CN116004474B

CN116004474B - 一株中间苍白杆菌、菌剂及其处理化工废水的方法和处理装置

Info

Publication number: CN116004474B
Application number: CN202310114014.5A
Authority: CN
Inventors: 蔡天明; 唐莲莲; 孙佳佳; 吴康莉; 蔡舒
Original assignee: Jiangsu Jugeng Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Jugeng Technology Co ltd
Priority date: 2023-02-15
Filing date: 2023-02-15
Publication date: 2023-05-30
Anticipated expiration: 2043-02-15
Also published as: CN116004474A

Abstract

本发明公开了一株中间苍白杆菌，其分类命名为中间苍白杆菌(Ochrobactrum intermedium)，菌株名为JGD‑6。本发明所述中间苍白杆菌能以二甲基砜、二乙基亚砜以及二甲基亚砜为唯一碳源和氮源进行生长，24h能将5000mg/L的二甲基砜、二乙基亚砜以及二甲基亚砜降解100%。在实际污水处理中的应用中，该菌株可以在耐受高浓度的二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜。本发明还提供了一种化工废水处理方法和装置，在实际化工废水的应用上具有较好的前景。

Description

一株中间苍白杆菌、菌剂及其处理化工废水的方法和处理装置

技术领域

本发明涉及环境微生物领域，具体涉及一株中间苍白杆菌、包含其的菌剂及其处理化工废水的方法和处理装置。

背景技术

二甲基砜( dimethyl sulfone，MSM) 是一种有机硫化物，常用于食品添加剂和保健品原料、低级羟的分析、有机合成原料等。工业上生产二甲基砜主要采用硝酸氧化法和过氧化氢氧化法。通常采用过氧化氢在酸性条件下氧化二甲基亚砜（DMSO）合成二甲基砜。DMSO是化工废水领域普遍存在的污染物，随着的大量使用，水体中残留的高浓度对自然环境及人类健康造成了较大的危害。在自然条件下会少量降解，产生甲醇和二乙基亚砜等物质，这些物质具有强烈剌激性气味。涉及DMSO、MSM、二乙基亚砜的化工、制药、碳纤维材料、医药和印染等行业产生的废水，其 COD 高，可生化性差，难以处理，将严重危害环境和人体健康。

在各种废水处理技术中，先进的高级氧化工艺( AOPs) 对于难生物降解的高质量浓度污染物无疑是最有前途的处理方法。目前，高质量浓度有机硫废水主要采用精馏膜处理等方式进行回收；同时，对低质量浓度采用高级氧化技术以及生物处理进行研究且取得较好效果，但无论是精馏、膜分离或者高级氧化技术都存在设备/药剂成本高、操作难度大等问题，不适宜开展大规模工业应用。目前已有报道对于DMSO废水的生物特性降解，但对于同时降解多种有机硫化合物的生物菌还未见报道。因此开展对DMSO、MSM、二乙基亚砜高效降解菌的筛选及特性研究，将为强化废水生物处理提供理论依据，在工程实用上也具有重大的研究意义。本发明所要解决的技术问题就是找到一株实现二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜同时降解的高效微生物，并提供可以工程应用的废水处理工艺。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一株能够实现二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜同时降解的高效菌株。

本发明另一个发明目的为提出包含上述菌株的菌剂及其制备方法。

本发明同时还提出了利用上述菌株和菌剂降解化工废水的工艺。

具体地，本发明提供了一株中间苍白杆菌，其分类命名为中间苍白杆菌（Ochrobactrum intermedium），菌株名为JGD-6，于2022年10月24日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，菌种保藏号为：CGMCC No.25952。

本发明进一步提出了一种菌剂，包含上述中间苍白杆菌。

本发明还提出了上述菌剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将中间苍白杆菌接种于LB培养基摇瓶中，振荡培养至对数期；

（2）将上述培养好的菌种按体积比1%-5%的接种量接种入种子罐，培养至对数生长期，得到种子液；

（3）步骤（2）的种子液按体积比3%-10%的接种量接入生产罐培养，生产罐所用培养基与种子罐培养基相同；

（4）发酵完成后培养液出罐直接用塑料包装桶或包装瓶分装成液体剂型。

其中，种子罐所用的培养基配方按照质量体积比为：葡萄糖1.0 wt%，（NH₄）₂SO₄1.5wt%，KH₂PO₄0.2 wt%，MgSO₄0.1wt%，NaCl 0.01wt%，CaCO₃0.3wt%，酵母膏0.02 wt%，pH7.2-7.5。

