申请日2015.04.17
公开(公告)日2015.07.22
IPC分类号C12N1/20; C12N1/16; C02F103/00; C12R1/07; C12R1/865; C02F11/02
摘要
本发明公开了一种用于污泥原位减量的微生物菌剂及其制备方法和应用，微生物菌剂由解淀粉芽孢杆菌CGMCC No 1.769和酿酒酵母CGMCC No 2.3853制成。分别将解淀粉芽孢杆菌的发酵液和酿酒酵母的发酵液冷冻干燥成粉剂;将两种粉剂按比例混合而成。本发明微生物制剂用于生活污泥原位减量，将微生物菌剂投加到城镇污水处理厂的好氧池内。投加量为好氧池内处理水量的0.01‰-0.1‰。本发明利用生物溶胞方法降解污泥中的大分子难降解物质，采用投加微生物菌剂能显著降低污泥的产量。与现有技术相比，本发明具有高效、低成本、操作简单的特点，适用于一切城镇污水处理厂中的污泥原位减量。
权利要求书
1.一种用于污泥原位减量的微生物菌剂，其特征在于，由解淀粉芽 孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)CGMCC No 1.769和酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae)CGMCC No 2.3853的发酵粉剂混合而成。
2.根据权利要求1所述用于污泥原位减量的微生物菌剂，其特征在 于，解淀粉芽孢杆菌发酵粉剂与酿酒酵母发酵粉剂的质量比例为 7～10:1～3。
3.根据权利要求2所述用于污泥原位减量的微生物菌剂，其特征在 于，解淀粉芽孢杆菌发酵粉剂与酿酒酵母发酵粉剂的质量比例为8～9:1。
4.根据权利要求3所述用于污泥原位减量的微生物菌剂，其特征在 于，解淀粉芽孢杆菌发酵粉剂与酿酒酵母发酵粉剂的质量比例为9:1。
5.一种如权利要求1所述微生物制剂的制备方法，其特征在于，包 括如下步骤：
分别将解淀粉芽孢杆菌的发酵液和酿酒酵母的发酵液冷冻干燥，得发 酵粉剂;将两种发酵粉剂按比例混合而成。
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述解淀粉芽孢杆 菌的发酵液采用变温发酵得到，所述变温发酵的过程如下：
将达到对数期的种子液接入发酵罐，接种后的发酵罐温度控制在 34～36℃，培养至生长稳定期，将培养温度降为31～33℃再发酵22～25h 结束发酵。
7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述酿酒酵母的发 酵液采用如下发酵过程得到：
将达到对数期的种子液接入发酵罐，接种后的发酵罐温度控制在 28-30℃，培养至生长稳定期后期。
8.一种如权利要求1所述微生物制剂用于污泥原位减量的方法，其 特征在于，将所述微生物菌剂投加到城镇污水处理厂的好氧池内。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述微生物菌剂的投加 量为好氧池内处理水量的0.01‰-0.1‰。
说明书
一种用于污泥原位减量的微生物菌剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种用于污泥原位减量的微生物 菌剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着我国城镇污水处理能力极大地提高，相应的污水处理过程中产生 的剩余污泥量也日趋庞大，与污水相比，污泥的毒性更大，目前我国80% 污泥未能妥善处置，而其产生量却还以每年10-15%的速度递增，污泥污 染日趋严重，污泥处理问题已成为世界性的难题。
即使现行污水处理厂对污泥进行了浓缩处理，但湿污泥的含水率仍高 达80%。并且这些污泥中含有汞、镉、致病菌、寄生虫等对环境有害的物 质，如果处理不好很可能造成二次污染。因此，以预防为主要手段对污泥 进行原位减量化处理，是污泥处理的必然发展趋势，也是污水厂降低运行 成本、彻底解决污泥处置难的必然发展方向。
申请号为201110039768.6的中国发明专利申请文献公开了一种用于 城市污泥减量的复合酶制剂，其含有菠萝蛋白酶50～60%、溶菌酶5～ 10%，余量为酵母发酵物。其技术的局限性是2种酶制剂价格昂贵，不易 保藏和运输，无法产业化推广应用，同样无法去除污泥中大量的微生物。
