用於高濃度難降解有機汙水處理的耐鹽降解菌及其應用的製作方法
2023-05-22 06:59:26 3
專利名稱：用於高濃度難降解有機汙水處理的耐鹽降解菌及其應用的製作方法
技術領域：
本發明是關於用於汙水處理的降解菌及其應用，特別是關於用於高濃度難降解 有機汙水處理的耐鹽降解菌、該耐鹽降解菌在處理高濃度難降解有機汙水中的應用以及 利用該耐 鹽降解菌處理高濃度難降解有機汙水的方法，屬於汙水處理技術領域。
背景技術：
工業廢水中很大一部分是難降解的高濃度有機廢水。所謂「高濃度」是指廢水 的有機物濃度(以COD計)在2000mg/L以上，有的甚至高達每升幾萬至十幾萬毫克； 所謂「難降解」是指廢水的可生化性較低(BOD5/COD值一般均在0.3以下甚至更低)， 難以生物降解。因此，業內普遍將COD濃度大於2000mg/L、BOD5/COD值低於0.3的 有機廢水統一稱為「高濃度難降解有機廢水(汙水)」。化工有機廢水水質成分較複雜，主要有石油類、揮發酚、硫化物、懸浮物、 氰、芳香族胺、氮雜環和多環芳烴化合物等，屬於高濃度難降解有機廢水。化工廢水中 的汙染物按化學成分可分為有機物(酚類、有機磷等，主要來自基本有機原料、合成 材料、農藥、染料等行業)、無機物(各種金屬和非金屬，如汞、鉛、砷、鉻、酸鹼鹽、 氰化物和硫化物等，主要來自無機鹽、氮肥、磷肥、硫硝酸及純鹼等行業)以及有機物 和無機物的混合物(主要來自氛鹼、感光材料和塗料等行業)。這些難降解的汙染物具有 四個基本特性①長期殘留性一旦排放到環境中，難於被分解，可以在水體、土壤和 底泥等環境介質中存留數年或更長的時間；②生物蓄積性一般具有低水溶性、高脂溶 性的特徵，能夠在多數生物脂肪組織中蓄積；③半揮發性可以在大氣環境中遠距離進 行遷移；④高毒性對人和動物一般具有毒性作用，可以導致生物體內分泌紊亂、生殖 及免疫機能失調，有的甚至引起癌症等嚴重疾病。目前，國內外對高濃度化工廢水的處理方法主要有物理法、化學法和生物法 等。傳統的處理高濃度難降解有機汙水的方法主要採用物理-化學工藝，相關廢水處理 工藝流程多為「隔油_混凝-過濾」的「三段法」和「混凝_過濾」的「二段法」， 這些技術對廢水中的懸浮態、部分乳化態和部分溶解大分子化合物有較好的去除效果， 但對於大多數溶解性有機汙染物如各類酚類及其衍生物等的去除效果較差。這部分汙染 物帶來的COD、BOD5及其他汙染物指標如氨氮、硫化物、揮發酚等是引起外排水超標 的主要原因，外排水的達標率僅為50%左右。採用物理-化學工藝處理高濃度難降解有 機汙水，通常還需要以生物方法進行二級處理工藝以確保化工廢水排放達標。生物法是目前應用最廣泛的一種有機廢水處理方法，主要包括活性汙泥、生物 膜法、好氧-厭氧法等。它主要是利用微生物的新陳代謝，通過微生物的凝聚、吸附、 氧化分解等作用來降解汙水中的有機物，具有應用範圍廣、處理量大、成本低等優點。 所述的降解汙水中有機物的微生物通常為各種降解菌，目前關於降解汙水中有機物的降 解菌的研究報導很多，所述降解菌的種類也很多，但真正能夠在高礦化度、高鹽度條件 下處理高濃度難降解化工有機汙水的降解菌很少。例如，呂榮湖、付強等人在「高濃度酚降解菌的選育及其降酚性能」(環境科學，第26卷第5期，2005年9月)中揭露了所篩選到的能降解高酚濃度的優勢降酚菌，然而，該文獻中並沒有提及所述降酚菌是否能 處理高礦化度、高鹽度汙水，事實上，這些菌的耐鹽度並不高，其實際所能處理的汙水 的礦化度最高僅約為5000 6000mg/L。
發明內容
本發明的一個目的在於提供能夠在高礦化度、高鹽度條件下處理化工有機汙水 的降解菌。本發明的另一目的是提供一種含有本發明的食酸菌的製劑，以方便保存與應用。本發明的另一目的是提供所述的降解菌或菌製劑在處理高濃度難降解有機汙水 中的應用。本發明的另一目的是提供利用所述的降解菌或菌製劑處理高濃度難降解有機汙 水的方法。本發明從石化廠的高濃度化工汙水水樣中篩選出了 3株菌株，分別命名為 JF-2、JF-3、JF-6。