CN114058553B - 一种降解废水中cod的复合菌剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降解废水中COD的复合菌剂，每g或每ml的复合菌剂包含如下活菌数：枯草芽孢杆菌(20‑40)×108个、地衣芽孢杆菌(20‑40)×108个、解淀粉芽孢杆菌(15‑35)×108个和易变副球菌(Paracoccus versutus)(5‑15)×108个；本发明的复合菌剂在使用时菌剂的添加量低，见效速度快，COD降解效果好；50‑500ppm的添加量即可达到95％以上的COD降解率；且菌种数量少，成本低，仅包含四种菌种，且枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌三种菌种均可自市场上购买任一厂家的产品，可合理控制成本。

Description

一种降解废水中COD的复合菌剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种复合微生物菌剂，具体涉及一种能够降解高难有机废水中COD的复合微生物菌剂，属于环境微生物技术领域。
背景技术
我国本身是一个水资源短缺的国家，而随着国家工业化的飞速发展，水环境面临着严峻的挑战，水环境污染问题日益成为社会关注的热点话题，严重制约着人类健康和生态环境的发展。我国工业废水排放主要集中在石化、煤炭、造纸、冶金、纺织、制药、食品等行业。其中，造纸和纸制品行业废水排放量占工业废水总排放量的16.4％，化学原料和化学制品制造业排放量占总排放量的15.8％。我国政府一直非常重视工业废水的治理技术研发与应用，自20世纪70年代起，国家就集中科研院所、大学等优势力量，投入大量人力、物力、财力，开展工业废水处理技术研究，着力解决一批占国民经济比重较大工业的废水处理技术难题。
处理高浓度难有机废水的主要方法有化学氧化法、萃取法、吸附法、焚烧法、催化氧化法、生化法等，但只有生化法工艺相对成熟，也是废水处理中应用最广的方法。好氧处理单元作为现行的生化处理单元之一，其对难降解有机物去除能力的高低直接影响了后续出水水质。通常情况下，在运行好氧处理过程中，基本是依靠比较传统的工艺管理技术方案和经验进行控制，以提高和稳定好氧处理效率。在好氧处理效率不高时，后续深度处理往往采用昂贵的高级氧化技术进行处理，高级氧化处理技术可以有效的降解难溶性的污染物，但是由于其运行成本高，污泥产量大，设备维护量大，运行管理水平较高，在企业应用时造成企业净利润大幅减少。随着技术的发展，在好氧处理过程中设计出了膜法工艺，但是由于膜法操作技术要求高，膜的稳定性问题还未彻底解决，在大水量的工业上还未能广泛地推广应用。在生化处理没有更好的解决方案之前，目前采用了大量的深度处理工艺，比如Fenton处理，Fenton处理是一种通过投加亚铁和过氧化氢形成强氧化剂对水体中难降解的污染物进行降解的处理工艺，其效果较好，但是其运行成本高，污泥产生量大，设备操作和管理要求都相对较高，同时Fenton处理时，难以对溶解性的有机物进行降解处理，这一过程一般只有在生化处理系统中才能够彻底处理。因此无论对何种废水，其生化处理的效果高低，直接关系到运行费用的高低，因此如何提高生化处理的效率和降低后续运行成本成为目前领域研究的重点。
普通生物法处理污废水具有COD降解效率低下、出水COD不达标、系统启动速率慢、抗冲击能力差、容易产生二次污染和原始工艺成本高、工艺复杂等问题。而由于好氧处理主要依靠微生物的特性进行处理，因此对特种微生物的培养和驯化就显得尤为重要，大量研究表明，筛选分离培养出的特种微生物功能菌与传统微生物法相比在COD降解领域表现出更加优越的特性。而复合菌剂能够在结合各个菌种作用效果的基础上，不同菌株之间产生协同配合作用，在污废水的处理中发挥更好的增效作用，进而降低企业的运行成本，具有更广的应用领域和普适性。
发明内容
本发明针对污废水的好氧处理中现有的微生物菌种在COD降解效率上所存在的不足，提供一种对废水环境适应性强、成本低、无二次污染且在高难有机废水中对COD的降解率可达到95％以上的复合微生物菌剂。
一种降解废水中COD的复合菌剂，每g或每ml的复合菌剂包含如下活菌数：枯草芽孢杆菌(20-40)×108个，优选30×108个；地衣芽孢杆菌(20-40)×108个，优选30×108个；解淀粉芽孢杆菌(15-35)×108个，优选20×108个；和易变副球菌AOB133(5-15)×108个，优选10×108个；
其中，所述易变副球菌(Paracoccus versutus)AOB133保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏编号为：CGMCC No.23528，保藏日期为：2021年9月30日，其16S rDNA序列如SEQ ID No:1所示，本发明中所指的易变副球菌均是指易变副球菌(Paracoccus versutus)AOB133菌株。
优选的，所述复合菌剂为固体复合菌剂。
