一种适用于污水处理的复合微生物菌原液以及活性液培养方法

摘要

本发明公开了一种适用于污水处理的复合微生物菌原液以及活性液培养方法，涉及污水处理及微生物技术领域，所述复合微生物菌原液包括枯草芽孢杆菌、红球菌、交替假单胞菌、脱氮硫杆菌、双岐菌、酵母菌、固体颗粒状载体。本发明在复合微生物菌原液中加入载体，使得微生物附着在载体上进行增殖，成团生长，保证了复合微生物菌原液对水体处理的效果，解决了微生物在水体中分散不均匀导致的氨氮去除率过低的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理及微生物技术领域，具体涉及一种适用于污水处理的复合微生物菌原液以及活性液培养方法。

背景技术

随着现代工业的发展，水污染日益严重。目前，污水处理常用方法包括传统的物理法、化学法和新型的生物法，物理法最为环保节能，但必然存在净化能力弱的问题，化学法也存在费用高、要求高等缺陷，生物法近年来受到人们的青睐，然而，由于传统的污水处理微生物菌剂多为液体状态，使用后菌剂及其添加剂均无法回收，这在生物法自身高成本的基础上，又再次增加了成本，另外，由于菌液投放在待处理废水或污泥环境中，直接分散开来，虽然使得菌与待处理物质溶液或悬浮液直接接触，但是也造成了菌的生长环境直接开放为污水环境，造成菌群生长环境极其不稳定，对菌群的生长、存活和及其对污水的处理效果均产生严重的负面影响。传统的污水处理微生物菌液，在利用其进行污水处理之后，菌本身对水体形成二次污染，后续处理中不易沉淀，增加了后续处理的难度和成本，同时若菌液中含有其他培养基组分，同样地，这部分组分也对水体形成二次污染，进一步增加了后续步骤的难度和成本。最后，由于菌体自身自重较大，投加到水体中会导致其在水中分布不均匀，一些情况下，菌液中绝大多数菌体会分布在水体的下部，这也是降低其氨氮去除率，削减污水处理效果的一大因素。

发明内容

为解决上述传统污水处理用的微生物菌液普遍存在的问题，本发明提供一种新的适用于污水处理的复合微生物菌原液以及活性液培养方法，方案如下：

首先，本发明提供一种适用于污水处理的复合微生物菌原液，所述复合微生物菌原液包括枯草芽孢杆菌、红球菌、交替假单胞菌、脱氮硫杆菌、双岐菌、酵母菌、固体颗粒状载体。

优选地，所述复合微生物菌原液还可以包括阿氏芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、解木聚糖类芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌。

优选地，所述固体颗粒状载体为分层结构，由内到外包括核芯、支撑层和轻质层，其中，核芯、支撑层和轻质层均包括多孔炭材料、生物碳源、淀粉胶粘剂、碳海绵。

优选地，所述复合微生物菌原液中，各菌原液组分按质量份数计为：枯草芽孢杆菌原液5-15份、红球菌原液1-3份、交替假单胞菌原液2-5份、脱氮硫杆菌原液14-26份、双岐菌原液10-14份、酵母菌原液3-9份；相应地，复合微生物菌原液中固体颗粒状载体的质量份数为19-33份。

优选地，所述复合微生物菌原液中，各菌原液组分按质量份数计为：枯草芽孢杆菌原液5-15份、红球菌原液1-3份、交替假单胞菌原液2-5份、脱氮硫杆菌原液14-26份、双岐菌原液10-14份、酵母菌原液3-9份、阿氏芽孢杆菌原液1-2份、环状芽孢杆菌原液1-3份、解木聚糖类芽孢杆菌原液2-4份、胶冻样类芽孢杆菌原液2-5份；相应地，复合微生物菌原液中固体颗粒状载体的质量份数为19-33份

优选地，所述复合微生物菌液中，各菌原液组分中分别含有枯草芽孢杆菌、红球菌、交替假单胞菌、脱氮硫杆菌、双岐菌、酵母菌的浓度分别为2.16-5.89×10

优选地，所述复合微生物菌液中，各菌原液组分中分别含有阿氏芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、解木聚糖类芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌的浓度分别为1.15-3.59×10

