申请日2011.07.14
公开(公告)日2011.12.07
IPC分类号C12N1/20; C02F101/34; C02F3/34; C12R1/38; C12R1/39; C12R1/40; C12R1/07; C12R1/125; C12R1/10; C12R1/085; C12R1/11; C12R1/645; C12R1/20; C12R1/05; C12R1/13; C12R1/01; C02F101/30; C02F101/32; C12N1/14
摘要
一种用于扩大培养废水处理用微生物的方法，其中所述废水包含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和/或木质素，所述方法包括：向驯化反应器中加入含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和/或木质素的废水;加入营养剂、复合菌剂、酶制剂、柠檬酸和核黄素，以在所述废水中的浓度计;和对所述废水进行曝气，同时调节所述驯化反应器的液位和温度，持续一段时间，以使所述复合菌剂中的微生物达到对数生长期，其中，以在所述废水中的浓度计，所述复合菌剂包括假单胞菌属微生物、芽孢杆菌属微生物和白腐菌，且所述酶制剂包括蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶和脂肪酶。本发明还提供了使用预扩大培养的微生物进行废水处理的方法。
权利要求书
1.一种用于扩大培养废水处理用微生物的方法，其中所述废水包含杂环 化合物、多环芳烃、纤维素和/或木质素，所述方法包括：
(a)向驯化反应器中加入含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和/或木质 素的废水;
(b)加入营养剂0.5×103-0.5×105ppm、复合菌剂1.5×103-1.5×105ppm、酶制剂2×103-2×105ppm、柠檬酸2.5×103-1×105ppm和核黄素2.5× 103-2.5×104ppm，以在所述废水中的浓度计;和
(c)对所述废水进行曝气，同时调节所述驯化反应器的液位和温度，持 续一段时间，以使所述复合菌剂中的微生物达到对数生长期，
其中，以在所述废水中的浓度计，所述复合菌剂包括假单胞菌属微生物 0.5×103-0.5×105ppm、芽孢杆菌属微生物0.5×103-0.5×105ppm和白腐菌 0.5×103-0.5×105ppm，且所述酶制剂包括蛋白酶0.5×103-0.5×105ppm、淀 粉酶0.5×103-0.5×105ppm、纤维素酶0.5×103-0.5×105ppm和脂肪酶0.5× 103-0.5×105ppm。
2.根据权利要求1所述的方法，所述假单胞菌属微生物选自由荧光假单胞菌、恶臭假单胞菌、生黑色腐败假单胞菌、类蓝假单胞菌、腐臭假单胞菌、腐 败假单胞菌、生孔假单胞菌、粘假单胞菌和它们的组合组成的组中，优选为恶 臭假单胞菌和荧光假单胞菌的组合。
3.根据权利要求1所述的方法，所述芽孢杆菌属微生物选自由枯草芽孢杆 菌、地衣芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、蜡 状芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和它们的组合组成的组中，优选为枯草芽孢杆菌和 苏云金芽孢杆菌的组合。
4.根据权利要求1所述的方法，所述酶制剂为Enviro-Zyme NS系列产品， 更优选Enviro-Zyme NS20系列产品，且所述酶制剂的加入量为0.5×103-1×105ppm，优选加入量为2.5×104ppm，以在所述废水中的浓度计。
5.根据权利要求1所述的方法，控制所述曝气使得水中的溶解氧含量为0.5 至3mg/L。
6.根据权利要求1所述的方法，控制所述曝气的时间为1至13小时。
7.根据权利要求1所述的方法，调节所述驯化反应器中的所述温度为20℃ 至30℃。
8.根据权利要求1所述的方法，所述复合菌剂进一步包括气单胞菌属微生 物、黄杆菌属微生物、红螺菌属微生物、苍白杆菌属微生物、产碱杆菌属微生 物和/或短杆菌属微生物。
