申请日2019.02.18
公开(公告)日2019.05.17
IPC分类号C12N1/20; C02F3/34; C02F103/20; C12R1/11; C12R1/125; C12R1/25; C12R1/07
摘要
本发明涉及一种污水复合微生物处理剂及其制备方法与应用，该处理剂中包括微生物菌体和吸附稳定剂，所述微生物菌体至少含有巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌以及短小乳杆菌。本发明的一种污水复合微生物处理剂，使用后能够显著降低高浓度养殖污水的粘度。污水经本处理剂处理一段时间以后，粘度降低可达60～95%以上;污水粘度的降低，显著减小了后续处理步骤中管路堵塞、流动不畅的风险，提高了污水处理效率;并且本发明的四种菌之间的竞争抑制作用不显著，而四种菌各自产生的胞外酶对降低粘度具有叠加增效的效果。
权利要求书
1.一种污水复合微生物处理剂，其特征在于，该处理剂中包括微生物菌体和吸附稳定剂，所述微生物菌体至少含有巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌以及短小乳杆菌，其中：
巨大芽孢杆菌，活菌数不低于1.0×1010CFU/g;
枯草芽孢杆菌，活菌数不低于1.0×1010CFU/g;
植物乳杆菌，活菌数不低于7.5×109CFU/g;
短小乳杆菌，活菌数不低于2.5×109CFU/g。
2.如权利要求1所述的污水复合微生物处理剂，其特征在于，所述吸附稳定剂组份如下，均为重量份：
海藻糖1～2份、琼脂粉3～6份，脱脂乳粉4～8份;
进一步优选的，所述吸附稳定剂组份如下，均为重量份：
海藻糖1份、琼脂粉4份、脱脂乳粉5份。
3.如权利要求1所述的污水复合微生物处理剂，其特征在于，所述吸附稳定剂占处理剂总质量的质量百分比含量为40%～60%。
4.如权利要求1所述的污水复合微生物处理剂，其特征在于，所述巨大芽孢杆菌来源于美国典型培养物保藏中心，菌种编号为ATCC 14945或ATCC 11562;
优选的，所述枯草芽孢杆菌来源于美国典型培养物保藏中心，菌种编号为ATCC 15134，或来源于中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌种编号为CGMCC 1.821;
优选的，所述植物乳杆菌来源于美国典型培养物保藏中心，菌种编号为ATCC 8014，或来源于中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌种编号为CGMCC 1.568;
优选的，所述短小乳杆菌来源于美国典型培养物保藏中心，菌种编号为ATCC367或ATCC13648。
5.如权利要求1所述的污水复合微生物处理剂，其特征在于，所述巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、短小乳杆菌的活菌数之比为(2～4):(2～4):(2～4):(1～2);
进一步优选，所述巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、短小乳杆菌的活菌数之比为4:4:3:1;
优选的，所述微生物菌体为经过养殖污水驯化的微生物菌体。
6.权利要求1所述污水复合微生物处理剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
(1)将巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌以及短小乳杆菌分别经活化培养、摇瓶震荡培养、种子培养和发酵培养，制得各活菌发酵液;
所述巨大芽孢杆菌发酵液和枯草芽孢杆菌发酵液的活菌浓度为2.0～3.0×109CFU/mL;
所述植物乳杆菌发酵液、短小乳杆菌发酵液的活菌浓度为1.0～2.0×109CFU/mL;
(2)将巨大芽孢杆菌发酵液、枯草芽孢杆菌发酵液、植物乳杆菌发酵液和短小乳杆菌发酵液混合，制得混合菌液;向混合菌液中加入吸附稳定剂，经固液分离、干燥，制得复合微生物处理剂。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中巨大芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的培养条件如下：
活化培养条件均为：37℃静止培养24小时，活化培养的培养基为LB固体培养基;
摇瓶震荡培养条件均为：37℃、转速180r/min条件下培养24小时，摇瓶培养的培养基为LB液体培养基;
种子培养条件均为：37℃、转速180r/min条件下培养24小时，种子培养的培养基为LB液体培养基;
发酵培养条件均为：37℃、转速180r/min条件下培养24小时，发酵培养的培养基为添加质量百分比为2%葡萄糖的LB液体培养基;
