一种通过生物膜法降低循环水中可同化有机碳的方法

摘要

本发明涉及属于工业水处理领域，一种通过生物膜法降低循环水中可同化有机碳的方法，包括如下步骤：a)菌种准备：准备乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌、放线菌、丝状菌、光合菌、硝化菌的原种和活化；b)扩大培养：将步骤a)中活化后的各类菌种原种扩大培养成菌液，再将每种菌液分别通过单独的发酵罐进行发酵；c)挂膜：向步骤b)中的各类发酵罐中投入相同的悬浮填料进行挂膜培养，挂膜3～5天后取出悬浮填料；d)投放：向循环集水池中投放经过步骤；c）挂膜后的各类悬浮填料。本发明悬浮填料中的菌种与循环水系统中的有害细菌形成营养竞争机制，通过这种生物膜法降低循环水中可同化有机碳，从而控制循环水中有害细菌物的繁殖。

说明书

技术领域

本发明涉及属于工业水处理领域。

背景技术

对于敞开式循环冷却水系统来说，由于热水是经过冷却塔或冷却池是直接与与空气接触， 再被冷却变为冷水，再返回系统循环使用的，因此系统中的溶解氧充足，加上该系统温度通 常维持在25～40℃，故为微生物的生长繁殖提供了适宜的条件，微生物繁殖速度快，而且水 反复循环使用使得微生物又难以排出，随着系统浓缩倍数的升高，微生物的数量也会成倍增 加。

上述情况带来的危害有：①微生物中的有害细菌如产硫化物菌、硫酸盐还原菌、铁细菌 等，这些有害细菌具有生物腐蚀作用，使得设备中的管道腐蚀深度加快，使用寿命缩短；② 大量细菌在生长繁殖过程中产生大量的粘性物质(如微生物尸体和排泄物)，这些粘性物质与 水中的无机盐、沙砾、悬浮物等其它物质粘附在一起形成生物粘泥，生物粘泥则会附着在系 统设备的管道壁上甚至堵塞管道，最终会导致系统传热效率下降。

由此可见，循环冷却水中的微生物繁殖对系统正常运行危害很大，必须采取适当措施加 以控制，控制冷却水系统中微生物生长最有效和最常用的方法是向冷却水中添加杀生剂，杀 生剂直接杀灭微生物体，这种通过投放化学药剂控制微生物生长繁殖的方法具有如下缺点： ①化学药剂(杀生剂或其他微生物灭杀剂)的购买成本较高，循环水处理时需要大量使用化 学药剂，增加了企业的经济负担；②系统排污后，排出的浓缩水中残留的化学药剂较多，如 果不进行处理直接排放会对环境造成很大污染，如果进行排污处理则会额外增加污水处理的 成本；③杀生剂主要分为氧化性杀生剂和非氧化性杀生剂，氧化性杀生剂的具有有腐蚀性， 会对管道造成损伤，且杀菌作用缺乏持久性；而非氧化性杀生剂的缺点主要是:价格高、毒性 大、微生物易产生抗药性。

发明内容

本发明意在提供一种通过生物膜法降低循环水中可同化有机碳的方法。

专利方案：一种通过生物膜法降低循环水中可同化有机碳的方法，包括如下步骤：

a)菌种准备

准备乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌、放线菌、丝状菌、光合菌、硝化菌的原种，并将各 菌种分别进行活化；

b)扩大培养

将步骤a)中活化后的各类菌种原种分别接种到单独的LB液体培养基中，扩大培养成菌 液，再将每种菌液分别通过单独的发酵罐进行发酵；

c)挂膜

向步骤b)中的各类发酵罐中投入相同的悬浮填料进行挂膜培养，待发酵罐内微生物总菌 数达10¹⁰CFU/g以上时取出悬浮填料；或者待发酵罐内微生物总菌数达到10¹⁰CFU/g后投入 悬浮填料进行挂膜培养，挂膜3～5天后取出悬浮填料；以上挂膜步骤后最终形成乳酸菌填料、 酵母菌填料、芽孢杆菌填料、放线菌填料、丝状菌填料、光合菌填料、硝化菌填料。