9.根据权利要求1所述的方法，所述酶制剂进一步包括果胶酶 0.5×103-0.5×105ppm、葡聚糖酶0.5×103-0.5×105ppm、半纤维素酶0.5×103-0.5×105ppm、木质素过氧化物酶0.5×103-0.5×105ppm和/或锰过氧化物酶0.5×103-0.5×105ppm，以在所述废水中的浓度计。
10.一种处理含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和/或木质素的废水的方法， 所述方法包括将如权利要求1-9中任一项所述方法制备的包含已达到对数生长 期的微生物的废水排入所述含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和/或木质素的废 水中。
说明书
扩大培养废水处理用微生物的方法和微生物废水处理方法
技术领域
本发明涉及一种扩大培养废水处理用微生物的方法和使用扩大培养的 微生物进行废水处理的方法，具体涉及一种用于扩大培养处理含杂环化合物、 多环芳烃、纤维素和/或木质素的废水的微生物的方法，以及使用所述微生物 进行废水处理的方法。
背景技术
杂环化合物(heterocyclic compounds，HCCs)、多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)、木质素和纤维素大量存在于化工、制药、 印染、造纸类废水中，它们是目前废水处理厂中最为常见的污染物，如果不 经过处理，这类污染物会对环境造成严重污染。处理此类废水的方法包括物 理处理法，如超滤法、吸附法;化学处理法，如二氧化氯法等;以及生物处 理法，如生物岛法、活性污泥法等。
活性污泥法废水处理是以采用活性污泥为主的一种将主要污染物处理 为可生物降解有机物的废水处理方法。活性污泥实质上是各种微生物组成的 一个生物群体。活性污泥中各种微生物与废水中的有机营养物形成了复杂的 食物链，正是这些微生物以污水中的有机物为营养源，进行代谢和繁殖，才 降低了污水中有机物的含量。因此，可以形象地认为是微生物“吃掉”了污水 中的有机物，从而实现了将污水净化的目的。
通常，活性污泥工艺包括曝气、沉淀、回流等步骤。含特定污染物的废 水和活性污泥一起进入曝气池形成混合液。曝气池本质上是一个生物反应器， 曝气设备将空气中的氧气充入到含特定污染物的废水中，使活性污泥混合液 中产生好氧代谢反应。活性污泥与含特定污染物的废水中的有机物充分接触， 并在氧气的作用分解、代谢这些有机物。随后，经过活性污泥处理的混合液 被排入沉淀池，混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉淀并与水分离。流出沉淀 池的即为初次净化水。沉淀池中的污泥大部分回流到曝气池内，以重复再利 用。健康的活性污泥菌群通常具有如下特性：处于快速生长繁殖期的活菌数 量足够多且活性足够强，能迅速降低废水的COD。
然而，在废水处理厂使用活性污泥法处理废水的实际应用中，因废水中 不同有机物的含量很难长期一致，且这类有机物具有一定生物毒性，因此， 活性污泥往往难以在各种条件下均能发挥最佳效果，这会导致以下出现以下 问题：废水的COD变化不大或没有变化;针对不同类型的废水，甚至是针 对同种不同批次的废水时，均需要不定期更换活性污泥;污泥效率不稳定; 有效菌种的数量不足;和菌种大量死亡。
为解决以上问题，近年来，生物强化技术越来越多地应用于活性污泥法 废水处理中。针对这类具有特定污染物的有机废水，生物强化技术通过添加 具有特定污染物降解能力的菌种来提高废水处理效率。通过向常规活性污泥 中加入对特定污染物具有降解能力的大量专用菌种，以使因原本不具有此专 用菌种而无法降解特定废水的常规活性污泥具有降解能力，或使因原本含少 量此专用菌种而无法有效降解特定废水的常规活性污泥具有降解能力。生物 强化技术可以改变活性污泥系统的种群结构，增加系统中有效微生物的数量， 提高处理效率，同时还可以有针对性地处理含特定污染物的废水。