优选地，在种子罐和生产罐的培养过程中，无菌空气的通气量为1:(0.6-1.2)，搅拌速度为180-240转/分，培养温度为30-35℃，全流程培养时间为48-60小时。发酵结束后菌体数量达到10亿个/mL以上。

本发明进一步提出了上述中间苍白杆菌或所述的菌剂在降解化工废水中的应用。

其中，所述化工废水为含有二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜中的任意一种或几种的废水。

具体地，在降解的过程中，降解条件为：将所述的菌剂按照体积比3~8%的投加量投加至化工废水中，废水的降解温度为20~30℃，pH为6.0~9.0。

本发明还提供了一种降解化工废水的方法，包括如下步骤：

S1：将待处理废水引入厌氧反应器内，在厌氧菌作用下分解废水中的部分有机物，并提高废水的可生化性，得到厌氧出水；

S2：将厌氧出水引入生物强化载体流化床工序，所述生物强化载体流化床设置有悬浮载体和所述中间苍白杆菌或所述的菌剂，深度降解化工废水；

S3：经生物强化载体流化床处理后的废水经沉淀池沉淀去除杂质悬浮物，出水自流外排水池。

本发明还提供了一种化工废水处理装置，包括依次连接的废水收集池、厌氧反应器、生物强化载体流化床、沉淀池及废水排放池，其中：

所述废水收集池包括进水口和出水口，所述废水收集池的进水口连接化工废水，所述废水收集池的出水口经过液体输送泵与厌氧反应器连接；

所述厌氧反应器的出水口与生物强化载体流化床的进水口连接，所述生物强化载体流化床的进气口连接氧气泵，所述生物流化床的出水口连接沉淀池的进水口；

所述沉淀池的出水口连接废水排放池，所述废水排放池的出水口直接排放合格废水，其中，生物强化载体流化床设置有悬浮载体和所述的中间苍白杆菌或由其制备得到的菌剂。其中，所述悬浮载体为活性炭。

在一个具体的实施方式中，优选地采用菌剂对化工废水进行处理：

（1）将废水在废水收集池用盐酸或氢氧化钠调节废水的 pH 值至7.5，调节完的废水经泵提升进入厌氧反应器，废水从厌氧反应器的底部流入，与厌氧反应器的颗粒污泥层中的污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解有机物，降低后续好氧处理的有机负荷；

（2）厌氧反应器出水由流化床顶部的废水流入口进入载体流化床，空气由流化床底部的空气进口进入反应池，投加3~8%（与废水体积比）中间苍白杆菌菌剂，微生物附着于载体表面，与废水接触使污染物分解；

（3）处理后的废水经沉淀分离杂质及悬浮物，最终废水从流出口排出。

有益效果：本发明筛选得到了一株可降解化工废水的中间苍白杆菌（Ochrobactrum intermedium）JGD-6，菌株JGD-6在以二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜为唯一碳源的基础盐培养基中培养后，对5000mg/L砜类有机物的降解率可达到100％；将该菌株制备的菌剂投入实际高浓度污染水体系24h后，体系中二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜的残留量可降低95％以上，表明菌株JGD-6对化工废水具有较好的处理效果。此外，该菌株降解二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜最终产物为硫酸、二氧化碳和水，不产生二甲基硫醚、甲烷硫醇或硫化氢等恶臭挥发性有机物，对环境不产生二次污染，在工业应用生物技术治理化工废水呈现出独特的优势和广阔的前景。

附图说明

图1为中间苍白杆菌(Ochrobactrum intermedium)菌体的菌落形态图；

图2为中间苍白杆菌对二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜的降解率图；

图3为含盐量对中间苍白杆菌降解效率的影响；

图4为菌剂降解化工废水的装置结构图；

图5为中间苍白杆菌(Ochrobactrum intermedium)在处理实际化工废水的实验中，二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜降解率随时间变化的曲线。

实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

实施例1 菌株的分离与纯化。

取某化工厂的生化池中得到的活性污泥5.0mL加入二甲基砜浓度为5000 mg/L的100mL无机盐液体培养中，在30℃、180r/min条件下进行富集培养。每隔5天以体积比5%的接种量转入到新的含二甲基砜的无机盐液体培养基中，连续转接5次，获得富集液。所述的无机盐培养基配方为：K₂HPO₄1.0 g/L，NH₄Cl 1.0 g/L，KH₂PO₄0.2g/L，MgSO₄·7H₂O 0.5 g/L，NaCl 1.0 g/L，pH 7.0。