优选的，所述步骤(1)中植物乳杆菌和短小乳杆菌的培养条件如下：
活化培养条件均为：30℃静止培养24小时，活化培养的培养基为MRS固体培养基;
三角瓶静止培养条件均为：30℃静止培养24小时，三角瓶静止培养的培养基为MRS液体培养基;
种子培养条件均为：30℃静止培养24小时，种子培养的培养基为MRS液体培养基;
发酵培养条件均为：30℃静止培养24小时，发酵培养的培养基为添加质量百分比为1%葡萄糖的MRS液体培养基。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备混合菌液前，还包括驯化步骤：
(i)取养殖污水，固液分离，取液体;灭菌，固液分离，获得灭菌污水;
(ii)将巨大芽孢杆菌发酵液和枯草芽孢杆菌发酵液分别与步骤(i)中的灭菌污水分别按体积比1:(2～6)的比例混合，37℃条件下好氧培养24小时;固液分离，分别收集巨大芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌菌体;
将植物乳杆菌、短小乳杆菌发酵液与步骤(i)中的灭菌污水分别按体积比1:(2～6)的比例混合，37℃条件下厌氧培养24小时;固液分离，收集植物乳杆菌和短小乳杆菌菌体;
(iii)将湿菌体与蒸馏水按质量体积比1:(20～25)的比例混合，单位g/ml，震荡重悬;
进一步优选的，上述固液分离均为采用5000～7000g/min条件下离心15～20min;
优选的，所述步骤(2)中的吸附稳定剂由海藻糖、琼脂粉、脱脂乳粉按比例混合后，灭菌制得;
优选的，所述步骤(2)中的固液分离为低温固液分离;干燥为低温干燥。
9.权利要求1所述污水复合微生物处理剂在降低高浓度养殖污水粘度中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述高浓度养殖污水为奶牛场养殖污水、生猪养殖场污水和/或肉牛养殖场污水。
说明书
一种污水复合微生物处理剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种污水复合微生物处理剂及其制备方法与应用，属于畜牧养殖污水处理技术领域。
背景技术
近年来，随着我国经济的飞速发展和人民生活水平的日益提高，市场对于肉、蛋、奶等畜禽产品的需求越来越大，旺盛的市场需求和养殖品种、养殖技术的革新带动了我国畜牧养殖业的蓬勃发展。
世界范围内，以澳大利亚、新西兰、加拿大等为代表的畜牧发达国家由于地广人稀，草场和自然资源丰富，畜牧养殖业以大规模的放牧管理为主，辅以现代化的产品深加工，单位土地的畜禽承载量较低，环境压力较小;而我国人口众多，土地、水等自然资源相对紧张，现阶段畜牧养殖业以规模化、集约化为主要发展方向，虽然单位生产效率相对较高，但是由此也造成了畜禽养殖废弃物总量巨大、高度集中、难于处理等问题，环境压力突出。
生猪、奶牛、肉牛等的规模化养殖耗水巨大，除动物饮用耗水以外，冲刷粪便、清洁挤奶厅、保持养殖区环境卫生等都会消耗大量的水资源。相应的，规模化养殖场产生的污水包括动物尿液、粪便混合物、场区冲刷水等多种来源，成分复杂，浓度较高，其COD可达5000-20000mg/L，BOD5可达2000-10000mg/L，氨氮可达800mg/L以上，总氮可达1500mg/L以上，总磷可达500mg/L以上，固形物含量可达10000mg/L以上，粘度可达300mPa/s以上。目前来看，高浓度养殖污水的无害化处理仍较为困难，且成本巨大。
由于养殖污水常混合有大量动物粪便、饲料、体毛等物质，其固形物含量高、粘度大，采用氧化塘、生物湿地等常规污水净化方式进行处理时，很容易堵塞管路、附着留滞在处理设备内部，严重影响处理效率甚至导致净化设备失效。虽然生产中可以通过增加和改进初沉池、二沉池的办法初步去除固形物，但是污水粘度却难以降低，高粘度养殖污水的处理一直是困扰行业发展的难题之一。
养殖污水富含多糖、蛋白质、丝状纤维等成分，这些成分彼此交联，极大增加了污水的粘度。而部分种类的乳酸菌、芽孢杆菌等具有较高的蛋白酶、多糖酶、纤维素酶活性，能够高效分解污水中的蛋白质、多糖、丝状纤维等，对于降低污水粘度可能存在一定帮助。
中国专利文献CN109010883A(申请号201810616325.0)公开了一种环保微生物除臭剂，分散于培养基中的活性成分包括植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、粪肠球菌及酵母菌，所述植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、粪肠球菌及酵母菌的有效活菌数之比为1：1：1：1。本发明通过对活性菌的选择搭配，活性成分含有含量相近的、相互适应的四个菌种组合，适用于城乡生活垃圾和生活废水复杂多变的除臭需要。