然而，本申请的发明人发现，生物强化技术处理废水，特别是处理含杂 环化合物、多环芳烃、纤维素和木质素的废水时存在以下问题：(1)如果直 接将专用菌种加入废水中，未经过预先驯化的专用菌种要经历很长的时间才 能达到对数生长期，因此降低了污水处理的效率;(2)如果系统中存在对菌 种生长有抑制性的物质，即使经历很长时间，也会导致菌种很难被驯化或死 亡，难以达到净化效果;(3)现有技术中处理以上几类废水均需要使用不同 的专用菌种和不同的处理条件，这对于每天都需要面对各种废水来源的废水 处理厂而言是极其不便利的;和(4)如果仅将处理不同废水用的各种专用菌 种简单的混合，菌种之间会出现生长抑制等现象，难以达到所需的效果。
因此，仍然需要一种能预先高效地驯化活性污泥的方法。
发明内容
针对含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和/或木质素的废水处理问题，本 发明提供了一种扩大培养废水处理用微生物的方法。
一方面，本发明提供了一种用于扩大培养处理含杂环化合物、多环芳烃、 纤维素和/或木质素的废水的微生物的方法，所述方法包括：
(a)向驯化反应器中加入含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和/或木质 素的废水;
(b)加入营养剂0.5×103-0.5×105ppm、复合菌剂1.5×103-1.5×105ppm、酶制剂2×103-2×105ppm、柠檬酸2.5×103-1×105ppm和核黄素2.5× 103-2.5×104ppm，以在所述废水中的浓度计;和
(c)对所述废水进行曝气，同时调节所述驯化反应器的液位和温度，持 续一段时间，以使所述复合菌剂中的微生物达到对数生长期，
其中，以在所述废水中的浓度计，所述复合菌剂包括假单胞菌属微生物 (Pseudomonas)0.5×103-0.5×105ppm、芽孢杆菌属微生物(Bacillus)0.5 ×103-0.5×105ppm和白腐菌(Pleurotus ostreatus)0.5×103-0.5×105ppm，且 所述酶制剂包括蛋白酶0.5×103-0.5×105ppm、淀粉酶0.5×103-0.5×105ppm、纤维素酶0.5×103-0.5×105ppm和脂肪酶0.5×103-0.5×105ppm。
在一个实施方式中，所述假单胞菌属微生物选自由荧光假单胞菌 (Psendomonas fluorescens)、恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)、生黑 色腐败假单胞菌(Pseudomonas nigrifaciens)、类蓝假单胞菌(Pseudomonas syncyanea)、腐臭假单胞菌(Pseudomonas taetrolens)、腐败假单胞菌 (Pseudomonas putrefaciens)、生孔假单胞菌(Pseudomonas lacunogenes)、 粘假单胞菌(Pseudomonas myxogenes)和它们的组合组成的组中，优选为恶 臭假单胞菌和荧光假单胞菌的组合。
在一个实施方式中，所述芽孢杆菌属微生物选自由枯草芽孢杆菌 (Bacillus subtilis)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、侧孢芽孢杆菌 (Bacillus laterosporus)、苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)、嗜热脂 肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)、蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)、 巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)和它们的组合组成的组中，优选为枯草 芽孢杆菌和苏云金芽孢杆菌的组合。
在一个实施方式中，所述酶制剂为商购自美国Winston公司的 Enviro-Zyme系列产品，优选Enviro-Zyme NS系列产品，更优选Enviro-Zyme NS20系列产品，且所述酶制剂的加入量为0.5×103-1×105ppm，优选加入量 为2.5×104ppm，以在所述废水中的浓度计。