取富集液进行梯度稀释，取10^-5稀释后的液体0.5mL涂布于含二甲基砜的无机固体盐培养基，无机盐固体培养基组分为：K₂HPO₄1.0 g/L，KH₂PO₄0.2g/L，MgSO₄·7H₂O 0.5 g/L，NaCl 1.0 g/L，10g琼脂，pH 7.0；挑取单菌落分离纯化，得到纯菌，再接种至液体培养中验证其降解含氮化合物能力。最后得到一株能够高效降解二甲基砜的菌株，如图1所示。

经鉴定，该菌属于中间苍白杆菌（Ochrobactrum intermedium），命名菌株名为JGD-6。其形态学特征为：该菌株为革兰氏阴性菌，好氧，具运动性，菌落形态为圆形，表面光滑不透明，边缘整齐。能够以二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜作为唯一碳源进行生长。

上述菌株于2022年10月24日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，其分类命名为中间苍白杆菌（Ochrobactrum intermedium），菌株名为JGD-6，保藏地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，菌种保藏号为：CGMCC No.25952。

实施例2 菌株JGD-6对二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜的降解实验。

将在培养基中培养到对数期的中间苍白杆菌的菌株JGD-6，以体积比5%的接种量分别接种至含二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜的培养基中，培养基中二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜的初始浓度均为5.0g/L，培养基组成为：K₂HPO₄1.0 g/L，NH₄Cl 1.0 g/L，KH₂PO₄0.2g/L，MgSO₄·7H₂O 0.5 g/L，NaCl 1.0 g/L，pH 7.0，在30℃、180r/min条件下摇床中培养。24h后测定二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜含量，如图2所示。结果表明，中间苍白杆菌JGD-6对二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜的降解率均达到99%以上。

实施例3 含盐量对降解效率的影响。

将在培养基中培养到对数期的中间苍白杆菌的菌株JGD-6，以体积比5%的接种量接到含有二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜的培养基中，培养基中二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜的初始浓度均为5.0g/L，培养基组成为：K₂HPO₄1.0 g/L，NH₄Cl 1.0 g/L，KH₂PO₄0.2g/L，MgSO₄·7H₂O 0.5 g/L，pH 7.0，调节培养基中氯化钠浓度分别至0.5%、2.5%、5%、7.5%、10%，在30℃、180r/min摇床中培养，24h后测定二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜含量，如图3所示。盐浓度在0.5%-10%范围内中间苍白杆菌对二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜的降解率都在99%以上，表明改菌株对废水盐浓度具有高耐受性。

实施例4 菌剂的制备。

将所述的降解菌试管种接种于LB培养基摇瓶中，振荡培养至对数期；将上述培养好的菌种按5%的接种量接种入500升种子罐，培养至对数生长期，种子罐所用的培养基配方按质量比为：葡萄糖1.0%，（NH₄）₂SO₄1.5wt%，KH₂PO₄0.2%，MgSO₄0.1wt%，NaCl 0.01wt%，CaCO₃0.3wt%，酵母膏0.02%，pH 7.2-7.5；种子液按体积比10%的接种量接入生产罐培养，生产罐所用培养基与种子罐培养基相同；在种子罐和生产罐的培养过程中无菌空气的通气量为1:1.2，搅拌速度为180转/分，培养温度为32℃，全流程培养时间为48小时，发酵结束后菌体数量达到10亿个/mL以上；发酵完成后培养液出罐直接用塑料包装桶或包装瓶分装成液体剂型。

实施例5 菌剂在降解废水上的应用。

本实施给出了用菌剂处理实际生产污水，特别是化工废水的一种操作方法。

图4为化工废水处理装置的结构示意图。本实施的化工废水处理装置包括依次连接的生产废水收集池1、厌氧反应器2、生物强化载体流化床3、沉淀池4、废水排放池5，废水收集池包括进水口1-1和出水口1-2，废水收集池进水口1-1连接化工废水，废水收集池出水口1-2连接液体输送泵6，液体输送泵出口2-1连接厌氧反应器2，厌氧反应器出水口2-2连接生物强化载体流化床3，所述生物强化载体流化床进气口3-1连接氧气泵7，生物强化载体流化床出水口3-2连接沉淀池4，沉淀池出水口4-1连接废水排放池5。