所述JF-2菌株已於2010年04月02日保藏於中國微生物菌種保藏 管理委員會普通微生物中心(地址北京市朝陽區北辰西路1號院3號，中國科學院微生 物研究所)，保藏編號CGMCC No.3706 ；所述JF_3菌株已於2010年04月02日保藏於 中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(地址北京市朝陽區北辰西路1號院3 號，中國科學院微生物研究所)，保藏編號CGMCC No.3707 ；所述JF_6菌株已於2010 年04月02日保藏於中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(地址北京市朝陽 區北辰西路1號院3號，中國科學院微生物研究所)，保藏編號CGMCC No.3708。本發明所篩選出的菌株JF-2，JF-3，JF-6，經鑑定均為食酸菌 (Acidovoraxsp.)，可用於處理高濃度難降解有機汙水，可以在COD 5000 6000mg/L的 環境中生存，且耐鹽度可達3.5%，能夠處理礦化度高達25000 35000mg/L的有機汙 水。本發明還提供了一種食酸菌製劑，該食酸菌製劑中含有本發明的保藏編號為 CGMCC No.3706、CGMCC No.3707 和 / 或 CGMCC No.3708 的食酸菌。該食酸菌製劑
可以是固態菌製劑，也可以是液態菌製劑，以方便保存與應用。本發明還提供了所述的食酸菌JF-2、JF-3、JF_6(或含有本發明的食酸菌的制 齊U)在處理高濃度難降解有機汙水中的應用。在利用本發明的食酸菌JF-2、JF-3、JF_6(或含有本發明的食酸菌的製劑)處理 高濃度難降解有機汙水時，優選控制所處理高濃度難降解有機汙水的pH值6.0 10.0 ； 所述處理溫度為20°C 40°C。在利用本發明的食酸菌JF-2、JF-3、JF_6(或含有本發明的食酸菌的製劑)處 理高濃度難降解有機汙水時，優選控制所述高濃度難降解有機汙水中酚類汙染物濃度 <1200mg/L例如可以是1000mg/L 1200mg/L ；所述酚類汙染物可以是包括苯酚、對甲 基苯甲醛、鄰苯二甲酸二丁酯和/或2，6-二叔丁基對甲酚。在利用本發明的食酸菌JF-2、JF-3、JF_6(或含有本發明的食酸菌的製劑)處理高濃度難降解有機汙水時，優選控制所述高濃度難降解有機汙水中的含鹽量<3.5%例如 可以是1.5% 3.5% ；礦化度《35000mg/L例如可以是10000mg/L 35000mg/L，或者 20000mg/L 35000mg/L，或者 25000mg/L 35000mg/L。在利用本發明的食酸菌JF-2、JF-3、JF_6(或含有本發明的食酸菌的製劑)處理 高濃度難降解有機汙水時，可以向所處理汙水中復配生物營養製劑，以滿足本發明的菌 種的生長需要。 本發明還提供了利用所述的食酸菌JF-2、JF-3、JF_6(或含有本發明的食酸菌 的製劑)處理高濃度難降解有機汙水的方法。本發明中，對應用所述食酸菌處理高濃度 難降解有機汙水進行了實驗室小試，並以小試所確定的最佳降解條件為基礎進行了中試 處理，確定了合理的可以工業化應用的汙水處理工藝。其中，採用復配生物營養製劑及 生物強化措施，對高濃度化工廢水進行處理，使其達到常規生物系統的進水指標。具體 的，本發明的利用所述的食酸菌JF-2、JF-3、JF-6處理高濃度難降解有機汙水的方法 包括步驟對待處理汙水進行酸化，並對酸化後汙水進行稀釋；然後將所述汙水輸送到 一生物反應器中，所述生物反應器內投加有本發明的食酸菌CGMCC No.3706、CGMCC No.3707和/或CGMCCNo.3708(所述食酸菌在反應器內可以以活性汙泥為載體)；控 制反應器內溫度20°C 40°C，採用水解酸化-接觸氧化工藝，通過曝氣，使汙水得到淨 化。根據本發明的具體實施方案，本發明的汙水處理方法中，可以是調整待處理汙 水的pH值6 10，優選pH值6.5 8.5，最優選pH值8左右；對酸化後汙水進行稀釋， 可控制稀釋後進水COD在3500 6000mg/L左右，同時可添加食酸菌生長所需的營養物 質(常規食酸菌生長所需要的營養物質即可，例如有機氮源、硫酸鎂、磷酸二氫鉀及 某些金屬離子等)。根據本發明的具體實施方案，所述待處理汙水進入反應器前，其中酚 類汙染物濃度<1200mg/L，含鹽量《3.5%，礦化度《35000mg/L。