一種高效處理汙水淤泥的微生物菌群的製備方法
2023-06-29 04:29:01
專利名稱：一種高效處理汙水淤泥的微生物菌群的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種高效處理汙水淤泥的微生物菌群製備方法，即一種用於處理城市生活汙水以及河灣、湖泊、池塘、沼澤等在水流不流動或水流非常緩慢的封閉或半封閉水域中汙水淤泥的方法。
(二)、技術背景水環境是地球生態環境中最重要的組成部分，隨著經濟的發展和社會的進步，水汙染也是其中一個不可忽視的問題。我國的城市由於工商業集中、人口密集，生活汙水的產生量大，汙染物的種類多且負荷高。城市汙水的80％為生活汙水且以糞便、腐爛物等汙水為主，水環境的汙染屬於典型的有機汙染類型。這些含量極高的有機汙染物，在有害微生物的控制下，對其進行氧化腐敗分解，並產生大量的NH3、H2S、沼氣等有害氣體，使水體變質、發黑，產生濃鬱惡臭味，造成生態環境惡化，影響城市居民正常生產生活，對社會和經濟的發展都帶來一系列的問題。水汙染對環境造成嚴重的危害，因此城市生活汙水的淨化處理是環境保護的一個重要內容，也是提高城市居民生活質量的一個重要方面。此外，隨著世界氮肥和磷肥施用量的迅猛增加，大量的氮、磷營養元素在湖泊、水庫、池塘、沼澤等封閉或半封閉水體和一些河流水體內「富集」，在過剩的營養條件下，造成水質惡化，水生物大量死亡，河床淤泥迅速增加的惡果，使水資源逐漸枯竭。水體富營養化問題已成了解決水汙染問題和環境保護問題的關鍵。
為了解決這一問題，目前許多城市都建設了各種汙水處理廠，但所見的生活汙水處理大多採用化學方法或物理方法，這些方法不僅工作量大，花費成本高，處理十分困難，還存在使水體受到第二次汙染的問題。、世界各國的水資源專家都在尋求解決這一問題的最佳方法。經長期的工作實踐和科學試驗發現，自然界存在著大量的微生物菌株資源，其中良性循環的微生物生態系統中由各種菌群組成的「菌團」承擔著物質循環與淨化環境的主要責任。在汙水處理方面，微生物對汙染物的降解和轉化潛力巨大，主要有以下一些優點1.微生物個體微小，代謝速率快。
2.微生物種類繁多，分布廣泛，代謝類型多樣。
3.微生物能合成各種既具有專一性又具有誘導性的降解酶，可通過其靈活的代謝調控機制將環境中的汙染物進行降解轉化。
4.微生物繁殖快，易變異，適應性強。
5.共代謝作用對於難降解汙染物的徹底分解起著重要作用。
自八十年代以來，發達國家利用微生物如細菌、藻類來治理汙水的商業實例很多例如美國用芽孢桿菌培養物的胞外酶與真菌纖維酶結合處理含纖維，碳水化合物和蛋白質；德國在微生物載體存在下，將廢水和活性汙泥混合，使汙水被微生物氧化，從而達到淨化汙水的目的。但以上方法普遍存在微生物培養條件苛刻，效果不明顯，應用不夠廣泛等問題，以及設備投資大，成本高等不足之處，不能廣泛應用於大面積的汙水淤泥的處理工程。研究認為導致效果不佳的最主要原因是將有分解能力的工程菌加入需處理的汙水淤泥後，其水環境中氮、磷等高濃度的有機物、脂類、重金屬等物質造成部分微生物的功能喪失及死亡；水環境中存在的一些與有益菌相互克制的微生物，普通工程菌的適應能力及協同作用不強，在與環境相磨合的過程中損耗過大，使其不能高效、優質地發揮，從而無法徹底處理汙水中的有害物質，造成治理失敗。
(三)、發明的內容本發明的目的是提供一種能高效、簡便地處理汙水淤泥，在任何汙水環境中適應性極強，對當地環境中的有益分解菌類具有引導和協同作用的微生物菌群的製備方法。