在一个实施方式中，控制所述曝气使得水中的溶解氧含量为0.5至3mg/L。
在一个实施方式中，控制所述曝气的时间为1至13小时。
在一个实施方式中，调节所述驯化反应器中的所述温度为20℃至30℃。
在一个实施方式中，所述复合菌剂进一步包括气单胞菌属微生物 (Aeromonas)、黄杆菌属微生物(Flavobacterium)、红螺菌属微生物 (Rhodospirillum)、苍白杆菌属微生物(Ochrobactrum)、产碱杆菌属微生 物(Alcaligenes)和/或短杆菌属微生物(Brevibacterium)。
在一个实施方式中，本发明的酶制剂进一步包括果胶酶0.5×103-0.5× 105ppm、葡聚糖酶0.5×103-0.5×105ppm、半纤维素酶0.5×103-0.5×105ppm、 木质素过氧化物酶0.5×103-0.5×105ppm和/或锰过氧化物酶0.5×103-0.5× 105ppm，以在所述废水中的浓度计。
另一方面，本发明提供了一种处理含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和/ 或木质素的废水的方法，所述方法包括将任一项上述方法制备的包含已达到 对数生长期的微生物的废水排入所述含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和/ 或木质素的废水中。
本发明的方法能同时有效处理含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和/或木 质素的废水，对含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和/或木质素的废水处理用 的微生物进行了预扩大培养，使得这些微生物在目标废水的生物处理系统中可 高效地降解废水中的有机物，提高了废水处理的效率。
具体实施方式
本部分仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。
本发明人认为，通过提前将处理含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和/ 或木质素的废水用的专用菌种和普通活性污泥预先进行驯化，在活性污泥中 菌体达到对数生长期的同时将活性污泥加入到含杂环化合物、多环芳烃、纤 维素和/或木质素的废水生物处理系统中可极大的提高废水处理的效率。然 而，在同一时间同时使不同的菌种均达到对数生长期存在很大困难。因此， 本发明人经过大量摸索实验，对处理含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和/ 或木质素的废水的特定菌种进行选择，辅以酶制剂和营养物来辅助微生物降 解和生长，并控制驯化的条件，以使专用菌种和普通活性污泥同时达到对数 生长期，且这些菌种之间基本不出现生长抑制的现象。经实际应用证明，废 水处理厂在面对不同来源的废水时，无需特别更换菌剂和处理条件，仅使用 本发明的方法就可处理上述含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和/或木质素的 废水。
本发明中的含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和/或木质素的废水可为任 何含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和/或木质素的废水，所述废水可源自如 生产抗生素类的制药厂、生产有机杀虫剂的工厂、生产有机清洗剂的工厂、 焦化厂废水厂、造纸厂、印染厂等。
本发明利用少量目标污染物即含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和木质 素的废水为营养物质，对常规活性污泥和特定菌种共同进行驯化，待常规活 性污泥和特定菌种均达到对数生长期后，再加入到大量待净化的含杂环化合 物、多环芳烃、纤维素和木质素的目标废水的生物处理系统中来强化废水生 物处理过程。这样可以实现活性污泥的在线活化和持续投加，而不是直接投 加未经驯化的特定菌种。