优选地，所述固体颗粒状载体的制备方法为：

(1)将多孔炭材料、生物碳源、淀粉胶粘剂、碳海绵混合均匀，加无菌水混匀后静置、造粒、干燥；

(2)步骤(1)所得颗粒进行程序冷/热处理，得到固态颗粒状载体。

优选地，步骤(1)所述多孔碳材料为竹炭粉。

优选地，步骤(1)所述生物碳源包括麸皮；更优选地，所述生物碳源还包括秸秆、麦壳、稻壳、玉米芯中的一种或二种以上；生物碳源为粉末状，粒径为150-200目。

优选地，步骤(1)所述淀粉胶粘剂包括复合型淀粉粘合剂或改性淀粉粘合剂等，主要成分为淀粉或改性淀粉，可从市场购买或通过现有公开的方法自行制备。

优选地，步骤(1)所述碳海绵为粉末状，粒径为0.2-0.5mm。

优选地，步骤(1)所述多孔炭材料、生物碳源、淀粉胶粘剂、碳海绵、无菌水的质量比为(5-8):(9-13):(2-3):(4-20):(60-100)；静置时间为1-4h；所述造粒，粒径为15-70mm，造粒温度为40-70℃；所述干燥为热风干燥，温度为80-100℃，时间为45-120min。

优选地，步骤(2)所述程序冷/热处理，具体为：降温至15-20℃，以300-400℃/min速度升温至T

优选地，上述程序冷/热处理过程中，T

优选地，本发明中所述冷、热处理、干燥等操作，采用的均为冷风、热风的方式进行降温或升温。

第二，本发明还提供上述适用于污水处理的复合微生物菌原液的活性液培养方法，包括以下步骤：

1)将复合微生物菌原液中包括的菌种分别进行活化；

2)活化后的各菌种分别进行扩大培养到所需浓度的菌原液；

3)按所需比例取各菌种菌原液，与预先制备的固体颗粒状载体混合均匀，静置后得到适用于污水处理的复合微生物菌原液的活性液。

所述所需浓度的菌原液，各菌种菌原液浓度为：枯草芽孢杆菌、红球菌、交替假单胞菌、脱氮硫杆菌、双岐菌、酵母菌的所需浓度分别为2.16-5.89×10

所述所需比例为：各菌原液组分按质量份数计为：枯草芽孢杆菌原液5-15份、红球菌原液1-3份、交替假单胞菌原液2-5份、脱氮硫杆菌原液14-26份、双岐菌原液10-14份、酵母菌原液3-9份；当含有阿氏芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、解木聚糖类芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌时，还包括阿氏芽孢杆菌原液1-2份、环状芽孢杆菌原液1-3份、解木聚糖类芽孢杆菌原液2-4份、胶冻样类芽孢杆菌原液2-5份；相应地，复合微生物菌原液中固体颗粒状载体的质量份数为19-33份。静置时间为0.5-2h。

有益效果

本发明的有益效果在于：

本发明在复合微生物菌原液中加入固体颗粒状载体，该载体结构稳定，能够在水体中悬浮，均匀分散在水体中，微生物附着在载体上进行增殖，成团生长。悬浮剂均匀分散保证了复合微生物菌原液对水体处理的效果，解决了微生物在水体中分散不均匀导致的氨氮去除率过低的问题，微生物附着在载体上增殖，最后生长成的团状物非常容易分离，可直接捞取或过滤，载体结构稳定，保证了分离的顺利进行，避免了大量活菌残留在水体中造成的后续处理困难问题，载体自身也不造成这一问题，另外，回收的载体上附着的菌体可通过超声清洗等操作去除，载体经过烘干、再次热处理等操作，可实现回收再利用，方案整体更加绿色环保。