將汙水輸送到生物反 應器後，通過曝氣，在反應器中活性汙泥中的本發明的食酸菌JF-2、JF-3和/或JF-6的 作用下，即可使汙水得到淨化。在本發明的一具體實施方案中，所述生物反應器內是投加有本發明的食酸菌 製劑，該食酸菌製劑為將食酸菌CGMCC No.3706、CGMCC No.3707和/或CGMCC No.3708於富集培養基(可以按照現有技術中食酸菌的常規液態培養基配製)中培養至 濃度IO8 IO9ceIlsAnl而製成，該食酸菌製劑在所述生物反應器內的投加量為生物反應 器內汙水量的4% 8% (V/V)。優選地，所述生物反應器內同時含有食酸菌CGMCC No.3706、CGMCC No.3707 和 CGMCC No.3708，三種菌的投加比例為 0.5 2 0.5 2 0.5 2(以投加的菌種的初始細胞數計)。本發明的食酸菌JF-2、JF-3、JF-6以及利用該食酸菌進行汙水處理的方法，具 有以下優點和效果本發明的食酸菌JF-2、JF-3、JF-6是耐鹽高效降解高濃度化工廢水 微生物菌種，具有對高濃度化工廢水適應性強、生物穩定性好等特點。它們不僅可以有 效地降低汙水的COD，其最大優勢是能夠在高礦化度(礦化度可達25000 35000mg/ L)、較高的鹽含量(例如含鹽量1.5% 3.5%)條件下對汙水進行處理，仍然具有良好 的降酚性能。在本發明的一個實施例中，利用該菌種進行生化現場實驗，裝置運行160 天，微生物生長良好，系統出水穩定。
圖1為三株耐鹽菌不同pH條件下酚類汙染物降解率圖表；圖2為三株耐鹽菌不同溫度條件下酚類汙染物降解率圖表；圖3為三株耐鹽菌不同含鹽量條件下酚類汙染物降解率圖表；圖4為三株耐鹽菌不同汙染物濃度條件下酚類汙染物降解率圖表；圖5為本發明的耐鹽菌處理高濃度化工汙水裝置示意圖；圖6為三株耐鹽菌作用前後汙水COD變化規律圖表。用於專利程序的微生物保存(一)本發明的耐鹽菌JF-2保藏日期2010年04月02日；保藏單位中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(CGMCC)；保藏編號CGMCCΝο.3706 ；分類命名食酸菌(Acidovoraxsp.)。(二)本發明的耐鹽菌JF-3保藏日期2010年04月02日；保藏單位中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(CGMCC)；保藏編號CGMCCΝο.3707 ；分類命名食酸菌(Acidovoraxsp.)。(三)本發明的耐鹽菌JF-6保藏日期2010年04月02日；保藏單位中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(CGMCC)；保藏編號CGMCCΝο.3708 ；分類命名食酸菌(Acidovoraxsp.)。
具體實施例方式下面通過具體實施例進一步詳細說明本發明的耐鹽菌的特點，以及利用該耐鹽菌處理高濃度難降解汙水的方法和所具有的技術效果，但本發明並不因此而受到任何限 制。實施例1、本發明的耐鹽菌JF-2、JF-3、JF_6的分離、鑑定及保藏1、微生物的人工篩選和馴化取石化廠高濃度化工汙水水樣(於2008年12月12日採集的綏中SZ-361原油處 理廠原油汙染水樣)250mL作為原始菌源，採用常規的逐量分批馴化法進行人工篩選和馴 化，具體操作包括取0.2mL原始菌源塗布於以lOOmg/L苯酚為唯一碳源的瓊脂平板培 養基中，每種原始菌源做三個平行，30°C，48h培養(同時取0.2mL原始菌源塗布於完全 營養瓊脂平板培養基中，每個做三個平行樣，30°C，48h培養，作為對照)；並依次將所 培養的菌液轉接入200、300、400mg/L,……lOOOmg/L的以酚類為唯一碳源的篩選培 養基中，直到酚濃度達到所要求濃度lOOOmg/L ；取最終獲得的菌液，先取ImL加入到 9mL的無菌水中，製成10—1的稀釋液，再從10—1稀釋液中同樣取ImL加入到9mL的無菌水中，製備成10_2的稀釋液，以此類推，對最終獲得的菌液做一系列梯度稀釋，並分別 取0.2mL塗布於酚濃度為lOOOmg/L的瓊脂平板培養基，30°C培養48h;隨機挑取單菌落 近百株，在斜面培養基上劃線純化，30°C，48h培養。