公开号为CN104087536A的中国发明专利申请文献公开了一种生活 污泥减量复合微生物制剂及其制备与应用方法，文中公开了一种采用生物 溶胞的原理，利用4种产酶菌对污泥进行减量试验。但是菌剂通过混合发 酵后比例已经发生改变，产酶活力也不一样，发酵结束后没有对产酶活力 进行测定，难以断定投加的菌剂是通过产酶完成生物溶胞达到减量的效 果。其次该菌剂在污水的处理中投加量较大，成本相对要高，而且是投加 在排泥管中，投加菌剂后会发生反应，产生大量的热能，这种高温导致污 泥的大量死亡会使酶活力降低，所以对它提出的污泥原位减量效果有待商 榷。
公开号为CN102745821A的中国发明专利申请文献公开了一种用于 污泥减量的复合微生物菌剂及其制备方法和应用，文中公开了一种微生物 菌剂实施原位减量，减量效果可达到30-70%，由于专利中采用了5-10种 菌种，使得菌剂的培养和配制比较繁琐。且其中有一种菌是酱油曲霉，虽 然可以高产蛋白酶，但是为丝状菌，在城镇污水处理厂丝状菌的存在易造 成污泥膨胀，如果发生污泥膨胀会导致整个污水处理系统发生瘫痪，更不 要提污泥减量的效果，所以该菌剂在污泥原位减量中实施也是不可取的。
发明内容
微生物通过胞外聚合物(EPS)聚合在一起，形成大量的污泥，为了解 决大量污泥处理的问题，本发明提供一种用于污泥原位减量的微生物菌剂 及其制备方法和应用，利用生物溶胞方法降解污泥中的大分子难降解物 质，投加本发明的微生物菌剂能显著降低污泥的产量。
一种用于污泥原位减量的微生物菌剂，由解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)CGMCC No 1.769和酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)CGMCC No 2.3853的发酵粉剂混合而成。
优选地，解淀粉芽孢杆菌发酵粉剂与酿酒酵母发酵粉剂的质量比例为 7～10:1～3;进一步地，解淀粉芽孢杆菌发酵粉剂与酿酒酵母发酵粉剂的质 量比例为8～9:1～2;更进一步地，解淀粉芽孢杆菌发酵粉剂与酿酒酵母发 酵粉剂的质量比例为9:1。
解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)和酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae)菌株均购自中国普通微生物菌种保藏管理中 心。
胞外聚合物是在一定环境条件下由微生物，主要是细菌分泌于体外的 一些高分子聚合物，有研究者采用三维荧光光谱法分析了其成分，发现主 要成分是蛋白质，其次是少量的多糖和腐殖酸类的物质。所以污泥中除了 胞外聚合物外还有大量微生物菌体，而微生物菌体的成分主要是细胞壁的 成分肽聚糖，又称粘肽，也是属于蛋白质。故本发明采用投加高产蛋白酶 和淀粉酶的菌株解淀粉芽孢杆菌，既可以降低微生物之间的聚集，又可以 对死亡的微生物菌体通过菌株产生的蛋白酶直接降解成易被大多数微生 物所利用的小分子物质。酿酒酵母含有大量的蛋白质、维生素和多种酶等 营养物质，可以为解淀粉芽孢杆菌提供生长的营养物质，外源蛋白质的存 在还可以诱导解淀粉芽孢杆菌产蛋白酶，它的酶系又可以对污水中的成分 产生降解作用。所以投加少量的解淀粉芽孢杆菌和酿酒酵母，两种菌株之 间相互协同作用，在不改变原有生化处理系统的条件下，通过重新构建完 整的食物链，实现污泥的原位减量。
本发明还提供一种所述微生物制剂的制备方法，包括如下步骤：
分别将解淀粉芽孢杆菌的发酵液和酿酒酵母的发酵液冷冻干燥，得发 酵成粉剂;将两种发酵粉剂按比例混合而成。
所述解淀粉芽孢杆菌菌株同时具产蛋白酶和淀粉酶的特性，其中蛋白 酶活最高达到2763U/ml，淀粉酶活最高达到854U/ml，该高酶活性采用 变温发酵得到。
优选地，所述解淀粉芽孢杆菌的发酵液采用变温发酵得到，所述变温 发酵的过程如下：
将达到对数期的种子液接入发酵罐，接种后的发酵罐温度控制在 34～36℃，培养至生长稳定期，将培养温度降为31～33℃再发酵22～25h 结束发酵。
进一步地，将达到对数期的种子液接入发酵罐，接种后的发酵罐温度 控制在35℃，培养至生长稳定期，将培养温度降为32℃再发酵24h结束 发酵。
解淀粉芽孢杆菌的发酵粉剂的制备流程为：斜面种子–摇瓶种子– 种子罐–发酵罐-冷冻干燥，具体的：
(1)斜面种子：蛋白胨10g/L，牛肉膏5g/L，NaCl 5g/L，2%的琼 脂，pH 7.0，121℃灭菌，20min。在培养基上划线接种，35℃培养24h;