进一步，所述固体复合菌剂包含如下菌粉：枯草芽孢杆菌22-32wt％，优选27wt％；地衣芽孢杆菌22-32wt％，优选27wt％；解淀粉芽孢杆菌24-34wt％，优选29wt％；易变副球菌12-22wt％，优选17wt％，其中枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌菌粉的活菌数为(100-120)×108个/g，解淀粉芽孢杆菌菌粉的活菌数为(70-90)×108个/g，易变副球菌菌粉的活菌数为(40-60)×108个/g。
本发明复合菌剂中所选用的菌株特性及功能如下：
(1)枯草芽孢杆菌：可利用蛋白质、多种糖及淀粉，是α-淀粉酶和中性蛋白酶的重要生产菌，其分泌的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活性物质，对致病菌或内源性感染的条件致病菌有明显的抑制作用。
(2)地衣芽孢杆菌：可产生活性较强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶，促进有益菌生长，并具有独特的生物夺氧作用机制，能抑制致病菌的生长繁殖。
(3)解淀粉芽孢杆菌：可产生具有抑制活性的抑菌蛋白，使病原真菌的膜通透性增加从而死亡，与功能菌产生协同作用，对各类水体具有较强的适应能力。
(4)易变副球菌(Paracoccus versutus)AOB133：可产生酸类物质，有效水解多种有机工业废水中含有的大分子有机物为小分子物质，增加水体可生化性，使功能菌更好的发挥作用，大大增加COD的降解效率。
本发明提供的复合菌剂的有益效果为：
(1)菌剂添加量低，见效速度快，COD降解效果好；50-500ppm的添加量即可达到95％以上的COD降解率；
(2)菌种数量少，成本低，仅包含四种菌种，且枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌三种菌种均可自市场上购买任一厂家的产品，可合理控制成本；
(3)水体中使用本发明的复合菌剂后可同时产生抗生素类物质，抑制致病菌的生长，净化水体，且不破坏原始环境、无二次污染、处理效果好且操作简便；
(4)使用本发明的复合菌剂后可有效提高生化系统的启动速度，提高系统的处理能力及抗冲击能力，增加水体的可生化性，降低难降解有机污染物的比例，减少剩余污泥的产生量，改善污泥沉降性能。
本发明还要求保护上述复合菌剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)一级种子培养：无菌条件下分别取枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽胞杆菌和易变副球菌接种于富集培养基中，于25-35℃、150-300rpm的条件下培养12-36h，得到一级种子培养液；
(2)二级种子培养：无菌条件下分别将枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽胞杆菌和易变副球菌的一级种子培养液按照1-5vol％的接种量接种于富集培养基中，于25-35℃、150-300rpm的条件下培养12-36h，得到二级种子培养液；
(3)发酵：待发酵罐内的发酵培养基消毒完毕后，分别将步骤(2)所得的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽胞杆菌和易变副球菌的二级种子培养液按照5-10vol％的接种量接种于发酵培养基中，控制温度为25-35℃，通气比为1:(1-2)、150-300rpm的条件下发酵，待溶氧开始上升时停止发酵，得各个菌株的发酵液；
(4)制备复合菌剂，不同形态的复合菌剂制备方法如下：
液体复合菌剂：将步骤(3)所得的各个菌株的发酵液进行稀释，按比例灌装，即得液体复合菌剂；
固体复合菌剂：将步骤(3)所得的各个菌株的发酵液离心后制成菌泥，枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和解淀粉芽胞杆菌的菌泥置于50-70℃的烘箱中烘干，后粉碎制得菌粉，易变副球菌的菌泥中添加保护剂后冷冻干燥，后粉碎制得菌粉，将四种菌种的菌粉按质量比混合，即得固体的复合菌剂。
进一步，所述富集培养基的组成为：胰蛋白胨10g/L，酵母浸粉5g/L，氯化钠10g/L，且pH＝6.5-8。
进一步，所述枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的发酵培养基组成为：碳源30-80g/L、氮源50-100g/L、K+0.3-0.8g/L、Mg2+0.5-1.5g/L，且pH＝6.5-8。
进一步，所述解淀粉芽胞杆菌的发酵培养基组成为：碳源20-50g/L、氮源10-30g/L、K+0.3-0.8g/L、Mg2+0.5-1.5g/L，且pH＝6.5-8。
进一步，所述易变副球菌的发酵培养基组成为：碳源10-30g/L、氮源3-8g/L、NH4 +0.2-0.5g/L、Mg2+0.5-1.5g/L、Zn2+0.05-0.2g/L、Mn2+0.3-0.8g/L，且pH＝6.5-8。
进一步，所述碳源选自葡萄糖、蔗糖、淀粉、醋酸钠或丁二酸钠中的一种或多种。
进一步，所述氮源选自酵母浸粉、豆饼粉、蛋白胨、尿素、硫酸铵或硝酸钾中的一种或多种。