取馴化菌株經過富集培養接種入以 1000mg/L以混合酚為唯一碳源的培養基中，30°C，150rpm培養48h，測定降酚率，選取 苯酚降解率最大的菌株。 本發明中，經過上述培養、馴化，分離出3株不同的菌株，分別命名為JF-2， JF-3，JF-6,用於高濃度化工有機廢水處理。2、菌種鑑定依據《常見細菌系統鑑定手冊》，對本發明分離出的3株菌株JF-2、JF-3、 JF-6進行鑑定，主要從菌株個體形態特徵、菌落特徵、染色反應、生理生化反應等鑑定 到屬，內容包括形態觀察、革蘭氏染色、過氧化氫接觸酶反應、氧化酶實驗、葡萄糖氧 化發酵實驗、甲基紅實驗等，鑑定結果如下表1。表 權利要求
1.保藏編號為CGMCC No.3706、CGMCC No.3707 或 CGMCC No.3708 的食酸菌。
2.—種食酸菌製劑，該食酸菌製劑中含有保藏編號為CGMCCNo.3706、CGMCC No.3707和/或CGMCC No.3708的食酸菌，該食酸菌製劑為固態或液態菌製劑。
3.權利要求1所述的食酸菌或權利要求2所述的食酸菌製劑在處理高濃度難降解有機 汙水中的應用。
4.根據權利要求3所述的應用，其中，所述高濃度難降解有機汙水的pH值6.0 10.0 ；所述處理溫度為20°C 40°C。
5.根據權利要求3所述的應用，其中，所述高濃度難降解有機汙水中酚類汙染物濃 度<1200mg/L;所述酚類汙染物包括苯酚、對甲基苯甲醛、鄰苯二甲酸二丁酯和/或2， 6_ 二叔丁基對甲酚。
6.根據權利要求3所述的應用，其中，所述高濃度難降解有機汙水中的含鹽量 <3.5% ；礦化度《35000mg/L。
7.利用權利要求1所述的食酸菌或權利要求2所述的食酸菌製劑處理高濃度難降解有 機汙水的方法，該方法包括步驟對待處理汙水進行酸化，並對酸化後汙水進行稀釋；然後將所述汙水輸送到一生物 反應器中，所述生物反應器內投加有權利要求1所述的食酸菌CGMCC No.3706、CGMCC No.3707和/或CGMCC No.3708,或者含有權利要求2所述的食酸菌製劑；控制反應器 內溫度為20°C 40°C，採用水解酸化-接觸氧化工藝，通過曝氣，使汙水得到淨化。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，所述待處理汙水進入反應器前，pH值6.0 10.0，酚類汙染物濃度<1200mg/L，含鹽量《3.5%，礦化度《35000mg/L。
9.根據權利要求7或8所述的方法，其中，所述生物反應器內是投加有權利要求2所 述的食酸菌製劑，該食酸菌製劑為將食酸菌CGMCC No.3706、CGMCC No.3707和/或 CGMCC No.3708於富集培養基中培養至濃度IO8 109cellS/ml而製成，該食酸菌製劑在 所述生物反應器內的投加量為生物反應器內汙水量的4% 8% (V/V)。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述生物反應器內含有食酸菌CGMCC No.3706、CGMCC No.3707 和 CGMCC No.3708，三種菌的投加比例為 0.5 2 0.5 2 0.5 2。
全文摘要
本發明是關於用於高濃度難降解有機汙水處理的耐鹽降解菌及其應用。本發明提供的耐鹽降解菌是保藏編號為CGMCC No.3706、CGMCC No.3707或CGMCC No.3708的食酸菌，本發明還提供了所述的食酸菌在處理高濃度難降解有機汙水中的應用，以及利用所述的食酸菌處理高濃度難降解有機汙水的方法。本發明的食酸菌是耐鹽高效降解高濃度化工廢水微生物菌種，具有對高濃度化工廢水適應性強、生物穩定性好等特點，能夠在高礦化度及較高的鹽含量條件下對汙水進行處理，可以有效地降低汙水的COD。
文檔編號C12R1/01GK102021126SQ201010180648
公開日2011年4月20日 申請日期2010年5月18日 優先權日2010年5月18日
發明者喬瑋, 關迎春, 張忠智, 王祖佑, 羅一菁, 陳怡 , 馬慶霞 申請人:中國石油大學(北京), 中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司, 中國石油天然氣集團公司