CN117904011A - 用于处理高盐难降解工业废水的微生物菌剂及制备方法和应用 - Google Patents
用于处理高盐难降解工业废水的微生物菌剂及制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及废水处理微生物技术领域，尤其是一种用于处理高盐难降解工业废水的微生物菌剂及制备方法和应用，该微生物菌剂由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、恶臭假单胞菌、假丝酵母菌和复合材料制备而成。本发明微生物菌剂的各菌种之间合理配伍，共生协调，互不拮抗，能够在高盐且含有难降解有机物的废水环境中生长并保持较强的生物活性，投加在工业废水生化处理系统中，对废水中有机物具有良好的降解效果，可提高处理水量，改善出水水质，减少污泥产量，降低运行费用，促进达标排放，在使用过程中不产生新的环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理微生物技术领域，具体领域为一种用于处理高盐难降解工业废水的微生物菌剂、制备方法和用途。
背景技术
高盐难降解工业废水是指含盐量大于1%的工业废水，水质组分复杂多样，通常含有种类多样、性质差异大的难降解有机污染物，特别是大量人工合成化合物，主要包括烃类、烯烃类、脂环烃类、芳香烃类等有机物，尤其是大分子、难降解、有毒有害物质，如酚类、氰类、胺类等。由于这些物质本身结构的复杂性和对微生物的毒害性，在短时间内不能被微生物分解利用，并且传统的活性污泥法培养驯化的微生物已不能有效的去除这类难降解污染物，容易导致这类难降解物质在环境中的长期积累造成二次污染。这类废水中除了含有难降解有机污染物外，还存在浓度较高的无机盐离子，如Cl-、SO4 2-、Na+、Ca2+等离子。这类高浓度无机盐离子的存在对常规微生物的生长具有较强的抑制作用，例如，高浓度的盐会降低微生的酶活性、高浓度的氯离子对微生物的毒害作用等。
目前，高盐难降解工业废水的处理主要有物理法、化学法和生物法。物理法主要有反渗透、蒸馏等；化学法有离子交换法、氨吹脱、化学沉淀法、折点氯化、电渗析、电化学处理、催化裂解等。其中，常规物理化学方法难以处理并且处理成本高。生物法是治理工业污染水体的有效方法。它是利用微生物的作用，使化合物得到分解。由于生物处理方法比物理、化学方法成本低得多，又无二次污染，且微生物又具有较强的可变异性及适应性，因此它已成为处理工业污染水体的理想方法。
但是，目前现有的生物法虽然具有经济、高效、无害等特点，但高盐难降解工业废水中高浓度盐以及难降解有机物的存在对常规微生物的生长具有较强的抑制作用，因而采用常规生物法来处理高盐难降解工业废水技术难度较高。
高盐难降解工业废水来源广泛，包括制药、石化、冶金等行业。因此，如何有效的处理高盐难降解工业废水已成为工业废水处理方面亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于处理高盐工业废水的微生物菌剂及制备方法和应用。该微生物菌剂性质稳定、活性高，能够相互共生，互不拮抗，协同作用高效降解工业废水中有机污染物，使用方便，效果佳。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于处理高盐难降解工业废水的微生物菌剂，包括主料和辅料，所述主料由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、恶臭假单胞菌、假丝酵母菌的菌液混合制备而成。
其中，所述主料由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、恶臭假单胞菌、假丝酵母菌的菌液按照6:3:2:5:2的体积比混合制备而得。
本发明上述菌种均可以从中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)、中国典型培养物保藏中心(CCTCC)以及美国模式培养物集存库(ATCC)等菌种保藏中心购买得到。
优选的，
所述枯草芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) CGMCC No. 3755；
所述地衣芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌(Bacillus Licheniformis) CCTCC No.2010437；