进一步，所述保护剂为淀粉、甘油或麸皮中的一种或多种，优选的，所述保护剂的添加量为易变副球菌菌粉质量的30-50wt％。
本发明还要求保护使用上述的复合菌剂净化水体的方法，包括向水体中施加本发明复合菌剂的步骤，优选的，复合菌剂的施加量为50-500ppm，更优选的，复合菌剂的施加量为50-200ppm，最优选的，复合菌剂的施加量为100-200ppm。
本发明还要求保护上述的复合菌剂在水净化领域的应用，优选的，所述复合菌剂用于降解水中的COD。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：易变副球菌(Paracoccus versutus)AOB133的筛选与分离
(1)菌株筛选分离
采集潍坊市高密市的某工业污水处理站曝气工段污水，采用梯度稀释法将该污水稀释至10-4，分别吸取10-2、10-3、10-4稀释液各100uL至分离培养基(蛋白胨10g，牛肉粉3g，氯化钠5g，琼脂粉15g，自来水1000mL)，涂布均匀后倒置于30℃条件下培养，约24h长出单菌落。挑选形态相异的单菌落转接至试管斜面分离培养基上，30℃条件下培养约24h，然后转移至4℃冰箱中保藏备用。
按上述分离方法共得到菌株5株，分别编号：AOB131、AOB132、AOB133、AOB134、AOB135。
(2)效果评价
无菌环境中，将初筛得到的5株菌分别挑取1环接种于盛有100mL活化培养基(蛋白胨10g，酵母浸粉5g，氯化钠10g，自来水1000mL)的250mL三角瓶中，30℃、220rpm条件下培养24h，进行活化。
所用评价培养基为生化性较差的焦化废水。分别吸取0.1mL各活化液接种至盛有100mL评价培养基的250mL三角瓶中，30℃、220rpm条件下培养。设置1组，用无菌水代替活化液作为对照组，各实验组设置3个平行。定期检测评价培养基中COD的含量。
COD的检测方法按照《HJ828-2017水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》执行。
表1.各菌株降解COD的效果
Figure BDA0003403359360000071
根据96h的检测结果可知，与其他菌株相比，AOB133在降解COD方面表现出巨大优势，且可大幅提高水体的可生化性，24h即有明显效果，96h的COD降解率可达81.35％。
(3)检测鉴定
AOB133菌种斜面经过16S rDNA基因序列检测鉴定，鉴定结果为Paracoccusversutus易变副球菌。对菌株AOB133的16S rDNA基因序列测定结果如SEQ ID No:1所示。
实施例2不同菌剂配方的效果评价
2.1、降解COD评价实验：
将四种降解COD优势菌种复配为不同配方后进行效果评价。分别将100mL化工废水分装于250mL三角瓶中，115℃灭菌30分钟，冷却至室温。在无菌条件下，分别向其中加入不同配方的菌粉100ppm，置于30℃、220rpm条件下培养，每隔1d检测废水中COD含量。每个实验组设置3个平行实验，并设置1个未添加菌剂的空白对照组，具体实验安排如下：
空白对照组：未加菌剂；
实验组1：枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌；
实验组2：枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌；
实验组3：枯草芽孢杆菌、易变副球菌；
实验组4：地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌；
实验组5：地衣芽孢杆菌、易变副球菌；
实验组6：解淀粉芽孢杆菌、易变副球菌；
实验组7：枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌；
实验组8：枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、易变副球菌；
实验组9：地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、易变副球菌；
实验组10：枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、易变副球菌。
各配方均为菌种等比例配制，最终复配得到菌剂的活菌数均为50×108-60×108个/g。
2.2、实验结果
表2.不同配比菌剂降解COD效果评价
Figure BDA0003403359360000081
Figure BDA0003403359360000091
由结果可知，各实验组菌种均有一定的降解COD效果，其中实验组10的四个菌种复配的配方效果最佳，COD降解率可达96.23％。
实施例3菌剂配方中各菌种不同比例效果评价
3.1、降解COD评价实验：
菌剂配方中各菌粉分别按照不同比例(质量比)进行效果评价，其中枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌菌粉的活菌数为(100-120)×108个/g，解淀粉芽孢杆菌菌粉的活菌数为(70-90)×108个/g，易变副球菌菌粉的活菌数为(40-60)×108个/g；