所得固体颗粒状载体经上述步骤后，所得结构为多层结构，但分层不明确，从内到外分为核芯、支撑层和轻质层，其中，核芯的组分与制备原料配方一致，且各组分成分未遭到破坏，适宜微生物进入核芯后牢固附着，快速生长，支撑层为经热处理后，结构非常牢固的一层，作用为支撑载体整体结构稳定，在入水使用后不会解体，容易分离回收，既有利于资源回收利用，绿色环保，又简化了水体后续净化处理的操作。轻质层中的生物碳源和淀粉胶粘剂部分碳化或气化，随着最后的鼓风操作排出，最终得到的轻质层时碳海绵含量较高，孔隙占比较多的表层结构，且程序热处理也使得轻质层的结构更加稳定，入水使用不易崩解。且本发明制备多层结构载体采用一步成型，采用一种原料配方及比例配制原料后制备载体颗粒，极大程度地简化了须要分层结构的颗粒状固体材料的制备步骤，然而通常如果不配合本发明的其他技术特征，这样的做法会导致颗粒状材料在水中使用过程中结构不稳定，但本发明通过其他技术特征的加入克服了这一问题，使得本发明提供的载体能够在制备方法简化的基础上，也能解决结构上存在的问题。

本发明采用更加简单易得且廉价环保的原材料，避免使用大量化学药品，采用的生物碳元及其他材料在使用过程中无法扩散到水体环境中，且使用后材料仍呈固体颗粒状，能够回收，处理后可有多种用途，既避免了污水处理材料自身对水体造成的二次污染，又节约了资源。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

除非特别指出，以下实施例和对比例为平行试验，采用同样的处理步骤和参数。以下实施例中涉及的菌种对应的保藏编号为：交替假单胞菌保藏编号CGMCC No.14429，枯草芽孢杆菌CCTCC NO.M2012078，双岐菌保藏编号CICC 6168，酵母菌保藏编号CCTCC NO:M2014349，红球菌保藏编号ATCC15906；脱氮硫杆菌保藏编号ATCC25259，阿氏芽孢杆菌CGMCC No.11664，环状芽孢杆菌CGMCC NO.8910，解木聚糖类芽孢杆菌，购自商城北纳创联生物科技有限公司，资源编号BNCC204099，胶冻样类芽孢杆菌CGMCC No.7240。

制备例制备固体颗粒状载体：

(1)将多孔炭材料、生物碳源、淀粉胶粘剂、碳海绵混合均匀，加无菌水混匀后静置、造粒、干燥；

(2)步骤(1)所得颗粒取出，程序冷/热处理，得到固态颗粒状载体。

步骤(1)所述多孔碳材料为竹炭粉。步骤(1)所述生物碳源为麸皮；生物碳源为粉末状，粒径为150-200目。步骤(1)所述淀粉胶粘剂包括复合型淀粉粘合剂或改性淀粉粘合剂等，主要成分为淀粉或改性淀粉，从市场购买。步骤(1)所述碳海绵为粉末状，粒径为0.2-0.5mm。步骤(1)所述多孔炭材料、生物碳源、淀粉胶粘剂、碳海绵、无菌水的质量比为5:9:2:4:60；静置时间为2h；所述造粒，粒径为20mm，造粒温度为40℃；所述干燥为热风干燥，温度为80℃，时间为45min。

步骤(2)所述程序冷/热处理，具体为：降温至15℃，以300-400℃/min速度升温至T

本发明中所述冷、热处理、干燥等操作，采用的均为冷风、热风的方式进行降温或升温。

实施例1制备适用于污水处理的复合微生物菌原液(活性培养)：

1)将枯草芽孢杆菌、红球菌、交替假单胞菌、脱氮硫杆菌、双岐菌、酵母菌分别进行活化；

2)活化后的各菌种分别进行扩大培养到所需浓度的菌原液；

3)按所需比例取各菌种菌原液，与预先制备的固体颗粒状载体混合均匀，静置后得到适用于污水处理的复合微生物菌原液的活性液。

所述所需浓度的菌原液，各菌种菌原液浓度为：枯草芽孢杆菌、红球菌、交替假单胞菌、脱氮硫杆菌、双岐菌、酵母菌的所需浓度分别为2.16-5.89×10

所述所需比例为：各菌原液组分按质量份数计为：枯草芽孢杆菌原液5份、红球菌原液1份、交替假单胞菌原液2份、脱氮硫杆菌原液14份、双岐菌原液10份、酵母菌原液3份；相应地，复合微生物菌原液中固体颗粒状载体的质量份数为19份。静置时间为0.5h。