本发明中所用的营养剂为微生物培养中常用的营养剂，如葡萄糖、淀粉、 牛肉膏等。
本发明中向污水生物处理系统中加入大量特定菌种，可以有针对性地提 高对特定废水处理的效率。此外，通过加入含多种特定菌种的复合菌剂，可 以提高整个污水处理生物系统的“抗毒性”能力，即多种不同的特定菌种可代 谢不同的污染物，从而更好地处理废水。
本发明的复合菌剂包括假单胞菌属微生物0.5×103-0.5×105ppm、芽孢 杆菌属微生物0.5×103-0.5×105ppm和白腐菌0.5×103-0.5×105ppm，以在 所述废水中的浓度计。
所述假单胞菌属微生物选自由荧光假单胞菌、恶臭假单胞菌、生黑色腐 败假单胞菌、类蓝假单胞菌、腐臭假单胞菌、腐败假单胞菌、生孔假单胞菌、 粘假单胞菌和它们的组合组成的组中。在一个实施方式中，本发明使用恶臭 假单胞菌和荧光假单胞菌的组合。
所述芽孢杆菌属微生物选自由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧孢芽孢 杆菌、苏云金芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌 和它们的组合组成的组中。在一个实施方式中，本发明使用枯草芽孢杆菌和 苏云金芽孢杆菌的组合。
白腐菌对木质素和纤维素有较好的降解作用，同时，在处理含杂环化合 物、多环芳烃、木质素、纤维素废水的生化工艺中，投加白腐菌可以加强处 理效果。本发明人经过大量实验证明，在使用本发明酶制剂作为辅酶的情况 下，白腐菌和其他种类菌剂对废水的适应能力加强，表现为驯化周期缩短、 降解速度加快。这可以解释为：在辅酶作用下，白腐菌将木质素、纤维素等 本不溶于水的大分子物质分解为可溶于水的小分子有机物，其中含有苯环的 小分子会在各种菌类生长时产生的酶和本发明中使用的辅酶的作用下(代谢 和共代谢)，进一步分解，苯环破裂，最后被微生物吸收利用。
本发明的复合菌剂可进一步包括气单胞菌属微生物、黄杆菌属微生物、 红螺菌属微生物、苍白杆菌属微生物、产碱杆菌属微生物和/或短杆菌属微生 物。
废水同需氧微生物接触后，水中的可溶性有机物透过细菌的细胞壁和细 胞膜而被吸收进入菌体内;胶体和悬浮性有机物则被吸附在菌体表面，由细 菌的外酶分解为溶解性的物质后，也进入菌体内。这些有机物在菌体内通过 分解代谢过程被氧化降解，产生的能量供细菌生命活动的需要;一部分氧化 的中间产物通过合成代谢成为新的细胞物质，使细菌得以生长繁殖。一些难 降解有机物，在共代谢作用下可被一种细菌降解为能被其他细菌利用的有机 物，从而被无害化。
本发明中的酶制剂可极大地促进微生物对废水中有机物的降解。本发明 的酶制剂包括蛋白酶0.5×103-0.5×105ppm、淀粉酶0.5×103-0.5×105ppm、 纤维素酶0.5×103-0.5×105ppm和脂肪酶0.5×103-0.5×105ppm，以在所述 废水中的浓度计。本发明中的酶制剂可进一步包括果胶酶0.5×103-0.5×105ppm、葡聚糖酶0.5×103-0.5×105ppm、半纤维素酶0.5×103-0.5×105ppm、 木质素过氧化物酶0.5×103-0.5×105ppm、锰过氧化物酶0.5×103-0.5×105ppm等，以在所述废水中的浓度计。
本发明人进一步发现，当加入少量柠檬酸和核黄素时，即使在废水中存 在菌生长抑制性物质的情况下，也可以进一步促进特定菌种的生长，进一步 提高对特定废水的处理效率。因此，在一个实施方式中，本发明的方法中加 入柠檬酸2.5×103-1×105ppm和核黄素2.5×103-2.5×104ppm，以在所述废水 中的浓度计。
本发明方法中的曝气步骤可以用本领域常规的曝气设备进行。本发明的 曝气量为保持水中溶解氧含量(DO)在0.5到3mg/L之间，如果DO低于 0.5mg/L，所投加的微生物代谢速度显著降低，驯化周期明显延长，对有毒有 机物适应能力明显下降，对COD的降解速度大大降低;高于3mg/L，系统扰 动加大，能耗增大但对驯化速度并无明显正面影响，相反因曝气扰动加大微 生物难以形成菌胶团，从而降低了对有毒有机物的吸附从而导致降解速度下 降。