分别将100mL纸浆废水分装于250mL三角瓶中，115℃灭菌30分钟，冷却至室温。在无菌条件下，分别向其中加入不同比例的固体菌剂100ppm，置于30℃、220rpm条件下培养，每隔12h检测废水中COD含量。每个实验组设置3个平行实验，并设置1个未添加菌剂的空白对照组，具体实验安排如下：
(1)空白对照组：未加菌剂；
(2)实验组1：枯草芽孢杆菌22wt％、地衣芽孢杆菌22wt％、解淀粉芽孢杆菌34wt％、易变副球菌22wt％；
(3)实验组2：枯草芽孢杆菌22wt％、地衣芽孢杆菌32wt％、解淀粉芽孢杆菌24wt％、易变副球菌22wt％；
(4)实验组3：枯草芽孢杆菌22wt％、地衣芽孢杆菌32wt％、解淀粉芽孢杆菌34wt％、易变副球菌12wt％；
(5)实验组4：枯草芽孢杆菌32wt％、地衣芽孢杆菌32wt％、解淀粉芽孢杆菌24wt％、易变副球菌12wt％；
(6)实验组5：枯草芽孢杆菌32wt％、地衣芽孢杆菌22wt％、解淀粉芽孢杆菌34wt％、易变副球菌12wt％；
(7)实验组6：枯草芽孢杆菌32wt％、地衣芽孢杆菌22wt％、解淀粉芽孢杆菌24wt％、易变副球菌22wt％；
(8)实验组7：枯草芽孢杆菌27wt％、地衣芽孢杆菌27wt％、解淀粉芽孢杆菌29wt％、易变副球菌17wt％。
各实验组最终复配得到菌剂活菌数均为50×108-60×108/g。
3.2、实验结果
效果评价实验结果见下表：
表3.不同配比的复合菌剂降解COD的效果评价
Figure BDA0003403359360000101
由结果可知，不同比例的实验组COD降解效果均较为理想，降解率最低也可达92％以上。其中实验组7的COD降解效果最好，两天降解率为95.2％，因此定为复合菌剂的最佳配比。
实施例4：复合菌剂降解COD效果评价
4.1复合菌剂的准备
复合菌剂的制备方法如下：
(1)一级种子培养：无菌条件下分别取枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽胞杆菌和易变副球菌接种于富集培养基中，富集培养基的组成为：胰蛋白胨10g/L，酵母浸粉5g/L，氯化钠10g/L，且pH＝7-7.5，于30℃、220rpm的条件下培养24h，得到一级种子培养液；
(2)二级种子培养：无菌条件下分别将枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽胞杆菌和易变副球菌的一级种子培养液按照4vol％的接种量接种于富集培养基中，于30℃、220rpm的条件下培养24h，得到二级种子培养液；
(3)发酵：待发酵罐内的发酵培养基消毒完毕后，分别将步骤(2)所得的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽胞杆菌和易变副球菌的二级种子培养液按照7vol％的接种量接种于发酵培养基中，其中，枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的发酵培养基组成为：葡萄糖20g/L、蔗糖30g/L、豆饼粉50g/L、蛋白胨10g/L、磷酸二氢钾2g/L、酵母浸粉15g/L、硫酸镁5g/L，且pH＝7-7.5；解淀粉芽胞杆菌的发酵培养基组成为：葡萄糖35g/L、酵母浸粉10g/L、豆饼粉10g/L、磷酸二氢钾2g/L、硫酸镁5g/L，且pH＝7-7.5；易变副球菌的发酵培养基组成为：蔗糖20g/L、酵母浸粉5.6g/L、硫酸铵1.3g/L、磷酸二氢铵2.17g/L、硫酸镁5g/L、硫酸锌0.29g/L、硫酸锰1.43g/L，且pH＝7-7.5，控制温度为30℃，通气比为1:(1-2)、220rpm的条件下发酵，待溶氧开始上升时停止发酵，得各个菌株的发酵液；
(4)制备固体复合菌剂：将步骤(3)所得的各个菌株的发酵液离心后制成菌泥，枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和解淀粉芽胞杆菌的菌泥置于60℃的烘箱中烘干，后粉碎制得菌粉，易变副球菌的菌泥中添加保护剂后冷冻干燥，后粉碎制得菌粉，后将四种菌种的菌粉按质量比混合，即得固体的复合菌剂。
降解COD的固体菌剂由以下菌株按照质量比组成：枯草芽孢杆菌27％、地衣芽孢杆菌27％、解淀粉芽孢杆菌29％、易变副球菌17％，其中枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌菌粉的活菌数为(100-120)×108个/g，解淀粉芽孢杆菌菌粉的活菌数为(70-90)×108个/g，易变副球菌菌粉的活菌数为(40-60)×108个/g，最终复配得到复合菌剂的活菌数约为(50-60)×108个/g。
4.2降解COD效果评价实验
分别将100mL印染废水分装于250mL三角瓶中，115℃灭菌30分钟，冷却至室温。在无菌条件下，分别向其中加入固体菌剂50ppm、100ppm、200ppm、500ppm，置于30℃、220rpm条件下培养，每隔12h检测废水中的COD含量。每个实验组设置3个平行实验，并设置1个未添加菌剂的空白对照组。具体实验安排如下：