实施例2制备适用于污水处理的复合微生物菌原液(活性培养)：

1)将枯草芽孢杆菌、红球菌、交替假单胞菌、脱氮硫杆菌、双岐菌、酵母菌分别进行活化；

2)活化后的各菌种分别进行扩大培养到所需浓度的菌原液；

3)按所需比例取各菌种菌原液，与预先制备的固体颗粒状载体混合均匀，静置后得到适用于污水处理的复合微生物菌原液的活性液。

所述所需浓度的菌原液，各菌种菌原液浓度为：枯草芽孢杆菌、红球菌、交替假单胞菌、脱氮硫杆菌、双岐菌、酵母菌的所需浓度分别为2.16-5.89×10

所述所需比例为：各菌原液组分按质量份数计为：枯草芽孢杆菌原液15份、红球菌原液3份、交替假单胞菌原液5份、脱氮硫杆菌原液26份、双岐菌原液14份、酵母菌原液9份；相应地，复合微生物菌原液中固体颗粒状载体的质量份数为33份。静置时间为2h。

实施例3制备适用于污水处理的复合微生物菌原液(活性培养)：

1)将枯草芽孢杆菌、红球菌、交替假单胞菌、脱氮硫杆菌、双岐菌、酵母菌分别进行活化；

2)活化后的各菌种分别进行扩大培养到所需浓度的菌原液；

3)按所需比例取各菌种菌原液，与预先制备的固体颗粒状载体混合均匀，静置后得到适用于污水处理的复合微生物菌原液的活性液。

所述所需浓度的菌原液，各菌种菌原液浓度为：枯草芽孢杆菌、红球菌、交替假单胞菌、脱氮硫杆菌、双岐菌、酵母菌的所需浓度分别为2.16-5.89×10

所述所需比例为：各菌原液组分按质量份数计为：枯草芽孢杆菌原液10份、红球菌原液2份、交替假单胞菌原液4份、脱氮硫杆菌原液19份、双岐菌原液12份、酵母菌原液6份；相应地，复合微生物菌原液中固体颗粒状载体的质量份数为25份。静置时间为1h。

实施例4制备适用于污水处理的复合微生物菌原液(活性培养)：

1)将枯草芽孢杆菌、红球菌、交替假单胞菌、脱氮硫杆菌、双岐菌、酵母菌、阿氏芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、解木聚糖类芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌分别进行活化；

2)活化后的各菌种分别进行扩大培养到所需浓度的菌原液；

3)按所需比例取各菌种菌原液，与预先制备的固体颗粒状载体混合均匀，静置后得到适用于污水处理的复合微生物菌原液的活性液。

所述所需浓度的菌原液，各菌种菌原液浓度为：枯草芽孢杆菌、红球菌、交替假单胞菌、脱氮硫杆菌、双岐菌、酵母菌的所需浓度分别为2.16-5.89×10

所述所需比例为：各菌原液组分按质量份数计为：枯草芽孢杆菌原液10份、红球菌原液2份、交替假单胞菌原液4份、脱氮硫杆菌原液19份、双岐菌原液12份、酵母菌原液6份、阿氏芽孢杆菌原液1份、环状芽孢杆菌原液2份、解木聚糖类芽孢杆菌原液3份、胶冻样类芽孢杆菌原液3份；相应地，复合微生物菌原液中固体颗粒状载体的质量份数为25份。静置时间为1h。