所述解淀粉芽孢杆菌为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens) ATCC23845；
所述恶臭假单胞菌为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)CCTCC No. 203021；
所述假丝酵母为假丝酵母(Candida unilis) ATCC 22023。
其中，所述主料和辅料按照2：8的重量比混合。
其中，所述辅料为复合材料，由含硅、铝、铁元素的氧化物以及酸溶液混合制备得到，为多孔片层的微球状结构，微球直径大小为1微米~5000微米，比表面积为50-500m2/g。
其中，所述含硅、铝、铁元素的氧化物为硅酸钠、氧化铝、氧化铁和黏土。以硅酸钠质量为1份计，所述黏土用量为1.2份，所述氧化铁用量为0.5份，氧化铝用量为0.3份，所述酸溶液中酸的用量为0.05份，所述酸溶液为盐酸溶液或硫酸溶液，体积分数为1%~5%。
本发明所述用于处理高盐难降解工业废水的微生物菌剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备主料：将枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、恶臭假单胞菌、假丝酵母菌分别培养至浓度为1 × 109个/ml的菌液，然后按照6:3:2:5:2的体积比混合制备而得；
制备步骤为：将各菌种分别接种于培养基中，于15～35℃条件下扩大培养48～96小时，培养后将各培养基离心分离得到湿菌体，将所得的各湿菌体按照配比比例混合即得到所述微生物菌剂主料；其中，所述培养基的组成成分为葡萄糖6～10g/L、尿素2～2.2g/L、磷酸二氢钾0.8～1.0g/L、硫酸镁0.1～0.2g/L、氯化钠8～12g/L。
（2）制备辅料：
①将硅酸钠、黏土、氧化铁、氧化铝、酸溶液混合均匀，在120℃-150℃下反应3-6小时；
②将步骤①的反应产物混匀，在95-100℃充入氮气，持续吹氮气30-60分钟；
③将步骤②所得产物进行高温煅烧 30-360分钟，温度600℃-800℃；
④向步骤③的煅烧产物充入水蒸气，在高温高压下进行水化；所述高温高压为3-5个大气压，120℃-180℃；
⑤将步骤④的水化产物进行微波干燥处理；
⑥将干燥处理后的产物进行超声粉碎，并过200-400目筛网，即获得最终所需复合材料；
（3）主料和辅料按照2：8的重量比混合，即得用于处理高盐难降解工业废水的微生物菌剂。
本发明所述微生物菌剂可用于高盐难降解工业废水处理中，使用时，将微生物菌剂置于工业废水生化处理系统中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的微生物菌剂将各种能形成优势菌群的菌种，配制成高效微生物制剂，按一定量投加到废水生化处理系统好氧曝气段，可以加速微生物对污染物的降解，提高系统的生物处理效率，保证系统稳定运行。
本发明的微生物菌剂含有多种对难降解有机污染物有高效降解能力的微生物，各菌种之间合理配伍，共生协调，互不拮抗，耐高盐、活性高，生物量大，繁殖快，投加在废水处理系统中，对高盐难降解工业废水有良好的降解效果，适于工业污水处理，可提高处理水量和处理水质，减少污泥产量，降低运行费用，促进达标排放。
附图说明
图1为本发明的微生物菌剂的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1 微生物菌剂中主料的制备
将枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、恶臭假单胞菌、假丝酵母菌分别培养至浓度为1 × 109个/mL的菌液，然后按照6:3:2:5:2的体积比混合，即得。
上述菌种均从中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)、中国典型培养物保藏中心(CCTCC)以及美国模式培养物集存库(ATCC)等菌种保藏中心购买得到。枯草芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) CGMCC No. 3755；地衣芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌(Bacillus Licheniformis) CCTCC No. 2010437；解淀粉芽孢杆菌为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens) ATCC 23845；恶臭假单胞菌为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)CCTCC No. 203021；假丝酵母为假丝酵母(Candida unilis) ATCC22023。