空白对照组1：未加菌剂；
实验组2：固体菌剂添加量50ppm；
实验组3：固体菌剂添加量100ppm；
实验组4：固体菌剂添加量200ppm；
实验组5：固体菌剂添加量500ppm。
4.3实验结果
效果评价实验结果见下表：
表4.固体复合菌剂降解COD效果评价
Figure BDA0003403359360000121
Figure BDA0003403359360000131
从以上结果可知，各实验组的平均初始COD浓度为5658.6mg/L，投加不同浓度的复合菌剂后降解COD效果均较为理想。其中实验组2在0～24h可降解约3544mg/L的COD浓度，25h～48h继续降解约1862mg/L的COD浓度，48h降解率达95.53％；并且随着菌剂投加量的增加，48h COD降解率可达到96.65％(实验组5)，COD降至189.5mg/L，达到工业废水排水标准，此时菌剂投加量也仅有500ppm。说明该固体菌剂具有较强的降解高难废水COD的能力。
实施例5.复合菌剂在某羊皮处理厂废水中的应用效果
5.1、复合菌剂的准备
复合菌剂的制备方法如下：
(1)一级种子培养：无菌条件下分别取枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽胞杆菌和易变副球菌接种于富集培养基中，富集培养基的组成为：胰蛋白胨10g/L，酵母浸粉5g/L，氯化钠10g/L，且pH＝6.5-7，于35℃、300rpm的条件下培养12h，得到一级种子培养液；
(2)二级种子培养：无菌条件下分别将枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽胞杆菌和易变副球菌的一级种子培养液按照1vol％的接种量接种于富集培养基中，于35℃、300rpm的条件下培养12h，得到二级种子培养液；
(3)发酵：待发酵罐内的发酵培养基消毒完毕后，分别将步骤(2)所得的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽胞杆菌和易变副球菌的二级种子培养液按照5vol％的接种量接种于发酵培养基中，其中，枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的发酵培养基组成为：淀粉20g/L、醋酸钠10g/L、尿素50g/L、磷酸二氢钾1.1g/L、硫酸镁7.5g/L，且pH＝6.5-7；解淀粉芽胞杆菌的发酵培养基组成为：淀粉20g/L、蛋白胨10g/L、磷酸二氢钾1.1g/L、硫酸镁7.5g/L，且pH＝6.5-7；易变副球菌的发酵培养基组成为：丁二酸钠10g/L、硝酸钾3g/L、磷酸二氢铵1.3g/L、硫酸镁7.5g/L、硫酸锌0.12g/L、硫酸锰0.81g/L，且pH＝6.5-7，控制温度为35℃，通气比为1:(1-2)、300rpm的条件下发酵，待溶氧开始上升时停止发酵，得各个菌株的发酵液；
(4)制备固体复合菌剂：将步骤(3)所得的各个菌株的发酵液离心后制成菌泥，枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和解淀粉芽胞杆菌的菌泥置于50℃的烘箱中烘干，后粉碎制得菌粉，易变副球菌的菌泥中添加保护剂后冷冻干燥，后粉碎制得菌粉，后将四种菌种的菌粉按质量比混合，即得固体的复合菌剂。
降解COD的固体菌剂由以下菌株按照质量比组成：枯草芽孢杆菌27％、地衣芽孢杆菌27％、解淀粉芽孢杆菌29％、易变副球菌17％，其中枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌菌粉的活菌数为(100-120)×108个/g，解淀粉芽孢杆菌菌粉的活菌数为(70-90)×108个/g，易变副球菌菌粉的活菌数为(40-60)×108个/g，最终复配得到复合菌剂的活菌数约为(50-60)×108个/g。
5.2、羊皮处理厂废水基本情况
该废水属于皮革废水，主要污染物来源有浸水、去肉、脱脂、软化等，主要污染物有污血、蛋白质、油脂、蛋白酶等，此外还含有大量的泥沙毛发等固体悬浮物。
该羊皮厂污水站水量为60m3/d，生化段进水COD约为3000mg/L，工艺流程为：调节池+混凝沉淀+缺氧池+好氧池+二沉池+清水池。
本污水处理设计出水根据业主要求，通过污水处理系统后，执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准，要求COD≤50mg/L。
5.3、应用方案
拟结合污水站现有的处理工艺确定菌剂投加方式。污水首先进入调节池，调节均匀水质，然后进入混凝沉淀池，池内投加絮凝剂，絮凝沉淀去除部分固体悬浮物出水依次进入缺氧池、好氧池。在好氧池中投加本复合菌剂，在微生物的作用下，将废水中的溶解性有机物分解利用，然后在二沉池内进行泥水分离。最终使出水达到排放标准，实现直排。
实验结合AO污水处理模拟实验装置进行效果对比，控制模拟器运行参数如下：
环境温度：25℃；
污泥龄20d；
污泥回流比25％；
混合液回流比100％；
溶解氧，A池0.5mg/L；O池2.0mg/L。
实验设计：具体实验安排如下，每个实验组设置3个重复：
(1)空白对照组：未加复合菌剂；