d)投放

向循环集水池中投放经过步骤c)挂膜后的乳酸菌填料、酵母菌填料、芽孢杆菌填料、 放线菌填料、丝状菌填料、光合菌填料、硝化菌填料。

有益效果：①循环水中的微生物(包括有害细菌和有益细菌)繁殖需要的营养物质主要 由磷、氮、有机碳组成，三者的组成比例大致在1：10：100，其中对有机碳的需求最大，而 循环水系统中的生物可同化有机碳(简称AOC)是有机碳(简称TOC)中最容易被细菌吸收、 同化成菌体的部分，本方案通过投放悬浮填料，悬浮填料上生长有高效降解细菌(本发明采 用的高效降解细菌为：乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌、放线菌、丝状菌、光合菌、硝化菌)，高 效降解细菌够分解消耗循环水中的可同化有机碳及含氮物质，与有害细菌形成营养竞争机制， 通过降低生物可同化有机碳(AOC)来阻断有害细菌的营养来源，从而控制循环水中有害细菌 物的繁殖。

②高效降解细菌还能够分解消耗循环水中含氮物质，同时能对水体中比藻类高等的好氧 微生物产生激活作用，改变水体环境与养分竞争机制，中断菌藻的养分供给链，使菌藻的滋 生环境恶化，进而逐步抑制菌藻生长。

③另外，高效降解细菌能分泌蛋白酶、水解酶、氧化酶等降解性酶，高效降解细菌生长 繁殖时要消耗循环水系统内部分溶氧，可使溶氧适度减少，改变氧化还原电位(ORP)，且并不 含氯盐、氨盐、硫酸盐(这类物质都含有酸根离子，在电子传递是很容易形成盐酸，硫酸， 硝酸，产生腐蚀)，故能避免化学品引起的腐蚀，分解有机粘泥避免局部有机酸及电极电位 引起的腐蚀，因而可避免金属被锈蚀。

在上述技术方案中，步骤d)中乳酸菌填料、酵母菌填料、枯草杆菌填料、放线菌填料、 丝状细菌填料、沼泽红假单胞填料、硝化菌填料的数量比为3:5:2:2:1:2:3，取得的效果较 好。

进一步地，步骤b)具体操作为：

①一级振荡培养：取5ml步聚a)中经过活化的各类菌种原种分别接种到相应的液体培 养基中(100ml)，25℃，振荡培养24～48h，得到500ml菌液；

②级曝气培养：把500ml菌液接种到10L的发酵罐中，温度为20～25℃，溶液pH中 性，曝气培养40h，得到5L的菌液；

③三级发酵培养：把5L菌液接种到100L的发酵罐中，温度为20～25℃，溶液pH中 性，曝气培养40h，得到50L的菌液；

④四级发酵培养：将50L的菌液放入1立方发酵罐进行发酵。

进一步地，所述步骤d)中乳酸菌填料、酵母菌填料、芽孢杆菌填料、放线菌填料、丝 状菌填料、光合菌填料、硝化菌填料均投放至循环集水池底部的纤维球框中。

进一步地，所述悬浮填料为球形悬浮填料，挂膜更加均匀。

进一步地，所述乳酸菌选用双歧杆菌，酵母菌选用假丝酵母，芽孢杆菌选用枯草芽孢杆 菌，放线菌选用诺卡氏菌，光合菌选用沼泽红假单胞菌，硝化菌选用硝化杆菌，丝状菌选用 贝日阿托氏菌，这些细菌能大幅降解循环水中的可同化有机碳，起到净化循环水水质的作用。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

实施例1

购买双歧杆菌、假丝酵母、枯草芽孢杆菌、诺卡氏菌、贝日阿托氏菌、沼泽红假单胞菌、 硝化杆菌的原种，并将上述菌种分别活化成5ml双歧杆菌原种、5ml假丝酵母原种、5ml枯草 芽孢杆菌原种、5ml诺卡氏菌原种、5ml贝日阿托氏菌原种、5ml沼泽红假单胞菌原种、5ml 硝化杆菌原种。

将5ml的双歧杆菌原种接种到100ml的液体培养中，在25℃下振荡培养48h，得到500 ml双歧杆菌菌液。再将500ml双歧杆菌菌液接种到10L的发酵罐中，保持温度为20～25℃， 溶液pH中性，曝气培养40h，得到5L的双歧杆菌菌液。再把5L双歧杆菌菌液接种到100L 的发酵罐中，保持温度为20～25℃，溶液pH中性，曝气培养40h，得到50L的双歧杆菌菌 液。再将50L的菌液放入1立方双歧杆菌发酵罐进行发酵。向该双歧杆菌发酵罐投入200个 直径为100mm的空白球形悬浮填料进行挂膜，待发酵罐内微生物总菌数达10¹⁰CFU/g以上 时取出挂膜后的双歧杆菌球形悬浮填料。假丝酵母原种、枯草芽孢杆菌原种、诺卡氏菌原种、 贝日阿托氏菌原种、沼泽红假单胞菌原种、硝化杆菌原种采用和上述双歧杆菌原种相同的步 骤分别制得假丝酵母球形悬浮填料、枯草芽孢杆菌球形悬浮填料、诺卡氏菌球形悬浮填料、 贝日阿托氏菌球形悬浮填料、沼泽红假单胞菌球形悬浮填料、硝化杆菌球形悬浮填料。