本发明的曝气时间为1至13个小时，低于1小时生物未完全完成驯化， 未完全驯化的菌种进入系统，导致营养物质和辅酶被系统污水稀释，造成菌 种驯化周期进一步变长，从而影响使用效果，高于13个小时，进入对数生长 期的生物消耗完反应器中的营养物质后会进入内源呼吸阶段，活性下降，也 会影响使用效果。在一个实施方式中，曝气时间为3-10小时，优选6-10小 时。
本发明方法中的液位调节可以用本领域常规的液位调节设备进行。本发 明的液位调节条件为启动进料液和菌种，当进料至驯化反应器曝气槽设计液 位一半时，启动曝气，并开始对曝气计时，当曝气槽液位至设计满液位时， 停止进料，同时继续曝气，直到达到设计曝气时间，设计曝气时间为1至13 个小时，具体根据处理对象系统水质而定。
本发明方法中的温度调节可以用本领域常规的液位调节设备进行。本发 明的温度调节条件为曝气开始时，液下加热系统开始对曝气槽内液体进行加 热，由温控系统控制在20-30℃之间，具体设定根据废水性质确定，当温度 低于20℃时，启动加热电源，当温度高于30℃时，关闭加热电源。
在完成上述驯化和扩大培养后，将包含已达到对数生长期的微生物的废 水排入大量的含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和木质素的废水中，以实现 对废水中有机物的降解。预先加入的用于驯化菌种的废水的量大约是最后待 处理的废水总量的万分之二。根据最后需要处理的废水的总量，可以对预先 加入的用于驯化菌种的废水的量进行调节，以确保驯化后菌种的总量足以处 理全部废水。在一个实施方式中，最终待处理的废水大约为1×106L，预先 用于驯化菌种的废水的量大约为200L。
本发明的优点在于：
(1)用于降解含杂环化合物、多环芳烃、纤维素和木质素的废水的微 生物经过预培养驯化而达到对数生长期，可以实现现场活化和持续投加特效 复合菌群，因此极大提高了后续废水处理中的效率;
(2)通过使多种微生物组成复合菌剂，提高了抗废水中有机物毒性的 能力;
(3)通过加入营养剂、酶制剂等，进一步提高了废水处理的效率;
(4)通过对微生物进行筛选，组成了特定的复合菌剂，此复合菌剂广 泛适用于当前废水处理厂所要处理的主要废水，即含杂环化合物、多环芳烃、 纤维素和木质素的废水，使得废水处理厂在面对不同来源的废水时，无需专 门的更换菌剂，大大提高了废水处理效率;
(5)本发明得出了一套普遍使用的废水处理用的处理条件，进一步提 高了废水处理效率;且
(6)本发明的方法经过小规模实际应用试验后，在可操作性、方便性、 经济效果、适用范围等方面均优于目前很多使用活性污泥的废水处理方法， 具有很高的应用价值。
实施例
实施例1使用本发明方法驯化扩增的微生物进行废水处理的效果
1.1实验对象：
某焦化厂废水。经检测，进入该废水含有苯酚、二甲酚以及喹啉、异喹 啉、吲哚、吡啶等污染物。
1.2实验原料：
复合菌剂为恶臭假单胞菌250ppm、荧光假单胞菌250ppm、枯草芽孢杆 菌250ppm、苏云金芽孢杆菌250ppm和白腐菌500ppm。酶制剂为蛋白酶 500ppm、淀粉酶500ppm、纤维素酶500ppm和脂肪酶500ppm。柠檬酸为 250ppm。核黄素为250ppm。所有投加物的剂量单位为ppm，是指该物质投 加到目标废水生物处理系统中之后的相应浓度。
200L有效容积驯化反应器。驯化反应器为模拟污水处理系统生物反应池 的圆桶型容器，附设进料系统、曝气系统和温控系统，曝气量为维持系统溶 解氧含量在0.5mg/L。
1.3实验方法
1.3.1检测污水处理站生物处理系统进、出水COD，取平均值作为空白 对比数据;
1.3.2常规投加微生物废水处理：直接将常规生物培养营养剂、复合菌 剂、酶制剂、柠檬酸和核黄素直接投加入1×106L的污水处理站生物处理系 统，分别于48小时、60小时、70小时后检测出水COD，作为对比数据一;
1.3.3本发明的微生物扩大培养后的废水处理：启动驯化反应器，将焦 化厂废水处理站生物处理系统进水、常规生物培养营养剂、复合菌剂、酶制 剂、柠檬酸和核黄素通过投料系统加入驯化反应器中。