(2)实验组1：一次性投加复合菌剂50ppm；
(3)实验组2：一次性投加复合菌剂100ppm；
(4)实验组3：每两天投加一次菌剂，每次投加50ppm，连续投加两次，共计100ppm。
经两级AO处理五日，每日取好氧段出水水样进行COD含量的测定，并记录原污水COD含量。COD含量的检测方法按《HJ 828-2017水质化学需氧量的测定重铬酸盐法(发布稿)》执行。实验结果见表5。
表5.固体复合菌剂在皮革废水中的降解COD效果
Figure BDA0003403359360000151
从以上结果可知，和空白对照组对比，各实验组COD含量随时间延长均迅速降低，五天后均能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准。其中投加50ppm菌剂的实验组1效果略逊色于其他两组，一次性投加100ppm菌剂的实验组2与分批投加100ppm的实验组3降解COD效果基本一致。效果最为显著且降解迅速的为实验组2，五日内COD含量由最初的2354.5mg/L降至44.5mg/L，降解率达到98.11％，出水水质远在标准之上。
实施例6：复合菌剂在某造纸厂废水中的应用
6.1、复合菌剂的准备
复合菌剂的制备方法如下：
(1)一级种子培养：无菌条件下分别取枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽胞杆菌和易变副球菌接种于富集培养基中，富集培养基的组成为：胰蛋白胨10g/L，酵母浸粉5g/L，氯化钠10g/L，且pH＝7.5-8，于25℃、150rpm的条件下培养36h，得到一级种子培养液；
(2)二级种子培养：无菌条件下分别将枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽胞杆菌和易变副球菌的一级种子培养液按照5vol％的接种量接种于富集培养基中，于25℃、150rpm的条件下培养36h，得到二级种子培养液；
(3)发酵：待发酵罐内的发酵培养基消毒完毕后，分别将步骤(2)所得的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽胞杆菌和易变副球菌的二级种子培养液按照10vol％的接种量接种于发酵培养基中，其中，枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的发酵培养基组成为：葡萄糖40g/L、丁二酸钠40g/L、豆饼粉50g/L、硫酸铵50g/L、磷酸二氢钾2.8g/L、硫酸镁2.5g/L，且pH＝7.5-8；解淀粉芽胞杆菌的发酵培养基组成为：淀粉35g/L、丁二酸钠15g/L、酵母浸粉15g/L、豆饼粉15g/L、磷酸二氢钾2.8g/L、硫酸镁2.5g/L，且pH＝7.5-8；易变副球菌的发酵培养基组成为：葡萄糖10g/L、蔗糖20g/L、酵母浸粉5g/L、蛋白胨3g/L、磷酸二氢铵3.2g/L、硫酸镁2.5g/L、硫酸锌0.49g/L、硫酸锰2.17g/L，且pH＝7.5-8；控制温度为25℃，通气比为1:(1-2)、150rpm的条件下发酵，待溶氧开始上升时停止发酵，得各个菌株的发酵液；
(4)制备固体复合菌剂：将步骤(3)所得的各个菌株的发酵液离心后制成菌泥，枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和解淀粉芽胞杆菌的菌泥置于50-70℃的烘箱中烘干，后粉碎制得菌粉，易变副球菌的菌泥中添加保护剂后冷冻干燥，后粉碎制得菌粉，后将四种菌种的菌粉按质量比混合，即得固体的复合菌剂。
降解COD的固体菌剂由以下菌株按照质量比组成：枯草芽孢杆菌27％、地衣芽孢杆菌27％、解淀粉芽孢杆菌29％、易变副球菌17％，其中枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌菌粉的活菌数为(100-120)×108个/g，解淀粉芽孢杆菌菌粉的活菌数为(70-90)×108个/g，易变副球菌菌粉的活菌数为(40-60)×108个/g，最终复配得到复合菌剂的活菌数约为(50-60)×108个/g。
6.2、造纸厂废水基本情况
该企业位于山东省潍坊市昌邑市，生产产生的废水主要为造纸废水。造纸工业废水具有复杂的组分，特别是含有大量难以降解的有机物质，例如木质素、半纤维素和单糖。该企业每天产生约1200t的造纸废水，因此污水处理工程设计规模为1200t/d。生化段进水COD≤5000mg/L，二级废水处理工艺为A2O工艺。根据业主要求，通过污水处理系统后，要求COD≤200mg/L。
6.3、应用方案
结合污水站现有的处理工艺确定菌剂投加方式。在好氧段中投加本复合菌剂，使其在微生物的作用下，将废水中的溶解性有机物(包括难溶解性有机物)分解利用，然后经沉淀池絮凝沉淀，最终使出水达到排放要求。
实验结合A2O污水处理模拟实验装置进行效果对比，控制模拟器运行参数如下：
环境温度：25℃；
污泥龄20d；
污泥回流比25％；
混合液回流比100％；
溶解氧，厌氧池＜0.2mg/L，缺氧池0.5mg/L，好氧池2.0mg/L。
实验设计：具体实验安排如下，每个实验组设置3个重复：