(2)摇瓶种子：蛋白胨10g/L，牛肉膏5g/L，NaCl 5g/L，pH 7.0; 121℃灭菌，20min，将活化好的斜面种子挑取少量菌体接种在液体种子 培养基中，180rpm，35℃培养20h;
(3)种子罐：种子培养基成分：蛋白胨10g/L，牛肉膏5g/L，NaCl 5g/L，pH 7.0，将30L种子培养基加入50L种子罐，121℃高压湿热灭菌， 冷却至33℃后，将摇瓶菌种按10%(V/V)的接种量接种到种子罐，35℃ 培养至对数生长期，搅拌速度为180转/分，无菌空气通入量为1:0.8(V/V);
(4)发酵罐培养：培养基为玉米淀粉20g/L，黄豆饼粉30g/L， Na2HPO4.12H2O 6g/L，(NH4)2SO44g/L，MgSO4.7H2O 1g/L，CaCl20.8 g/L，pH 6.5-7.0，发酵罐培养基装量为500L，装300L的发酵培养基，在 1.1Kg/cm2的压力下，121℃高压湿热灭菌，灭菌后冷却至33℃，通无菌 空气保持无菌状态备用;将达到对数期的种子液按10%(V/V)的接种量 接入发酵罐，接种后的发酵罐温度控制在35℃，发酵罐的培养过程中无菌 空气的通气量为1：(0.8-1.0)(V/V)，搅拌速度为200转/分，培养至生 长稳定期，将培养温度降为32℃再发酵24h结束发酵，菌体数量达到10 亿个/mL以上;
(5)冷冻干燥：发酵完成后，发酵液直接用冷冻干燥成粉剂。
蛋白酶活的测定：按国家标准(GB/T23527-2009)，采用Folin-酚法 测定。淀粉酶活力测定：按国家标准(GB/T23527-1987)，采用3,5-二硝 基水杨酸显色法测定。
所述酿酒酵母的发酵液采用如下发酵过程得到：
将达到对数期的种子液接入发酵罐，接种后的发酵罐温度控制在 28-30℃，培养至生长稳定期后期。
酿酒酵母的发酵粉剂的制备流程为：斜面种子-摇瓶种子-种子罐-发酵 罐-冷冻干燥，具体如下：
(1)斜面种子：1%酵母粉，2%蛋白胨，2%葡萄糖，2%琼脂。 115℃灭菌，20min，在培养基上划线接种，30℃培养24h;
(2)摇瓶种子：1%酵母粉，2%蛋白胨，2%葡萄糖。115℃灭菌，20 min，将活化好的斜面种子挑取少量菌体接种在液体种子培养基中，200 rpm，30℃培养24h;
(3)种子罐：培养基成分1%酵母粉，2%蛋白胨，将30L种子培养 基加入50L种子罐，121℃高压湿热灭菌，冷却至33℃后，2%葡萄糖115℃ 单独灭菌20min后投加到培养基中，将摇瓶菌种按10%(V/V)的接种量 接种到种子罐，30℃培养至对数生长期，搅拌速度为200转/分，无菌空 气通入量为1:0.8(V/V);
(4)发酵罐：培养基为玉米浆0.5g/L，蛋白胨2g/L，蜜糖10g/L， 蔗糖5g/L，pH 6.5，蜜糖和蔗糖单独灭菌后在投加到培养基中。发酵罐 培养基装量为500L，装300L的发酵培养基，在1.1Kg/cm2的压力下， 115℃高压湿热灭菌，灭菌后冷却至28℃，通无菌空气保持无菌状态备用; 将达到对数期的种子液按10%(V/V)的接种量接入发酵罐，接种后的发 酵罐温度控制在28-30℃，发酵罐的培养过程中无菌空气的通气量为1： (0.8-1.0)(V/V)，搅拌速度为200转/分，培养至生长稳定期后期，菌体 数量达到10亿个/mL以上;
(5)冷冻干燥：发酵完成后，发酵液直接用冷冻干燥成粉剂。
将按上述制备方法制备得到的两种粉剂按比例混合而成得到本发明 的微生物菌剂，微生物菌剂的浓度为8×1012CFU/L以上。
本发明还提供一种如所述微生物制剂用于污泥原位减量的方法，将所 述微生物菌剂投加到城镇污水处理厂的好氧池内。
所述微生物菌剂的投加量为好氧池内处理水量的0.01‰-0.1‰。
将本发明的微生物菌剂投加到某城镇污水处理厂的好氧池中，连续运 行近4个月，其他工艺条件相同的情况下，与不加本发明微生物菌剂或其 他菌剂相比，排泥量明显减少，说明投加菌剂可显著降低生化处理系统中 污泥的增长速率，减少污泥产量。由于采用微生物菌种改善活性污泥系统 有累积作用，随着时间的延长活性污泥的优势菌群的数量会不断上升，污 泥活力也会持续提高，污泥减量效果还会进一步提高。
本发明自主研发出一种微生物菌剂，利用生物溶胞技术，实行污泥原 位减量技术大幅提高污泥减量的效果。与现有技术相比，本发明具有高效、 低成本、操作简单的特点，适用于一切城镇污水处理厂中的污泥原位减量。
