CN115259391B - 一种污水处理用多元菌藻组合物、复合剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，具体公开一种污水处理用多元菌藻组合物、复合剂及其应用。所述多元菌藻组合物包括如下组分：沼泽红假单胞菌、枯草芽孢杆菌、蛋白核小球藻和椭圆小球藻，且所述多元菌藻组合物的总细胞丰度为1.0×10¹⁰cells/mL～2.0×10¹⁰cells/mL。本发明采用沼泽红假单胞菌、枯草芽孢杆菌、蛋白核小球藻和椭圆小球藻进行复配，能够充分利用菌藻协同的优势对污水进行深度净化，有效去除污水中的碳、氮、磷等有机污染物和氨氮、重金属离子等无机污染物，显著降低COD_Cr和BOD₅值。

Description

一种污水处理用多元菌藻组合物、复合剂及其应用

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种污水处理用多元菌藻组合物、复合剂及其应用。

背景技术

近年来，随着人们生活水平和环保意识的不断提高，占城镇生活垃圾40％以上的餐厨垃圾逐年递增。这些垃圾必须进行及时处理，否则会腐败变质，对自然界造成一定污染。目前餐厨垃圾的主流处理工艺都需要利用相关设备进行预分选和后端处理，形成大量的餐厨污水。餐厨污水属于高浓度有机废水，具有悬浮物(SS)含量高、化学需氧量(COD_Cr)高、理化性质复杂等特点，常规的污水处理工艺很难实现达标排放，处理后的尾水中仍然存在小分子脂肪酸、灰黄霉酸类和高分子腐殖质类等几十种有机物、氨态氮和重金属离子无机物，导致总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)和悬浮物(SS)的含量依然很高。因此，采用新型、高效、生态环保的污水处理技术已势在必行。

藻菌共生体系是一种资源节约型的污水处理工艺，能同步去除污水中的碳、氮、磷等物质，且固定化藻、菌易于回收，为城镇污水处理提供了一种新思路。然而其需使用大量填料，严重干扰光的传播，导致处理效率偏低，且所用菌株大部分非特定菌株，使得处理效果稳定性较差，对COD_Cr和BOD₅去除效果不理想，因此亟需开发一种污水处理效果好、处理效率高的污水处理方法。

发明内容

为克服现有技术中污水处理效果差、处理效率低的问题，本发明提供一种多元菌藻组合物，将沼泽红假单胞菌、枯草芽孢杆菌、蛋白核小球藻和椭圆小球藻进行复配，使菌藻能够在污水中协同生长增殖，大大提升污水处理效能。

以及，本发明还提供包括上述多元菌藻组合物的多元菌藻复合剂，能够充分发挥菌藻功效，使用效果稳定。

以及，本发明还提供上述多元菌藻组合物或多元菌藻复合剂在污水处理中的应用，能够充分利用菌藻协同的优势对污水进行深度净化，有效去除污水中的碳、氮、磷等有机污染物和氨氮、重金属离子等无机污染物，显著降低COD_Cr和BOD₅值。

为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

第一方面，本发明提供了一种多元菌藻组合物，包括如下组分：沼泽红假单胞菌、枯草芽孢杆菌、蛋白核小球藻和椭圆小球藻；且所述多元菌藻组合物中的总细胞丰度为1.0×10¹⁰cells/mL～2.0×10¹⁰cells/mL。

本发明中多元菌藻组合物含有的沼泽红假单胞菌能够进行光合自养、光合异养、化学自养及化学异养，在不同环境条件下可自由转换代谢方式，使其在各种环境中均能发挥污水净化的作用。

本发明中多元菌藻组合物含有的枯草芽孢杆菌能够明显净化水质，有效降解污水中的氨氮、亚硝态氮和硝态氮。

本发明中多元菌藻组合物含有的蛋白核小球藻繁殖能力极强，能同时进行光照自养培养和无光照异养培养，在光照培养情况下可同化CO₂生成碳水化合物，利用污水中痕量有机酸、腐殖质等为碳源，铵盐和硝酸盐等为氮源进行生长；在无光照条件下，能利用有机物作为唯一的碳源和能源进行异养生长，有利于污水处理后尾水的进一步净化处理。

本发明中多元菌藻组合物含有的椭圆小球藻既能够利用光能和二氧化碳进行自养生长，也可以利用有机碳源进行异养生长，繁殖速度快，易培养，更重要的是其细胞比表面积大，是良好的吸附剂，对污水中许多重金属离子都有较强的吸附效果。