上述除臭剂中的微生物虽然可以利用废水中的N、S等物质进行除臭，但对于养殖废水中的高粘度问题，仍然无法解决。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种污水复合微生物处理剂及其制备方法与应用。
本发明的技术术语说明：
微生物处理剂：由一种或数种微生物菌株及其他辅助性原料按一定方法制成的活菌制剂，按照功能不同广泛应用于食品生产、饲料加工、污水处理等不同领域。
养殖污水：指规模化畜禽养殖产生、排放的污水，通常包含动物尿液、粪便、养殖场冲刷水等不同来源，浓度高，粘度大，含有大量的有机污染物。养殖污水的无害化处理是实现规模化畜禽养殖业绿色可持续发展的关键之一。
粘度：又称为黏度，是流体对流动所表现出的阻力。当流体流动时，一部分在另一部分表面流动受到阻力，就是流体的内摩擦力。
芽孢杆菌：一般指芽孢杆菌属的微生物，革兰氏阳性，能够生成对不利条件具有特殊抵抗力的芽孢。广泛分布于土壤、植物表面、空气及动物肠道等环境中，对外界不良刺激抵抗力强，为兼性厌氧菌，在无氧和有氧环境中均可良好生存。
乳酸菌：乳酸菌不是分类学单位，通常指一类能够发酵糖类产生乳酸的革兰氏阳性细菌。乳酸菌在自然界中分布广泛，在医学、工业、农业等不同领域均有良好的应用前景。
菌落形成单位(CFU，Colony-Forming Units)：指通过平板计数法统计得到的单位面积内菌落总数，用来表示活菌总数。
本发明技术方案如下：
一种污水复合微生物处理剂，该处理剂中包括微生物菌体和吸附稳定剂，所述微生物菌体至少含有巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌以及短小乳杆菌，其中：
巨大芽孢杆菌，活菌数不低于1.0×1010CFU/g;
枯草芽孢杆菌，活菌数不低于1.0×1010CFU/g;
植物乳杆菌，活菌数不低于7.5×109CFU/g;
短小乳杆菌，活菌数不低于2.5×109CFU/g。
根据本发明优选的，所述吸附稳定剂组份如下，均为重量份：
海藻糖1～2份、琼脂粉3～6份，脱脂乳粉4～8份。
根据本发明进一步优选的，所述吸附稳定剂组份如下，均为重量份：
海藻糖1份、琼脂粉4份、脱脂乳粉5份。
根据本发明优选的，所述吸附稳定剂占处理剂总质量的质量百分比含量为40%～60%。
根据本发明优选的，所述巨大芽孢杆菌来源于美国典型培养物保藏中心，菌种编号为ATCC 14945或ATCC 11562。
根据本发明优选的，所述枯草芽孢杆菌来源于美国典型培养物保藏中心，菌种编号为ATCC 15134，或来源于中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌种编号为CGMCC 1.821。
根据本发明优选的，所述植物乳杆菌来源于美国典型培养物保藏中心，菌种编号为ATCC 8014，或来源于中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌种编号为CGMCC 1.568。
根据本发明优选的，所述短小乳杆菌来源于美国典型培养物保藏中心，菌种编号为ATCC367或ATCC 13648。
根据本发明优选的，所述巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、短小乳杆菌的活菌数之比为(2～4):(2～4):(2～4):(1～2)。
进一步优选，所述巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、短小乳杆菌的活菌数之比为4:4:3:1。
根据本发明优选的，所述微生物菌体为经过养殖污水驯化的微生物菌体。
上述污水复合微生物处理剂的制备方法，该制备方法包括：
(1)将巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌以及短小乳杆菌分别经活化培养、摇瓶震荡培养、种子培养和发酵培养，制得各活菌发酵液;
所述巨大芽孢杆菌发酵液和枯草芽孢杆菌发酵液的活菌浓度为2.0～3.0×109CFU/mL;
所述植物乳杆菌发酵液、短小乳杆菌发酵液的活菌浓度为1.0～2.0×109CFU/mL;
(2)将巨大芽孢杆菌发酵液、枯草芽孢杆菌发酵液、植物乳杆菌发酵液和短小乳杆菌发酵液混合，制得混合菌液;向混合菌液中加入吸附稳定剂，经固液分离、干燥，制得复合微生物处理剂。
根据本发明优选的，所述步骤(1)中巨大芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的培养条件如下：
活化培养条件均为：37℃静止培养24小时，活化培养的培养基为LB固体培养基;
摇瓶震荡培养条件均为：37℃、转速180r/min条件下培养24小时，摇瓶培养的培养基为LB液体培养基;
