步，所述的活性微生物中微生物制剂有效活菌数量≥1010CFU/g。
本发明还公开了二甲基甲酰胺高效降解菌剂的制备方法制备得到的菌剂在化工废水中的应用，所述的应用方法为：将二甲基甲酰胺高效降解菌剂按照0.5～5‰比例投加至含5000mg/L二甲基甲酰胺的无机盐培养基中，72h可将二甲基甲酰胺降至50mg/L以下，去除率超过99％；将二甲基甲酰胺高效降解菌剂按照0 5～5‰比例投加至含有5000mg/L二甲基甲酰胺的某新材料生产废水中，72h可将苯胺降至50mg/L以下，去除率超过99％。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
1、本发明将多株具有二甲基甲酰胺降解效果的功能菌株按照一定比例进行混合，可显著提高复合微生物对二甲基甲酰胺的降解性能；
2、本发明制备的二甲基甲酰胺高效降解菌剂，可将DMF完全矿化，释放氨氮，降低了后续的脱氮处理难度；
3、本发明制备的二甲基甲酰胺高效降解菌剂对DMF耐受能力高，最高可达到8000mg/L；对于5000mg/L的DMF，HRT 72h可降解99％以上。
附图说明
图1为本发明实施例1中不同浓度DMF随时间降解情况。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的二甲基甲酰胺高效降解菌剂主要组成成分为粪产碱杆菌、假苍白杆菌、短芽孢杆菌、Leucobacter菌、副球菌，微生物制剂有效活菌数≥1010CFU/g。二甲基甲酰胺高效降解菌剂的制备方法，包括以下顺序和步骤：
步骤一、固体平板培养：将粪产碱杆菌、假苍白杆菌、短芽孢杆菌、Leucobacter菌、副球菌分别转接到固体培养基上，于25～30℃培养箱中培养36h，使菌株活化；
步骤二、种子液培养：将经步骤一活化的菌株分别接种于液体培养基中，25～30℃、150～180rpm振荡培养24～36h，至菌株处于对数生长期；
步骤三、菌种发酵扩大培养：将步骤二所述的培养液按照10％比例接种于发酵培养基中进行发酵培养；获得浓度为1×109～1×1011CFU/mL发酵产物；
步骤四、将步骤三中获得的各菌株菌剂，按照粪产碱杆菌、假苍白杆菌、短芽孢杆菌、Leucobacter属、副球菌的发酵产物混合后形成复合菌剂；
步骤五、将步骤四获得的复合菌剂中加入20％保护剂后制备成干粉状菌剂即可。保护剂配方为：酵母粉35％；鱼蛋白35％；微量元素30％。
以下列举具体的实例叙述所述的二甲基甲酰胺高效降解菌剂的应用：
实施例1
将生产的二甲基甲酰胺高效降解菌剂按照1‰的投加量分别投加至包含1000mg/L、2000mg/L、3000mg/L、4000mg/L、5000mg/L的基础盐培养基中，基础盐培养基(MSM)：K2HPO4·3H2O 1.5g/L，KH2PO4 0.5g/L，MgSO4·7H2O 0.2g/L，FeSO4·7H2O 0.03g/L，MnSO4·H2O 0.03g/L，CaCl2·6H2O 0.01g/L，pH7.0。37℃摇床培养，不同时间段取样，测定剩余二甲基甲酰胺含量。结果如图1所示，1000～2000mg/L二甲基甲酰胺浓度下，24h均可降至10mg/L以下；3000mg/L二甲基甲酰胺浓度下，48h可降解至50mg/L以下，72h可降解至15mg/L以下；4000mg/L二甲基甲酰胺浓度下，48h可降解至100mg/L以下，72h可降解至25mg/L以下；5000mg/L二甲基甲酰胺浓度下，48h可降解至200mg/L以下，72h可降解至50mg/L以下；具体的结果图示如图1所示。
实施例2
将生产的二甲基甲酰胺高效降解菌剂按照1‰的投加量投加至包含5000mg/LDMF的污水中，污水COD 4040mg/L，氨氮42mg/L，凯氏氮838mg/L，污水取自安徽某新材料有限公司，37℃摇床培养，不同时间段取样，测定剩余DMF含量。结果显示，72h DMF浓度可降解至50mg/L以下，去除率99％以上，72h出水COD降解至200mg/L以下，出水氨氮430～500mg/L，出水凯氏氮438～512mg/L，其中氨氮含量占凯氏氮含量的95％以上；