相对于现有技术，本发明所提供的多元菌藻组合物利用藻菌共生的理念将沼泽红假单胞菌、枯草芽孢杆菌、蛋白核小球藻和椭圆小球藻复合，生长过程中各菌藻功能互补，具有协同生长的作用，得到的多元菌藻组合物相比纯藻、纯菌对污水具有更好的去除效果，不仅能高效降解污水中的总有机碳、总氮和总磷，显著降低COD_Cr和BOD₅，还具有生物絮凝功能，对水中悬浮物有吸附作用。

同时，沼泽红假单胞菌属于光合细菌，含有17种氨基酸，必需氨基酸总量达40.92％，是一种优质的饲料蛋白源，能够用于动物养殖，有利于污水处理后形成的固形物(即生物膜)的资源化利用；枯草芽孢杆菌是可用于任何养殖动物的安全微生物，能产生多种消化酶、维生素及活性物质，提高动物生长性能，维护动物肠道健康，增强机体免疫力；蛋白核小球藻富含蛋白、脂类及色素等活性物质，蛋白质含量达51.68％，可作为健康食品、优良饲料和可再生能源的原料；椭圆小球藻含丰富的氨基酸、维生素、多糖以及不饱和脂肪酸等，蛋白质含量达63.48％，是水生食物链中鱼类等水生生物的良好饵料，也可作为其他动物饲料的成分。即本发明中所用的菌藻均是饲喂安全的微生物，蛋白含量高，因此污水处理后形成的菌藻生物膜物质可作为优质的饲料蛋白源，经简单的收集、分离、烘干和粉碎处理即可添加于猪、鸡、鱼等养殖动物的饲料中，具有良好的环境效益和经济效益。此外，本发明中所用的菌藻还适用于低浓度CODcr污水的处理，工程化运用前景好。

可选的，所述沼泽红假单胞菌、枯草芽孢杆菌、蛋白核小球藻和椭圆小球藻的细胞丰度比为1～5：1～5：1～5：1～5。

通过优选的各菌藻细胞丰度比使菌藻间不存在相互抑制作用，实现微生物功能菌和微藻的协同作用，如小球藻的光合作用产生氧气供沼泽红假单胞菌呼吸，而沼泽红假单胞菌产生的二氧化碳又供蛋白核小球藻进行光合作用等，能够提高菌藻复合剂增殖稳定性，加快微藻生物量积累速度，快速吸收降解污水中的氮、磷等污染物。

第二方面，本发明提供了一种包括上述多元菌藻组合物的多元菌藻复合剂。

相对于现有技术，本发明所提供的多元菌藻复合剂可在低浓度COD_Cr和BOD₅污水中构建共生的菌藻生物膜系统，有效去除污水中的碳、氮、磷等污染物，且制备操作简单，能耗低，适合工业应用。

可选的，所述多元菌藻复合剂的剂型为可湿性粉剂、水分散粒剂或水悬浮剂。

优选的剂型能够充分发挥菌藻功效，使用效果稳定。

可选的，所述多元菌藻复合剂还包括污水处理中可接受的载体。

第三方面，本发明提供了上述多元菌藻组合物或多元菌藻复合剂在污水处理中的应用。

相对于现有技术，本发明采用沼泽红假单胞菌、枯草芽孢杆菌、蛋白核小球藻和椭圆小球藻进行复配，形成具有有机物降解和脱氮除磷功能的菌藻生物膜系统，充分发挥藻菌互利共生的优势，实现高效同步去除污水中的碳、氮、磷和悬浮物。该方法污水处理效率高，污水中的COD_Cr去除率、BOD₅去除率、氨氮(NH⁴⁺-N)去除率、总氮(TN)去除率、悬浮物(SS)去除率、重金属离子去除率均能达到96％以上，处理效果稳定；且处理完废水后的生物膜可以回收利用，满足了菌藻工业化处理废水应用的要求。