将数量比为3:5:2:2:1:2:3的双歧杆菌球形悬浮填料、假丝酵母球形悬浮填料、枯草杆 菌球形悬浮填料、诺卡氏菌球形悬浮填料、贝日阿托氏菌球形悬浮填料、沼泽红假单胞球形 悬浮填料、硝化杆菌球形悬浮填料投放至循环水集中池底部的纤维球框中。

实施例2

购买双歧杆菌、假丝酵母、枯草芽孢杆菌、诺卡氏菌、贝日阿托氏菌、沼泽红假单胞菌、 硝化杆菌，并将上述菌种分别活化成5ml双歧杆菌原种、5ml假丝酵母原种、5ml枯草芽孢杆 菌原种、5ml诺卡氏菌原种、5ml贝日阿托氏菌原种、5ml沼泽红假单胞菌原种、5ml硝化杆 菌原种。

将5ml的双歧杆菌原种接种到100ml的液体培养中，在25℃下振荡培养24～48h，得到 500ml双歧杆菌菌液。再将500ml双歧杆菌菌液接种到10L的发酵罐中，保持温度为20～ 25℃，溶液pH中性，曝气培养40h，得到5L的双歧杆菌菌液。再把5L双歧杆菌菌液接种 到100L的发酵罐中，保持温度为20～25℃，溶液pH中性，曝气培养40h，得到50L的双 歧杆菌菌液。再将50L的菌液放入1立方双歧杆菌发酵罐进行发酵。带方双歧杆菌发酵罐内 的微生物总菌数达到10¹⁰CFU/g后，投入200个直径为100mm的空白球形悬浮填料进行挂膜 培养，挂膜3～5天后取出成功挂膜的双歧杆菌球形悬浮填料。

假丝酵母原种、枯草芽孢杆菌原种、诺卡氏菌原种、贝日阿托氏菌原种、沼泽红假单胞 菌原种、硝化杆菌原种采用和上述双歧杆菌原种相同的步骤分别制得假丝酵母球形悬浮填料、 枯草芽孢杆菌球形悬浮填料、诺卡氏菌球形悬浮填料、贝日阿托氏菌球形悬浮填料、沼泽红 假单胞菌球形悬浮填料、硝化杆菌球形悬浮填料。

将数量比为3:5:2:2:1:2:3的双歧杆菌球形悬浮填料、假丝酵母球形悬浮填料、枯草杆 菌球形悬浮填料、诺卡氏菌球形悬浮填料、贝日阿托氏菌球形悬浮填料、沼泽红假单胞球形 悬浮填料、硝化杆菌球形悬浮填料投放至循环水集中池底部的纤维球框中。

将实施例1或实施例2最终制得的各类菌种的球形悬浮填料投放至某循环冷却水系统中， 循环冷却水的水质实验数据表格如表1所示：

注：TOC是总有机碳的量(包含AOC)，而COD是将有机碳氧化时消耗的氧气的量。对于 同一类水系统而言,COD与TOC两者成正比关系，因此,测定COD可反映出TOC的大小，即可 反映AOC的大小。

由表1可以看出:在投加挂膜填料后随着微生物利用了大量可同化有机碳后COD逐渐降 低，随着进一步的生物作用，水中的污垢、菌藻不断被分解，水质越来越好，各项数值又呈 下降趋势，循环水水质明显好转，COD、氨氮、总电导率等指标大大降低，浓缩倍率上升，排 水量、补水量下降，几乎无结垢现象。上述循环水中的COD随着时间逐渐降低，对于同一系 统而言，说明TOC也是逐渐降低的，同样说明，生物可同化有机碳(英文缩写AOC)，也在菌 剂的作用下逐步被降解了。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的操作步骤及特性等常识在此未作过多描 述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明工艺方法的前提下，还可以作 出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果 和专利的创造性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实 施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。