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种二甲基甲酰胺高效降解菌剂的制备方法，其特征在于，所述的方法为：
步骤一、固体平板培养：将粪产碱杆菌、假苍白杆菌、短芽孢杆菌、Leucobacter菌、副球菌分别转接到固体培养基上，于25～35℃培养箱中培养36h，使菌株活化；
步骤二、种子液培养：将经步骤一活化的菌株分别接种于液体培养基中，25～35℃、150～200rpm振荡培养24～36h，至菌株处于对数生长期；
步骤三、菌种发酵扩大培养：将步骤二的培养液按照10％比例分别接种于发酵培养基中进行发酵培养；获得浓度为1×109～1×1011CFU/mL发酵产物；
步骤四、将步骤三中获得的发酵产物的各菌株菌剂，按照粪产碱杆菌、假苍白杆菌、短芽孢杆菌、Leucobacter属、副球菌发酵产物按质量比例为1：1：1：1：1混合后形成复合菌剂；
步骤五、将步骤四获得的复合菌剂中加入20％保护剂后制备成干粉状菌剂。
2.根据权利要求1所述的一种二甲基甲酰胺高效降解菌剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中的固体培养基的配置如下：牛肉膏3.0g/L；蛋白胨10.0g/L；NaCl 5.0g/L；去离子水溶解，pH 7～8，115～121℃灭菌15～30min。
3.根据权利要求1所述的一种二甲基甲酰胺高效降解菌剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤二液体培养基的配制方法如下：酵母膏1～10g/L，蛋白胨5～10g/L，葡萄糖5～10g/L，NH4Cl 1～10g/L，K2HPO4 1～10g/L，去离子水溶解，pH＝7.0～8.0，115～121℃灭菌15～30min。
4.根据权利要求1所述的一种二甲基甲酰胺高效降解菌剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤三菌种发酵扩大培养的发酵培养基如下：酵母膏1～5g/L，蛋白胨5～10g/L，葡萄糖5～10g/L，NH4Cl 1～5g/L，K2HPO4 1～5g/L，KH2PO41～5g/L，消泡剂0.2％，蒸馏水溶解，pH＝7.0～8.0，115～121℃灭菌15～30min。
5.根据权利要求4所述的一种二甲基甲酰胺高效降解菌剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤三中的发酵培养条件为：罐温为37℃，罐压为0.01～0.1MPa，通气量为1:0.6～1.2，搅拌速度150rpm、发酵时间48～72h。
6.根据权利要求1所述的一种二甲基甲酰胺高效降解菌剂的制备方法，其特征在于，按照质量百分比计，所述的步骤五中的保护剂配方为：酵母粉35％；鱼蛋白35％；微量元素30％。
7.根据权利要求1～7任一所述的一种二甲基甲酰胺高效降解菌剂的制备方法制备得到的菌剂。
8.根据权利要求7所述的一种二甲基甲酰胺高效降解菌剂的制备方法制备得到的菌剂，其特征在于，所述的制备后微生物菌剂中微生物制剂有效活菌数量≥1010CFU/g。
9.一种如权利要求8所述的二甲基甲酰胺高效降解菌剂的制备方法制备得到的菌剂在化工废水中的应用。
10.根据权利要求8所述的二甲基甲酰胺高效降解菌剂的制备方法制备得到的菌剂在化工废水中的应用，其特征在于，所述的应用方法为：将二甲基甲酰胺高效降解菌剂按照0.5～5‰比例投加至含5000mg/L二甲基甲酰胺的无机盐培养基中，72h可将二甲基甲酰胺降至50mg/L以下，去除率超过99％；将二甲基甲酰胺高效降解菌剂按照0 5～5‰比例投加至含有5000mg/L二甲基甲酰胺的某新材料生产废水中，72h可将苯胺降至50mg/L以下，去除率超过99％。
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