具体制备步骤为：将各菌种分别接种于培养基中，于35℃条件下扩大培养48小时，培养后将各培养基离心分离得到湿菌体，将所得的各湿菌体按照配比比例混合即得到所述微生物菌剂主料；其中，所述培养基的组成成分为葡萄糖10g/L、尿素2.0g/L、磷酸二氢钾1.0g/L、硫酸镁0.2g/L、氯化钠8g/L。
实施例2 微生物菌剂中辅料的合成
辅料为一种复合材料，由含硅、铝、铁元素的氧化物混合制备得到，具有多孔片层的微球状结构，微球直径大小为10微米，比表面积为350m2/g。制备步骤如下：
（1）将硅酸钠1份、黏土1.2份、氧化铁0.5份、氧化铝0.3份、酸溶液混合均匀，在120℃下反应6小时；其中，酸溶液中酸的用量为0.05份，酸溶液为盐酸溶液，体积分数为3%。在其他有益实施例中，也可以选用硫酸溶液；另外，体积分数选用1%~5%皆可。
（2）将步骤（1）的反应产物混匀，在95℃充入氮气，持续吹氮气60分钟；
（3）将步骤（2）所得产物进行高温煅烧180分钟，温度600℃；
（4）向步骤（3）的煅烧产物充入水蒸气，在高温高压下进行水化；所述高温高压是指在3个大气压，140℃下；
（5）将步骤（4）的水化产物进行微波干燥处理；
（6）将干燥处理后的产物进行超声粉碎，并过200目筛网，即获得最终所需复合材料。
该复合材料可通过吸附作用将微生物固定在其表面，与现有固定化细菌的材料不同，该复合材料具有特殊的生物相容性，可高度支持固定后的细菌在材料上继续生长分裂。因此最终生长于所述材料上的细菌与材料一起形成一个有机的、完整的微米尺度大小的生化处理单元，可通过生物降解转化作用快速分解水中的污染物，此有机的生化处理单元与通常的活性污泥菌胶团在外观结构及性能上有明显差异。
该复合材料载体支持微生物在其表面生长，所形成的污水处理单元体积极小，比表面积巨大，不仅可保证菌团中微生物个体都与水体充分接触，所述材料本身还对水中的污染物也具有强烈的吸附作用，在材料表面形成养分(污染物)相对丰富的环境，从而极大的提高了微生物对污染物的处理效率。在该材料的作用下，生化处理可高效去除污水中的有机物、氨氮、总氮和磷等污染物。该材料强大的吸附作用可阻止微生物自发形成低活性的污泥菌团，因此可大幅度降低污泥的产生。可用于提高污水生化处理的效率，并减少生化处理过程产生的污泥。与现有技术相比，在所述复合材料的作用下，微生物可更为充分的接触水体，从而大幅度提高了生化处理的效率。
该复合材料带有密度较高的负电荷，通过电荷之间的排斥作用，有效避免了微生物之间自发聚集形成菌泥，大幅度减少了无效微生物和死微生物的数量，最终体现为生化处理污泥总量的大幅度下降。
实施例3 微生物菌剂的制备
一种用于处理高盐难降解工业废水的微生物菌剂，其包括主料和辅料，将实施例1制备的主料和实施例2制备的辅料按照2:8的重量比混合，所制得的微生物菌剂的扫描电镜照片如图1所示。
实施例4 微生物菌剂耐盐性能测试
采用实施例3制备的微生物菌剂进行耐盐性能测试。将1g微生物菌剂接种至100mL已灭菌的营养琼脂液体培养基中160~180r/min，30-35℃条件下培养72h后，测定其OD600，以判断该微生物菌剂在不同含盐量下微生物的生长情况。
营养琼脂液体培养基中预先添加不同质量的NaCl，以配置成不同含盐量的液体培养基，灭菌后供使用。营养琼脂液体培养基成分：蛋白胨10g，牛肉膏3g，pH7.0-7.2，按下述含盐量添加不同质量NaCl，121℃高压蒸汽灭菌20分钟冷却后备用。
表1 微生物菌剂耐盐性的确定
可以看出，该微生物菌剂在较高盐度的培养基中依然能够保持微生物的生长繁殖，耐盐性能良好，完全能够应用于高盐工业废水处理。
实施例5 含高浓度污染物的工业污水的处理
将1g实施例3制备的微生物菌剂加入100mL取自畜禽养殖厂（养猪场）的生产污水中，室温下进行匀速搅拌，搅拌速度为100r/min。搅拌反应24h后，对污水的主要污染物进行检测。处理前后的主要指标如下所示：
表2 微生物菌剂对畜禽养殖废水的处理效果
从表2中可以看出处理后污水的各项指标均显著下降，参考国家环保相关规定，处理后的污水上述指标全部达到《中华人民共和国污水综合培养标准》（GB8978-2002）的要求。
实施例6 典型化工工业废水的处理