可选的，所述多元菌藻组合物的使用方法包括以下步骤：

分别将含有沼泽红假单胞菌的培养液、含有枯草芽孢杆菌的培养液、含有蛋白核小球藻的培养液和含有椭圆小球藻的培养液混合，然后接种至污水中进行污水处理。

可选的，将所述多元菌藻组合物与污水按照体积比为1：2000～20000的比例进行接种。

可选的，将所述多元菌藻组合物按照接种后细胞丰度为1.0×10⁶cells/mL～5.0×10⁶cells/mL的方式进行接种。

优选的多元菌藻复合剂接种量，能够保证菌藻协同良好生长，且只需进行一次接种即可实现污水处理，无需不断接种，工艺简单。

可选的，所述污水处理的过程可在不同季节和不同天气的情况下进行。

可选的，所述污水处理的过程在自然光照下进行，在阴天、雨雪天等光线不足的情况下可采用白炽灯进行补光，光照强度为500lx～2000lx。

优选的自然光与人造光结合的光照方式，能够减少电力消耗，降低成本。

可选的，所述污水处理的过程在夜间(即太阳落山后)进行时，还需提供2.4h/d～4h/d的光照，光照强度为500lx～2000lx。

优选的光照强度和光照时间，可保持菌藻生物膜系统的光合活性，具有较好的除氮磷及COD_Cr的效果，同时还具有较高的吸附性。

可选的，所述污水处理过程的参数为：污水的温度为20℃～40℃，pH为5.5～7.5，流速为0.8T/m²d～1.2T/m²d，水力停留时间为24h～72h。

可选的，所述污水处理还包括过滤处理，所述过滤处理采用6～10层过滤层，所述过滤层的滤料为海绵、过滤棉、细菌屋、陶瓷环、石英砂、天然沸石或微孔滤膜中的至少一种。

优选的滤料材质可通过清洗、灼烧等不同方法进行复性、再生利用，降低了制造成本。

可选的，所述污水处理在污水处理设备中进行，污水以下进上出的方式进通入污水处理设备中。

可选的，上述过滤层设置于污水处理设备中。

可选的，最上层过滤层的滤料采用孔径≤0.45μm的微孔滤膜。

优选的滤料材质及滤料孔径使得菌藻不易流失，保障处理后的出水水质，而且有利于菌藻生物质的回收，为处理后生物质能源的再利用提供条件。

可选的，上述污水处理设备采用透明材质的外壳。

优选的透明材质外壳能够为菌藻提供充足的光照条件，促进菌藻生长，实现光合增氧、快速净化水质的目的。

可选的，所述污水包括但不限于餐厨垃圾的尾水、垃圾渗滤液或养殖废水等生活污水。

综上所述，本发明提供的一种污水处理用多元菌藻组合物、复合剂及其应用，具有以下有益效果：

(1)本发明利用菌藻共生的理念将沼泽红假单胞菌、枯草芽孢杆菌、蛋白核小球藻和椭圆小球藻复合，无需使用填料即可直接接种至水体中，实现高效同步去除污水中的碳、氮、磷和悬浮物，显著提高污水处理效能，处理完成后出水能达到一级排放标准；

(2)本发明中污水处理后形成的菌藻生物膜物质可作为优质的饲料蛋白源，经简单的收集、分离、烘干和粉碎处理即可添加于猪、鸡、鱼等养殖动物的饲料中，具有良好的环境效益和经济效益。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下实施例中污水处理用多元菌藻组合物、复合剂的生产由具有微生物饲料添加剂生产资质的发酵生产企业进行。

实施例1

本实施例提供一种多元菌藻组合物，包括细胞丰度比为3：1：3：1的如下组分：沼泽红假单胞菌、枯草芽孢杆菌、蛋白核小球藻和椭圆小球藻，所述多元菌藻组合物的总细胞丰度为1.5×10¹⁰cells/mL。

本实施例还提供一种包括上述多元菌藻组合物的多元菌藻复合剂。

本实施例还提供一种上述多元菌藻组合物、复合剂在污水处理中的应用，包括如下步骤：

(1)将上述细胞丰度比的多元菌藻组合物混合均匀，根据所需剂型制得多元菌藻复合剂，按与污水体积比为1：10000的量接种至污水处理设备的水体中，所述污水处理设备中设有8层过滤层，最上层过滤层的滤料采用孔径≤0.45μm的微孔滤膜；

(2)将温度为30℃，流速为1.0T/m²d的污水通入所述污水处理设备中，水力停留时间为36h，并在夜间向所述污水处理设备提供3h/d的光照，光照强度为1200lx。

对上述污水进行检测：进水口处污水pH为6.39、COD_Cr为1053.84mg/L、BOD₅为287.69mg/L、氨氮为50.27mg/L、总氮(TN)为151.38mg/L、全磷(TP)为32.93mg/L、悬浮物(SS)为186mg/L；出水口处污水pH为7.11、COD_Cr为26.34mg/L、BOD₅为7.71mg/L、氨氮为0.77mg/L、总氮(TN)为5.02mg/L、全磷(TP)为0.45mg/L、悬浮物(SS)为6.88mg/L。即采用上述方法污水中的COD_Cr去除率为97.5％、BOD₅去除率为97.3％、氨氮(NH⁴⁺-N)去除率为98.4％、总氮(TN)去除率为96.6％、全磷(TP)去除率为98.6％、悬浮物去除率为96.3％。