經長期的工作實踐和科學試驗發現，自然界存在著大量的微生物菌株資源，其中良性循環的微生物生態系統中由各種菌群組成的「菌團」承擔著物質循環與淨化環境的主要責任。研究報導許多汙染嚴重的區域存在著一些比正常環境中淨化能力更強的微生物，這種淨化能力是任何化學和物理方法都無法相比的，這主要是微生物為了適應環境而在長期的進化過程中逐漸形成的。工程菌種的選擇是微生物治理汙水成功的根本，而能否較快適應所需處理的環境並發揮作用是治理成功的關鍵。本發明的高效、高適應性微生物菌群處理汙水淤泥的機理在於微生物生長和代謝機制。任何微生物進入一個新環境都有一個逐漸適應的過程，在細胞數和細胞重量不變的前提下，重新調整其小分子和大分子的組成以及酶和細胞結構成份，此時細胞數和細胞重量不變，該階段微生物對外界理化因子的抵抗力減弱，如果外界環境不利於該微生物生長，其生長繁殖將受到限制，從而影響效力的發揮。本發明從微生物生長和代謝機制出發，經過多年研究，找到了一種高效、高適應性處理各種汙水淤泥，特別是富營養環境中汙水淤泥的微生物菌群製備方法。
本發明是這樣實現的即一種高效處理汙水淤泥的微生物菌群的製備方法可分為以下四個步驟1.工程原始菌種採集和培養從不同類型汙水排放口滯水及淤泥中採集原始菌種，例如處理生活汙水，則從各城市的下水道排放口等滯水及淤泥中取樣為佳，在26-33℃，PH＝6.5-7.5液態條件下培養5-10天，為了加速微生物的繁殖量，可在培養基中加入適量的肥料，例如碳源、氮源、生長促進因子等，再通過生化及鏡檢分離，優化富集培養，得到原始工程菌，密封后可在常溫下保存1-5個月，或可放至2-4℃的冷藏室保存或液氮保存。
2.菌種的富集混和培養，按重量百分比，將磷酸氫鈣0.01-0.02、磷酸二氫鉀0.02-0.05、磷酸氫二鉀0.01-0.02、蛋白腖0.1-0.2、酵母膏0.2-0.5、碳酸鈣0.01-0.02、硫化鈉0.005-0.01、硫酸銨0.005-0.01和水96.5-98.0充分混合溶解，製得培養基，然後按10％在培養基中加入原始工程菌，在PH值保持6-7.5，溫度保持25-33℃的條件下培養7天。
3.工程菌的馴化培養，將需要處理的汙水淤泥按1％-90％的不同負荷投加到培養基中，按照一定的運轉參數進行，視馴化菌生長量及活力的不同情況，對馴化條件進行調整，培養10-20天，得到馴化菌群。
4.馴化菌群的擴大培養，按照馴化培養條件進行大規模增菌培養，使菌劑每毫升活菌數大於10億。
根據本發明製備的微生物菌群包括厭氧菌、需氧菌、兼性菌及其混合物，優選為芽孢桿菌、假單胞菌、光合細菌、硝化細菌、酵母菌及其混合物。個別單一的微生物菌種無法提供完整的汙水處理，因此優選使用二種或多種以天然微生物為主的混合物，首選條件是不含對人體有害的微生物，且菌群中的混合菌種能保持微生物彼此間的生態平衡。
本發明將工程菌的適應階段通過人工馴化，誘導工程菌本土化，使微生物儘快適應生態環境，與本土菌群共同發揮作用，使其進入指數生長期(細胞數以幾何級數增長)，使高效工程菌和本土菌群的自淨和處理能力同時得到最大限度的發揮。這些微生物依靠相互間協同作用，形成一個組成複雜、結構穩定、功能廣泛的微生物群落。當增殖馴化後的菌群投放到汙水或淤泥中後，就無需再經歷一個較長的適應與磨合階段，迅速同需處理環境及其中原本具備分解能力的菌群融為一體，通過不斷增殖，分解、消耗環境中大量的有機物，起到治汙的作用。