采用实施例3制备的微生物菌剂处理某化工厂工业废水，处理工艺为A/O+沉淀+曝气生物滤池，A/O池按每立方米生化池容积投加实施例3制备的微生物菌剂20g，每天投加1次，连续投加10天；曝气生物滤池按每立方米填料投加实施例3制得的微生物菌剂20g，每天投加1次，连续投加10天；一个月后，处理效果如表3：
表3 微生物菌剂对化工工业废水的处理
从表3中看出处理后污水的各项指标均显著下降，其中难降解有机污染物主要为挥发酚类和苯胺类，经过所述微生物菌剂处理后，浓度显著下降，表明所述微生物菌剂在处理难降解有机物方面具有良好的效果。
实施例7 污泥减量研究
将10g实施例3制备的微生物菌剂加入1000mL取自某制药厂的工业废水中，室温进行匀速搅拌，搅拌速度为100r/min。室温反应6小时后，停止搅拌，自然沉降，上清检测典型污染指标，沉淀进行体积检测，之后将沉淀烘干后称重。以现有A2O技术处理后的污水作为对比。结果如表4。
表4 微生物菌剂对工业废水污泥减量的效果
表4数据显示，在处理效果改善的情况下，本发明材料可大幅度减少污泥体积和干重。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种用于处理高盐难降解工业废水的微生物菌剂，其特征在于：包括主料和辅料，所述主料由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、恶臭假单胞菌、假丝酵母菌的菌液混合制备而成。
2.根据权利要求1所述的用于处理高盐难降解工业废水的微生物菌剂，其特征在于：所述主料和辅料按照2：8的重量比混合。
3.根据权利要求1所述的用于处理高盐难降解工业废水的微生物菌剂，其特征在于：所述主料由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、恶臭假单胞菌、假丝酵母菌的菌液按照6:3:2:5:2的体积比混合制备而得。
4.根据权利要求1所述的用于处理高盐难降解工业废水的微生物菌剂，其特征在于：所述辅料为复合材料，由含硅、铝、铁元素的氧化物以及酸溶液混合制备得到，为多孔片层的微球状结构，微球直径大小为1微米~5000微米，比表面积为50-500m2/g。
5.根据权利要求4所述的用于处理高盐难降解工业废水的微生物菌剂，其特征在于：所述含硅、铝、铁元素的氧化物为硅酸钠、氧化铝、氧化铁和黏土。
6.根据权利要求5所述的用于处理高盐难降解工业废水的微生物菌剂，其特征在于：以硅酸钠质量为1份计，所述黏土用量为1.2份，所述氧化铁用量为0.5份，氧化铝用量为0.3份，酸溶液中酸的用量为0.05份。
7.权利要求1-6任一所述用于处理高盐难降解工业废水的微生物菌剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备主料：将枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、恶臭假单胞菌、假丝酵母菌分别培养至浓度为1 × 109个/ml的菌液，然后按照6:3:2:5:2的体积比混合制备而得；
制备步骤为：将各菌种分别接种于培养基中，于15～35℃条件下扩大培养48～96小时，培养后将各培养基离心分离得到湿菌体，将所得的各湿菌体按照配比比例混合即得到所述微生物菌剂主料；其中，所述培养基的组成成分为葡萄糖6～10g/L、尿素2～2.2g/L、磷酸二氢钾0.8～1.0g/L、硫酸镁0.1～0.2g/L、氯化钠8～12g/L；
（2）制备辅料：
①将硅酸钠、黏土、氧化铁、氧化铝、酸溶液混合均匀，在120℃-150℃下反应3-6小时；
②将步骤①的反应产物混匀，在95-100℃充入氮气，持续吹氮气30-60分钟；
③将步骤②所得产物进行高温煅烧；
④向步骤③的煅烧产物充入水蒸气，在高温高压下进行水化；
⑤将步骤④的水化产物进行微波干燥处理；
⑥将干燥处理后的产物进行超声粉碎，并过200-400目筛网，即获得最终所需复合材料；
（3）主料和辅料按照2：8的重量比混合，即得用于处理高盐难降解工业废水的微生物菌剂。
8.根据权利要求7所述的微生物菌剂的制备方法，其特征在于：制备辅料的步骤③中，高温煅烧30-360分钟，温度600℃-800℃。
9.根据权利要求7所述的微生物菌剂的制备方法，其特征在于：制备辅料的步骤④中，所述高温高压为3-5个大气压，120℃-180℃。
10.权利要求1-6任一所述微生物菌剂在高盐难降解工业废水处理中的应用，其特征在于：将微生物菌剂置于工业废水生化处理系统中。
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