种子培养条件均为：37℃、转速180r/min条件下培养24小时，种子培养的培养基为LB液体培养基;
发酵培养条件均为：37℃、转速180r/min条件下培养24小时，发酵培养的培养基为添加质量百分比为2%葡萄糖的LB液体培养基。
根据本发明优选的，所述步骤(1)中植物乳杆菌和短小乳杆菌的培养条件如下：
活化培养条件均为：30℃静止培养24小时，活化培养的培养基为MRS固体培养基;
三角瓶静止培养条件均为：30℃静止培养24小时，三角瓶静止培养的培养基为MRS液体培养基;
种子培养条件均为：30℃静止培养24小时，种子培养的培养基为MRS液体培养基;
发酵培养条件均为：30℃静止培养24小时，发酵培养的培养基为添加质量百分比为1%葡萄糖的MRS液体培养基。
根据本发明优选的，所述制备混合菌液前，还包括驯化步骤：
(i)取养殖污水，固液分离，取液体;灭菌，固液分离，获得灭菌污水;
(ii)将巨大芽孢杆菌发酵液和枯草芽孢杆菌发酵液分别与步骤(i)中的灭菌污水分别按体积比1:(2～6)的比例混合，37℃条件下好氧培养24小时;固液分离，分别收集巨大芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌菌体;
将植物乳杆菌、短小乳杆菌发酵液与步骤(i)中的灭菌污水分别按体积比1:(2～6)的比例混合，37℃条件下厌氧培养24小时;固液分离，收集植物乳杆菌和短小乳杆菌菌体;
(iii)将湿菌体与蒸馏水按质量体积比1:(20～25)的比例混合，单位g/ml，震荡重悬。
根据本发明进一步优选的，上述固液分离均为采用5000～7000g/min条件下离心15～20min。
根据本发明优选的，所述步骤(2)中的吸附稳定剂由海藻糖、琼脂粉、脱脂乳粉按比例混合后，灭菌制得。
根据本发明优选的，所述步骤(2)中的固液分离为低温固液分离;干燥为低温干燥。
上述污水复合微生物处理剂在降低高浓度养殖污水粘度中的应用。
根据本发明优选的，所述高浓度养殖污水为奶牛场养殖污水、生猪养殖场污水和/或肉牛养殖场污水。
本发明的作用原理：
养殖污水成分复杂，其中混杂有动物粪便、饲料、动物毛发等物质，造成固形物含量高、粘度大问题。虽然增加沉淀步骤可以削减一部分污水中的固形物，但是污水粘度难以有效降低。养殖污水中富含多糖、蛋白质、丝状纤维等成分，这些物质混合在一起形成彼此交联的胶体，增大了污水的粘度，给后续处理步骤增加了难度。
巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、短小乳杆菌具有很强的胞外及胞内蛋白酶、β-葡萄糖苷酶等酶活性，可快速降解污水中的多糖、蛋白质、丝状纤维等成分，从而打破胶体结构，有效降低养殖污水粘度;巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、短小乳杆菌经灭菌养殖污水前期培养、有效驯化后，在高盐度、高有机成分、高氨氮含量的养殖污水中能够良好生存生长，保持高菌群浓度，可有效发挥其降低污水粘度的作用。
本发明与现有技术相比所产生的有益效果是：
1.使用效果好。本发明的一种污水复合微生物处理剂，使用后能够显著降低高浓度养殖污水的粘度。污水经本处理剂处理一段时间以后，粘度降低可达60～95%以上;污水粘度的降低，显著减小了后续处理步骤中管路堵塞、流动不畅的风险，提高了污水处理效率;并且本发明的四种菌之间的竞争抑制作用不显著，而四种菌各自产生的胞外酶对降低粘度具有叠加增效的效果;
2.应用范围广。本发明一种污水复合微生物处理剂，适合各种不同养殖类型的规模化养殖场，如规模化奶牛养殖场、规模化肉牛养殖场、规模化生猪养殖场等，也可与目前使用的多种养殖污水处理工艺相契合，如生态湿地法、好氧曝气法、厌氧沼气法等不同污水处理工艺，提高污水处理效率，降低成本;
3.产品有效期久。本发明制备的一种污水复合微生物处理剂添加了海藻糖、琼脂粉和脱脂乳粉，易于储存运输，有效活菌数保持时间长，其初始活菌数高达2.5～3.5×1010CFU/g，常温储存24个月后，活菌数仍大于1.5×1010CFU/g，且活性芽孢杆菌/活性乳酸菌比例能够维持初始比例，仍可正常使用;菌粉产品可常温保存、运输，无特殊低温要求;
4.制备工艺简捷。本发明制备的一种污水复合微生物处理剂制备方法简单，所采用技术均为微生物学和环境工程常用技术，所使用设备也为常见微生物发酵设备，易于推广;
5.符合绿色环保的要求。本发明制备的一种污水复合微生物处理剂为活性微生物制剂，来源微生物安全、无毒，产品中不含有毒有害化学物质，不会造成二次污染。本品使用量较小，每立方米养殖污水中仅需要加入80～160g菌剂即可达到良好处理效果。菌剂为一次加入，不必反复添加，方法易于掌握;相对于化学絮凝法等方法，降低了成本，更符合绿色环保的要求。