实施例2

本实施例提供一种污水处理用多元菌藻组合物，包括细胞丰度比为1：1：1：1的如下组分：沼泽红假单胞菌、枯草芽孢杆菌、蛋白核小球藻和椭圆小球藻，所述多元菌藻复合剂的总细胞丰度为1.0×10¹⁰cells/mL。

本实施例还提供一种包括上述多元菌藻组合物的多元菌藻复合剂。

本实施例还提供一种上述多元菌藻组合物、复合剂在污水处理中的应用，包括如下步骤：

(1)将上述细胞丰度比的多元菌藻组合物混合均匀，根据所需剂型制得多元菌藻复合剂，按与污水体积比为1：2000接种至污水处理设备的水体中，所述污水处理设备中设有6层过滤层，最上层过滤层的滤料采用孔径≤0.45μm的微孔滤膜；

(2)将温度为20℃，流速为0.8T/m²d的污水通入所述污水处理设备中，水力停留时间为24h，并在夜间向所述污水处理设备提供2.4h/d的光照，光照强度为500lx。

对上述污水进行检测：进水口处污水pH为5.87、COD_Cr为506.36mg/L、BOD₅为156.21mg/L、氨氮为36.07mg/L、总氮(TN)为107.54mg/L、全磷(TP)为31.25mg/L、总铜为3.48mg/L、总铬为0.38mg/L、总锌为1.68mg/L、总铅为0.56mg/L、总砷为0.5mg/L；出水口处污水pH为6.92、COD_Cr为19.74mg/L、BOD₅为2.34mg/L、氨氮为1.26mg/L、总氮(TN)为3.11mg/L、全磷(TP)为0.39mg/L、总铜为0.16mg/L、总铬为0.012mg/L、总锌为0.07mg/L、总铅为0.01mg/L、总砷为0.008mg/L。即采用上述方法污水中的COD_Cr去除率为96.1％、BOD₅去除率为98.5％、氨氮(NH⁴⁺-N)去除率为96.5％、总氮(TN)去除率为97.1％、全磷(TP)去除率为98.7％、重金属离子去除率为96.0％。

实施例3

本实施例提供一种污水处理用多元菌藻组合物，包括细胞丰度比为1：5：1：5的如下组分：沼泽红假单胞菌、枯草芽孢杆菌、蛋白核小球藻和椭圆小球藻，所述多元菌藻复合剂的总细胞丰度为2.0×10¹⁰cells/mL。

本实施例还提供一种包括上述多元菌藻组合物的多元菌藻复合剂。

本实施例还提供一种上述多元菌藻组合物、复合剂在污水处理中的应用，包括如下步骤：

(1)将上述细胞丰度比的多元菌藻组合物混合均匀，根据所需剂型制得多元菌藻复合剂，按与污水体积比为1：20000接种至污水处理设备的水体中，所述污水处理设备中设有10层过滤层，最上层过滤层的滤料采用孔径≤0.45μm的微孔滤膜；

(2)将温度为40℃，流速为1.2T/m²d的污水通入所述污水处理设备中，水力停留时间为72h，并在夜间向所述污水处理设备提供4h/d的光照，光照强度为2000lx。

对上述污水进行检测：进水口处污水pH为7.31、COD_Cr为476.29mg/L、BOD₅为121.06mg/L、氨氮为44.36mg/L、总氮(TN)为88.64mg/L、全磷(TP)为34.68mg/L，悬浮物(SS)为63.2mg/L；出水口处污水pH为7.08、COD_Cr为17.14mg/L、BOD₅为3.75mg/L、氨氮为1.19mg/L、总氮(TN)为2.30mg/L、全磷(TP)为0.76mg/L、悬浮物(SS)为2.08mg/L。即采用上述方法污水中的COD_Cr去除率为96.4％、BOD₅去除率为96.9％、氨氮(NH⁴⁺-N)去除率为97.3％、总氮(TN)去除率为97.4％、全磷(TP)去除率为97.8％，悬浮物去除率为96.7％。

实施例4

本实施例提供一种污水处理用多元菌藻组合物、复合剂及其应用，与实施例1的区别在于：多元菌藻组合物中沼泽红假单胞菌、枯草芽孢杆菌、蛋白核小球藻和椭圆小球藻的细胞丰度比为5：1：5：1。

对上述污水进行检测：进水口处污水pH为6.84、COD_Cr为235.78mg/L、BOD₅为71.92mg/L、氨氮为24.06mg/L、总氮(TN)为85.33mg/L、全磷(TP)为23.68mg/L，悬浮物(SS)为46.78mg/L；出水口处污水pH为7.01、COD_Cr为22.16mg/L、BOD₅为6.18mg/L、氨氮为1.85mg/L、总氮(TN)为7.93mg/L、全磷(TP)为0.36mg/L、悬浮物(SS)为3.64mg/L。即采用上述方法污水中的COD_Cr去除率为90.6％、BOD₅去除率为91.4％、氨氮(NH⁴⁺-N)去除率为92.3％、总氮(TN)去除率为90.7％、全磷(TP)去除率为98.5％，悬浮物去除率为92.2％。