(1)空白对照组：未加复合菌剂；
(2)实验组1：投加复合菌剂50ppm；
(3)实验组2：投加复合菌剂100ppm；
(4)实验组3：投加复合菌剂200ppm。
为避免对好氧池造成较大干扰，选择在缺氧池入口处投加菌剂。
经A2O处理四天，每日取出水水样进行COD含量的测定，并记录原污水COD含量。COD含量的检测方法按《HJ 828-2017水质化学需氧量的测定重铬酸盐法(发布稿)》执行。实验结果见表6。
表6.固体菌剂在造纸废水中的降解COD效果
Figure BDA0003403359360000181
由表6中的结果可知，与空白对照组相比，各实验组COD含量均呈现稳定降低趋势，且随着菌剂投加量的增加，其降解COD效果也更好。即使菌剂在投加50ppm时，四天也可达到出水水质要求。其中，投加200ppm菌剂的实验组3降解COD效果最好，经四天的处理，COD含量由最初的4252.5mg/L降至117.5mg/L，平均每天降解COD含量1033.75mg/L，降解率达97.24％，出水水质达到要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
序列表
<110> 青岛蔚蓝赛德生物科技有限公司
<120> 一种降解废水中COD的复合菌剂及其制备方法和应用
<130> 3
<160> 1
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 1365
<212> DNA
<213> Paracoccus versutus
<400> 1
tacgacttac tgagacagga tcaaactcta cggctacctt gttacaactt actgaggcag 60
gatcacactc tacagctacc ttgttacaac ttagcgtgct gttccgcgat tactagcgat 120
tccaacttca tggggtcgag ttgcagaccc caatccgaac tgagatggct tttggggatt 180
aacccactgt caccaccatt gtagcacgtg tgtagcccaa cccgtaaggg ccatgaggac 240
ttgacgtcat ccacaccttc ctccgactta tcatcggcag ttcttccaga gtgcccaacc 300
aaatgatggc aactggaagt gtgggttgcg ctcgttgccg gacttaaccg aacatctcac 360
gacacgagct gacgacagcc atgcagcacc tgtctccagg tcaccgaagt gaaagacccg 420
tctccgggcc ggtcctggga tgtcaagggt tggtaaggtt ctgcgcgttg cttcgaatta 480
aaccacatgc tccaccgctt gtgcgggccc ccgtcaattc ctttgagttt taatcttgcg 540
accgtactcc ccaggcggaa tgcttaatcc gttaggtgtg tcaccgaaca gcatgctgcc 600
cgacgactgg cattcatcgt ttacggcgtg gactaccagg gtatctaatc ctgtttgctc 660
cccacgcttt cgcacctcag cgtcagtatc gagccagtga gccgccttcg ccactggtgt 720
tcctccgaat atctacgaat ttcacctcta cactcggaat tccactcacc tctctcgaac 780
tccagaccga tagttttgaa ggcagttccg gggttgagcc ccgggatttc acccccaact 840
ttccggtccg cctacgtgcg ctttacgccc agtaattccg aacaacgcta gccccctccg 900
tattaccgcg gctgctggca cggagttagc cggggcttct tctgctggta ccgtcattat 960
cttcccagct gaaagagctt tacaacccta gggccttcat cactcacgcg gcatggctag 1020
atcagggttg cccccattgt ctaagattcc ccactgctgc ctcccgtagg agtctgggcc 1080
gtgtctcagt cccagtgtgg ctgatcatcc tctcaaacca gctatggatc gtcggcttgg 1140
taggccatta ccccaccaac tacctaatcc aacgcgggct aatcctttgg cgataaatct 1200
ttcccccgaa gggcgcatac ggtattaccc ccagtttccc aggactattc cgtaccaaag 1260
ggcatattcc cacgcgttac tcacccgtcc gccgctcacc cgaaggtgcg ctcgacttgc 1320