本發明中，微生物加入量可以根據需要而改變，這取決於如微生物種類、生活汙水量、所希望的處理速度等。微生物的量為每毫升廢水含有1萬到幾百萬達到最佳處理效果，要求並不是很嚴格，視水體具體情況而確定用量。若需快速處理汙水，則可加入較多的微生物或在微生物中加入促使其生長的營養物質使其分解能力加強。
具體實施方式
以下是用實施例對本發明進行進一步說明。
實施例一採集工程菌種本發明的工程菌是從不同的汙水或淤泥中採集得到的，最好能在需處理環境中採集。淤泥的採集是從淤泥中收集50-100克樣品，置於無菌器皿中；水樣的採集採用廣口無菌瓶中靜水層收集水樣，所有樣品都應在24小時內檢測，或4℃密封保存。
實施例二，工程原始菌種培養根據微生物生長的基本原則，微生物培養基的氮源含量為1-10％，碳源為2-20％，無機離子0.05-1％，有機物2-10％，生長促進因子如維生素、微量元素為0.01-0.5％、餘量為蒸餾水。
實施例三光合細菌分離和富集培養方法(1)光合細菌培養基配方為(重量百分比)氯化銨0.05-0.2、醋酸鈉0.1-0.2、氯化鎂0.01-0.02、氯化鈣0.01-0.02、磷酸二氫鈣0.02-0.05、磷酸氫二鉀0.02-0.05、酵母膏0.02-0.05、蒸餾水99.0-99.5。(2)分離富集方法為把培養基的PH值調至為7.0，再用115℃高溫滅菌20分鐘，待冷卻後，加入3-5％待分離的汙水或淤泥，在溫度25-30℃，厭氧光照下培養5-7天，培養液由無色變為紅色，然後再轉接培養3次，獲得深紅色的液體為光合細菌菌液。
在上述實施例中，光合細菌培養基較佳配方為(重量百分比)氯化銨0.1、醋酸鈉0.2、氯化鎂0.02、氯化鈣0.02、磷酸二氫鈣0.05、磷酸氫二鉀0.05、酵母膏0.05、蒸餾水99.5。
實施例四，硝化菌的分離富集方法(1)培養基配方(重量百分比)葡萄糖0.5-1、硫酸鎂0.01-0.02、磷酸二氫鉀0.01-0.02、碳酸鈣0.2-0.5、蒸餾水98.5-99.5。(2)分離富集方法為把培養基的PH調至7.0-7.2，再用115℃高溫滅菌20分鐘，待冷卻後，加入3-5％待分離的底泥或汙水，在溫度25-30℃，放置於通風黑暗處培養3-4天，培養液由無色變為黃色，然後再轉接培養2次，獲得黃色硝化菌菌液。
實施例五，需氧菌的分離富集方法(1)培養基配方(重量百分比)牛肉膏0.3、蛋白腖0.5、氯化鈉0.5、蒸餾水98.7。(2)分離富集方法為把培養基的PH調至7.0-7.5，再用115℃高溫滅菌20分鐘，待冷卻後，加入3-5％待分離的底泥或汙水，在溫度25-30℃，放置於通風黑暗處培養3-4天，培養液由無色變為淡黃色，然後再轉接培養2次，獲得淺黃色需氧菌菌液。
實施例六，解磷菌的分離富集方法(1)培養基配方(重量百分比)磷礦粉0.02-0.05、磷酸二氫鉀0.01-0.02、磷酸氫二鉀0.01-0.02、蛋白腖0.3-0.5、氯化鈉0.3-0.5、有機磷0.1-0.2、蒸餾水98.7-99.4。(2)分離富集方法為把培養基的PH調至7.0-7.5，再用115℃高溫滅菌20分鐘，待冷卻後，加入3-5％待分離的底泥或汙水，在溫度25-30℃，放置於通風黑暗處培養3-4天，培養液由無色變為淡黃色，然後再轉接培養2次，獲得淺黃色需氧菌菌液。