对比例1

本对比例提供一种污水处理用多元菌藻组合物、复合剂及其应用，与实施例1的区别在于：采用地衣芽孢杆菌替换沼泽红假单胞菌。

经计算采用上述方法污水中的COD_Cr去除率为85.3％、BOD₅去除率为86.7％、氨氮(NH⁴⁺-N)去除率为86.2％、总氮(TN)去除率为84.5％、全磷(TP)去除率为85.8％、悬浮物去除率90.3％。

对比例2

本对比例提供一种污水处理用多元菌藻组合物、复合剂及其应用，与实施例1的区别在于：多元菌藻组合物中沼泽红假单胞菌、枯草芽孢杆菌、蛋白核小球藻和椭圆小球藻的细胞丰度比为6：1：3：1。

经计算采用上述方法污水中的COD_Cr去除率为81.4％、BOD₅去除率为83.8％、氨氮(NH⁴⁺-N)去除率为84.0％、总氮(TN)去除率为86.3％、全磷(TP)去除率为89.5％、悬浮物去除率为84.4％。

通过实施例1～3及对比例1～2可以看出，本发明所提供的污水处理用多元菌藻组合物、复合剂及其应用通过菌藻的协同作用，显著提高了污水处理效果和处理效率，实现同步高效去除污水中的碳、氮、磷和悬浮物，污水中的COD_Cr去除率、BOD₅去除率、氨氮(NH⁴⁺-N)去除率、总氮(TN)去除率、悬浮物(SS)去除率、重金属离子去除率均能达到96％以上；通过实施例4可以看出，在较低浓度COD_Cr条件下该方法仍然具有很好的脱氮除磷效果，经处理后污水中NH⁴⁺-N、TN、TP、COD_Cr、SS指标均达到一级A标准。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多元菌藻组合物，其特征在于：由如下组分组成：沼泽红假单胞菌、枯草芽孢杆菌、蛋白核小球藻和椭圆小球藻；且所述多元菌藻组合物中的总细胞丰度为1.0×10¹⁰cells/mL～2.0×10¹⁰cells/mL；

所述沼泽红假单胞菌、枯草芽孢杆菌、蛋白核小球藻和椭圆小球藻的细胞丰度比为1～5：1～5：1～5：1～5。

2.一种多元菌藻复合剂，其特征在于：包括如权利要求1所述的多元菌藻组合物。

3.如权利要求2所述的多元菌藻复合剂，其特征在于：所述多元菌藻复合剂的剂型为可湿性粉剂、水分散粒剂或水悬浮剂。

4.如权利要求2所述的多元菌藻复合剂，其特征在于：所述多元菌藻复合剂还包括污水处理中可接受的载体。

5.如权利要求1所述的多元菌藻组合物或如权利要求2～4任一项所述的多元菌藻复合剂在污水处理中的应用。

6.如权利要求5所述的多元菌藻组合物或多元菌藻复合剂在污水处理中的应用，其特征在于：所述多元菌藻组合物的使用方法包括以下步骤：

分别将含有沼泽红假单胞菌的培养液、含有枯草芽孢杆菌的培养液、含有蛋白核小球藻的培养液和含有椭圆小球藻的培养液混合，然后接种至污水中进行污水处理。

7.如权利要求6所述的多元菌藻组合物或多元菌藻复合剂在污水处理中的应用，其特征在于：将所述多元菌藻组合物与污水按照体积比为1：2000～20000的比例进行接种。

8.如权利要求6所述的多元菌藻组合物或多元菌藻复合剂在污水处理中的应用，其特征在于：所述污水处理的过程在夜间进行时，还需提供2.4h/d～4h/d的光照，光照强度为500lx～2000lx；和/或

所述污水处理过程的参数为：污水的温度为20℃～40℃，pH为5.5～7.5，流速为0.8T/m²d～1.2T/m²d，水力停留时间为24h～72h。

9.如权利要求6所述的多元菌藻组合物或多元菌藻复合剂在污水处理中的应用，其特征在于：所述污水处理还包括过滤处理，所述过滤处理采用6～10层过滤层，所述过滤层的滤料为海绵、过滤棉、细菌屋、陶瓷环、石英砂、天然沸石或微孔滤膜中的至少一种。