atgtgttagg cctgccgcca gcgttcgttc tgagccagga ttcaa 1365

Claims (12)

1.一种降解废水中COD的复合菌剂，其特征在于，每g或每ml的复合菌剂中包含如下活菌数：枯草芽孢杆菌(20-40)×108个、地衣芽孢杆菌(20-40)×108个、解淀粉芽孢杆菌(15-35)×108个和易变副球菌Paracoccus versutus(5-15)×108个；
其中，所述易变副球菌Paracoccus versutus保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为：CGMCC No.23528。
2.根据权利要求1所述的复合菌剂，其特征在于，每g或每ml的复合菌剂包含如下活菌数：枯草芽孢杆菌30×108个、地衣芽孢杆菌30×108个、解淀粉芽孢杆菌20×108个和易变副球菌10×108个。
3.根据权利要求1或2所述的复合菌剂，其特征在于，所述复合菌剂为固体复合菌剂。
4.权利要求1或2所述的复合菌剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)一级种子培养：无菌条件下分别取枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽胞杆菌和易变副球菌接种于富集培养基中，于25-35℃、150-300rpm的条件下培养12-36h，得到一级种子培养液；
(2)二级种子培养：无菌条件下分别将枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽胞杆菌和易变副球菌的一级种子培养液按照1-5vol％的接种量接种于富集培养基中，于25-35℃、150-300rpm的条件下培养12-36h，得到二级种子培养液；
(3)发酵：待发酵罐内的发酵培养基消毒完毕后，分别将步骤(2)所得的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽胞杆菌和易变副球菌的二级种子培养液按照5-10vol％的接种量接种于发酵培养基中，控制温度为25-35℃，通气比为1:(1-2)、150-300rpm的条件下发酵，待溶氧开始上升时停止发酵，得各个菌株的发酵液；
(4)制备复合菌剂，不同形态的复合菌剂制备方法如下：
液体复合菌剂：将步骤(3)所得的各个菌株的发酵液进行稀释，按比例混合灌装，即得液体复合菌剂；
固体复合菌剂：将步骤(3)所得的各个菌株的发酵液离心后制成菌泥，枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和解淀粉芽胞杆菌的菌泥置于50-70℃的烘箱中烘干，后粉碎制得菌粉，易变副球菌的菌泥中添加保护剂后冷冻干燥，后粉碎制得菌粉，将四种菌种的菌粉按比例混合，即得固体的复合菌剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，
所述富集培养基的组成为：胰蛋白胨10g/L，酵母浸粉5g/L，氯化钠10g/L，且pH＝6.5-8；
所述枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的发酵培养基组成为：碳源30-80g/L、氮源50-100g/L、K+0.3-0.8g/L、Mg2+0.5-1.5g/L，且pH＝6.5-8；
所述解淀粉芽胞杆菌的发酵培养基组成为：碳源20-50g/L、氮源10-30g/L、K+0.3-0.8g/L、Mg2+0.5-1.5g/L，且pH＝6.5-8；
所述易变副球菌的发酵培养基组成为：碳源10-30g/L、氮源3-8g/L、NH4 +0.2-0.5g/L、Mg2+0.5-1.5g/L、Zn2+0.05-0.2g/L、Mn2+0.3-0.8g/L，且pH＝6.5-8。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碳源选自葡萄糖、蔗糖、淀粉、醋酸钠或丁二酸钠中的一种或多种；
所述氮源选自酵母浸粉、豆饼粉、蛋白胨、尿素、硫酸铵或硝酸钾中的一种或多种。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述保护剂为淀粉、甘油或麸皮中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述保护剂的添加量为易变副球菌菌粉质量的30-50wt％。
9.一种使用权利要求1或2所述的复合菌剂净化水体的方法，其特征在于，包括向水体中施加复合菌剂的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述复合菌剂的施加量为50-500ppm。
11.权利要求1或2所述的复合菌剂在水净化领域的应用。
12.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，所述复合菌剂用于降解水中的COD。
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