对比例1制备一种复合微生物菌原液(活性培养)：

1)将枯草芽孢杆菌、红球菌、交替假单胞菌、脱氮硫杆菌、双岐菌、酵母菌分别进行活化；

2)活化后的各菌种分别进行扩大培养到所需浓度的菌原液；

3)按所需比例取各菌种菌原液，与预先制备的固体添加物混合均匀，静置后得到适用于污水处理的复合微生物菌原液的活性液。

所述所需浓度的菌原液，各菌种菌原液浓度为：枯草芽孢杆菌、红球菌、交替假单胞菌、脱氮硫杆菌、双岐菌、酵母菌的所需浓度分别为2.16-5.89×10

所述所需比例为：各菌原液组分按质量份数计为：枯草芽孢杆菌原液10份、红球菌原液2份、交替假单胞菌原液4份、脱氮硫杆菌原液19份、双岐菌原液12份、酵母菌原液6份；相应地，复合微生物菌原液中固体添加物的质量份数为25份，固体添加物中按质量份数计包括玉米淀粉22份，焦炭渣粉16份，活性炭11份，海藻酸钠32份。静置时间为1h。

对比例2制备一种复合微生物菌原液(活性培养)：

1)将枯草芽孢杆菌、红球菌、交替假单胞菌、脱氮硫杆菌、双岐菌、酵母菌分别进行活化；

2)活化后的各菌种分别进行扩大培养到所需浓度的菌原液；

3)按所需比例取各菌种菌原液，混合均匀，静置后得到适用于污水处理的复合微生物菌原液的活性液。

所述所需浓度的菌原液，各菌种菌原液浓度为：枯草芽孢杆菌、红球菌、交替假单胞菌、脱氮硫杆菌、双岐菌、酵母菌的所需浓度分别为2.16-5.89×10

所述所需比例为：各菌原液组分按质量份数计为：枯草芽孢杆菌原液10份、红球菌原液2份、交替假单胞菌原液4份、脱氮硫杆菌原液19份、双岐菌原液12份、酵母菌原液6份；静置时间为1h。

实施例4效果验证：

采用以上实施例及对比例制备得到的微生物菌原液进行污水处理：污水样品中NH

空白组1在30min氨氮去除率为1.2％，之后氨氮浓度无明显变化；空白组2氨氮浓度无变化。

实施例1、2、3、4在相同取样时间点的氨氮去除率相近，说明采用本发明提供的方案，简单微生物配方可以比拟复杂配方的氨氮去除率，仅根据污水中特定污染物的含量，按需调整微生物配方个即可，仅以实施例3举例，其在前四个不同取样时间点的氨氮去除率分别为53.6％、95.9％、99.6％、99.8％，之后无变化，整体上，在第二个取样时间点，污水悬浮物去除率达到89.1％，BOD去除率为88％，COD去除率为91.3％；至最后一个取样时间点，污水悬浮物去除率达到99.9％，BOD去除率为99％，COD去除率为99.7％。可见，本发明提供的微生物菌原液去除水中低浓度氨氮及其他污染物效果显著，且显效快。结束实验后对污水进行过滤，所得液体澄清，无异味，所得固体经超声清洗干燥后，破碎率仅为1.7％，可见，本发明提供的菌原液对后续水处理步骤的简化贡献巨大，且实现了固体材料的回收利用。

对比例1在前四个不同取样时间点的氨氮去除率分别为33.5％、67.3％、72.1％、73.1％，之后氨氮浓度无明显变化；至最后一个取样时间点，污水悬浮物去除率为17.9％，BOD去除率为56％，COD去除率为69.1％。结束实验后对污水进行过滤，所得液体浑浊，有异味，所得固体为混合泥状，无法分离菌体与固体添加物，无法再利用。

对比例2在前四个不同取样时间点的氨氮去除率分别为22.6％、40.1％、49.4％、49.7％，之后氨氮浓度无明显变化；至最后一个取样时间点，污水悬浮物去除率为39.7％，BOD去除率为45％，COD去除率为26.8％。结束实验后对污水进行过滤，所得液体浑浊，异味严重。

可见，对比例菌液对污水处理的效果均不理想，尤其是对比例2，这可能是由于其菌体在水中分布不均匀导致的。

以上对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。