其中，生物强化载体流化床设置有用于投加中间苍白杆菌CGMCC No.25952的菌剂投加单元9。下面通过利用该处理装置实现对化工废水的处理。

处理水质取自某金属制造厂的废水收集池，处理量为10L，COD_Cr为14695mg/L，其中二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜的浓度分别为5.4g/L、4.0g/L和5.0 g/L，废水在收集池用1mol/L盐酸或氢氧化钠调节废水的 pH 值至7.5，调节完的废水经泵提升进入厌氧反应器，废水从厌氧反应器的底部流入，与厌氧反应器下层的颗粒污泥层中的污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解部分有机物；厌氧反应器出水由生物强化载体流化床顶部的废水流入口进入载体流化床，空气由生物强化载体流化床底部的空气进口进入反应池，投加体积比5%（与废水体积比）苍白杆菌菌剂，微生物附着于活性炭载体表面（即悬浮载体），与废水接触使污染物分解；处理后的废水经沉淀分离杂质及悬浮物后，最终废水从流出口排出。跟踪出水情况，如图5所示。

其中，厌氧反应器运行参数：温度为28℃-32℃，pH在6.8-7.2，厌氧型活性污泥浓度20-30g/L，水流上升流速为0.15m/h；

生物强化载体流化床运行参数：好氧污泥浓度为10-15g/L，水力停留时间10-12h，DO 值 3.0-6.0g/L，温度为25℃-30℃，活性炭载体填充密度为20-35kg/m³反应池容积。

表1

从上述结果可知，不加菌剂，经普通活性污泥工艺处理后废水COD_Cr去除率低于30%，二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜的降解率均低于25%，投加中间苍白杆菌菌剂后，对污水中的二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜的降解率分别达到95.77%、98.38%、96.24%，COD_Cr去除率提高至98.6%。以上实验数据表明，JGD-6菌剂在降解实际化工废水中具有良好的应用前景。

本发明提供了一种同时实现二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜同时降解思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，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和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一株中间苍白杆菌，其分类命名为中间苍白杆菌(Ochrobactrum intermedium)，菌株名为JGD-6，已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期为2022年10月24日，保藏编号为CGMCC No. 25952。

2.一种菌剂，其特征在于，包含权利要求1所述的中间苍白杆菌。

3.权利要求2所述菌剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（3）步骤（2）的种子液按体积比3%-10%的接种量接入生产罐培养；

4.根据权利要求3所述菌剂的制备方法，其特征在于，生产罐所用培养基与种子罐培养基相同，配方为：葡萄糖1.0 wt%，（NH₄）₂SO₄1.5wt%，KH₂PO₄ 0.2 wt%，MgSO₄ 0.1wt%，NaCl0.01wt%，CaCO₃ 0.3wt%，酵母膏0.02 wt%，pH 7.2-7.5。

5.根据权利要求3所述菌剂的制备方法，其特征在于，在种子罐和生产罐的培养过程中，无菌空气的通气量为1:(0.6-1.2)，搅拌速度为180-240转/分，培养温度为30-35℃，全流程培养时间为48-60小时。

6.权利要求1所述的中间苍白杆菌或权利要求2所述的菌剂在降解化工废水中的应用，所述化工废水为含有二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜中的任意一种或几种的废水。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，在降解的过程中，降解条件为：将权利要求1所述的中间苍白杆菌或权利要求2所述的菌剂按照体积比3~8%的投加量投加至化工废水中，废水的降解温度为20~30℃，pH为6.0~9.0。

8.一种降解化工废水的方法，所述化工废水为含有二甲基砜、二乙基亚砜、二甲基亚砜中的任意一种或几种的废水，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将待处理废水引入厌氧反应器内，在厌氧菌作用下分解废水中的部分有机物；

S2：将厌氧出水引入生物强化载体流化床工序，所述生物强化载体流化床设置有悬浮载体和权利要求1所述的中间苍白杆菌或权利要求2所述的菌剂，深度降解化工废水；

9.一种化工废水处理装置，其特征在于，包括依次连接的废水收集池、厌氧反应器、生物强化载体流化床、沉淀池及废水排放池，

所述沉淀池的出水口连接废水排放池，所述废水排放池的出水口直接排放合格废水，其中，生物强化载体流化床设置有权利要求1所述的中间苍白杆菌或权利要求2所述的菌剂。