實施例七，工程菌的富集混合培養(1)培養基配方(重量百分比)磷酸氫鈣0.01-0.02、磷酸二氫鉀0.02-0.05、磷酸氫二鉀0.01-0.02、蛋白腖0.1-0.2、酵母膏0.2-0.5、碳酸鈣0.01-0.02、硫化鈉0.005-0.01、硫酸銨0.005-0.01和水96.5-99.3。(2)培養方法把培養基的PH調至7.0-7.5，再用115℃高溫滅菌20分鐘，待冷卻後加入原始工程菌，在溫度25-33℃，下培養5-7天，獲得工程菌菌群。
實施例八，馴化培養用逐漸增加培養液中汙水或淤泥濃度的方法進行馴化。取一系列樣瓶，按不同的淤泥負荷投加工程菌菌群，平行地進行不同負荷、不同有機物質濃度的試驗，根據微生物生長情況確定馴化的最佳參數，重複3次得馴化菌群。
實施例九，工程菌的馴化擴大培養根據馴化培養參數，如培養基的碳、氮比，最佳PH值，需氧量，溫度等參數，確定培養基成份，加入馴化菌群後，在溫度25-30℃下培養5-7天，獲得馴化菌劑，菌劑每毫升活菌數大於10億。
實施例十，取上海市郊某發臭水塘的汙泥20公斤，處理前汙泥的PH為7.98，COD為172.3，總氮為273.2mg/l，總磷為2.15。加入工程菌群，常溫常壓馴化10-15天，馴化後微生物菌群每毫升含菌2.6×109，其中芽孢桿菌佔10％、假單胞菌15％、光合細菌30％、硝化細菌25％、酵母菌10％，乳酸菌5％，放線菌5％。處理後汙泥的PH為7.36，COD為102.3，總氮為174.2 mg/l，總磷為1.04。
實施例十一，取重慶市某單位人工湖的汙水20升，處理前汙水的PH為7.84，COD為162.3，總氮為193.2mg/l，總磷為4.98。加入工程菌群，馴化培養10天，馴化後微生物菌群每毫升包含菌2.1×109，其中芽孢桿菌20％、假單胞菌30％、光合細菌25％、硝化細菌10％、酵母菌5％，乳酸菌10％。處理後汙水的PH為7.24，COD為98.3，總氮為93.2mg/l，總磷為2.11。
實施例十二，取重慶市較某魚塘用水20升，處理前水的PH為7.63，COD為197.3，總氮為236.2mg/l。加入工程菌群，馴化培養10天，馴化後微生物菌群每毫升包含菌1.5×109，其中芽孢桿菌25％、假單胞菌30％、光合細菌40％、酵母菌5％。處理後汙水的PH為7.31，COD為99.7，總氮為107.2mg/l。
實施例十三，取重慶市較某食品加工廠排放汙水20升，處理前水的PH為6.54，COD為234.3，含油量750mg/l。加入工程菌群，馴化培養10天，馴化後微生物菌群每毫升包含菌2.4×109，其中芽孢桿菌35％、假單胞菌40％、光合細菌15％、酵母菌10％。處理後汙水的PH為7.04，COD為78.7，含油量為12.3mg/l。
本發明的效果可以通過對汙水處理的對比實驗進一步說明汙水處理對比實施例1重慶市某汙水排放口，取樣10升進行水質治理試驗，方法一為工程菌直接投放，方法二為馴化後投放，處理時間為7天，結果如下PH COD氨 氮 總 氮 溶解氧 總 磷 懸浮物(mg/l)(mg/l)(mg/l) (mg/l) (SS)處理前 7.8296.24 77.10 149.7 1.742.72 60方法一 7.3645.73 70.32 127.3 2.862.54 54方法二 7.148.14 55.71 101.7 4.532.07 39汙水處理對比實施例2重慶某區汙水排放口，取底泥5公斤進行治理試驗，方法同上，結果如下。
汙水處理對比實施例3瀋陽市城郊某汙水排放口，2000年6月取樣10升進行水質治理試驗，方法為馴化後投放，處理時間為7天，結果如下PH COD 懸浮物 總磷 總氮(SS)(mg/l) (mg/l)處理前7.93124.6575 4.12 167.8處理後7.2331.65 37 2.48 98.7汙水處理對比實施例4重慶某區汙水排放口，取淤泥5公斤進行治理試驗，方法同上，結果如下PH COD 氨氮 總氮 總磷(mg/l) (mg/l) (mg/l)處理前7.97126.24 97.10189.7 3.85方法一7.5572.6175.31149.32 3.08方法二7.0428.1458.71107.4 2.23汙水處理對比實施例5廣州市某郊區汙水排放口，取淤泥5公斤進行治理試驗，方法同上，結果如下
PH COD 氨氮 總氮 總磷(mg/l) (mg/l) (mg/l)處理前8.17 166.42 127.08213.813.75方法一7.65 92.46 85.17 176.232.98方法二7.17 58.11 64.36 127.312.17本方法用於處理汙水的總的效果總結如下
汙水處理後可作為農業灌溉或工業冷卻水。
權利要求
1.一種高效處理汙水淤泥的微生物菌群的製備方法可分為以下四個步驟(1).工程原始菌種採集和培養從不同類型汙水排放口滯水及淤泥中採集原始菌種，在26-33℃，PH＝6.5-7.5液態條件下培養5-10天，再通過生化及鏡檢分離，優化富集培養，得到原始工程菌，密封后可在常溫下保存1-5個月，或可放至2-4℃的冷藏室保存或液氮保存。(2).菌種的富集混和培養按重量百分比，將磷酸氫鈣0.01-0.02、磷酸二氫鉀0.02-0.05、磷酸氫二鉀0.01-0.02、蛋白腖0.1-0.2、酵母膏0.2-0.5、碳酸鈣0.01-0.02、硫化鈉0.005-0.01、硫酸銨0.005-0.01和水96.5-98.0充分混合溶解，製得培養基，然後按10％在培養基中加入原始工程菌，在PH值保持6-7.5，溫度保持25-33℃的條件下培養7天。(3).工程菌的馴化培養，將需要處理的汙水淤泥按1％-90％的不同負荷投加到培養基中，培養10-20天，得到馴化菌群。(4).馴化菌群的擴大培養，按照馴化培養條件進行大規模增菌培養，使菌劑每毫升活菌數大於10億。
2.根據權利要求1所述的高效處理汙水淤泥的微生物菌群的製備方法，其特徵是微生物菌群包括厭氧菌、需氧菌、兼性菌及其混合物；優選為芽孢桿菌、假單胞菌、光合細菌、硝化細菌、酵母菌及其混合物；優選使用二種以上以天然微生物為主的混合物。
3.根據權利要求1所述的高效處理汙水淤泥的微生物菌群的製備方法，其特徵是在步驟(1)中為了加速微生物的繁殖量，可在含碳源、氮源、生長促進因子的培養基進行培養，微生物培養基的氮源含量為1-10％，碳源為2-20％，無機離子0.05-1％，有機物2-10％，生長促進因子如維生素、微量元素為0.01-0.5％、餘量為蒸餾水。
全文摘要
本發明涉及一種用於高效處理城市生活汙水以及河灣、湖泊、池塘、沼澤封閉或半封閉水域中汙水淤泥的微生物菌群的製備方法。方法包括的步驟是:工程原始菌種採集和培養、菌種的富集混和培養、工程菌的馴化培養、馴化菌群的擴大培養。本發明從微生物生長和代謝機制出發,找到了一種能高效、高適應性處理各種汙水淤泥,特別是富營養環境中汙水淤泥的微生物菌群製備方法。
文檔編號C02F3/34GK1348987SQ0112914
公開日2002年5月15日 申請日期2001年12月2日 優先權日2001年12月2日
發明者陳君, 雁傑 申請人:重慶和潤實業(集團)有限公司