申请日2014.07.10
公开(公告)日2017.12.15
IPC分类号C12N1/20; C12N1/16; C02F11/02; C12R1/425; C12R1/07; C12R1/645; C12R1/01
摘要
本发明一种生活污泥减量复合微生物制剂及其制备与应用，属于微生物应用领域，其含有纤维单胞菌(Celloulonmonas sp.)、沙雷氏菌(Serratia sp.)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)和胶红酵母(Rhodotorula mucilaginosa);所述纤维单胞菌的菌数占总菌数的10%～20%，所述的沙雷氏菌的菌数占总菌数的10%～20%，所述短小芽孢杆菌的菌数占总菌数的30%～60%，所述胶红酵母的菌数占总菌数的20%～30%;所述的纤维单胞菌选自纤维单胞菌CCTCC AB209393和YMCC KMS3990中的至少一种，所述的沙雷氏菌选自沙雷氏菌ACCC02490和CICC20143中的至少一种，所述的短小芽孢杆菌为ACCC10113，所述胶红酵母为CICC31192。本发明提供的菌剂和制备方法，简单易行，经济合理，对环境无二次污染。
权利要求书
1.一种生活污泥减量复合微生物制剂，其特征在于，其含有纤维单胞菌(Cellulomonas)、沙雷氏菌(Serratia sp.)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)和胶红酵母(Rhodotorula mucilaginosa);所述的纤维单胞菌的菌数占总菌数的10%～20%，所述的沙雷氏菌的菌数占总菌数的10%～20%，所述短小芽孢杆菌的菌数占总菌数的30%～60%，所述的胶红酵母的菌数占总菌数的20%～30%;所述的纤维单胞菌选自纤维单胞菌CCTCC AB209393和YMCC KMS3990中的至少一种，所述的沙雷氏菌选自沙雷氏菌ACCC02490和CICC20143中的至少一种，所述的短小芽孢杆菌为ACCC10113，所述的胶红酵母为CICC31192。
2.如权利要求1所述的一种生活污泥减量复合微生物制剂，其特征在于，所述的一种生活污泥减量复合微生物制剂中，微生物的总菌数大于等于4.5×109个/mL。
说明书
一种生活污泥减量复合微生物制剂及其制备与应用方法
技术领域
本发明一种生活污泥减量复合微生物制剂及其制备与应用方法，属于微生物应用领域。
背景技术
随着城市规模扩大和人口增加，污水处理量逐年增加。截至2013年6月底，全国设市城市、县累计建成城镇污水处理厂3479座，全国已有650个设市城市建有污水处理厂，约占设市城市总数的98.9%，形成污水处理能力1.2×108m3/d。
目前，活性污泥法是污水处理的一种常用方法，在出水达标的同时，却伴有大量高含水率的剩余污泥产生。剩余污泥的含水率一般在95%以上，有机物在污泥干重中的含量为60%～70%，会发生厌氧降解，极易腐败并产生恶臭;污泥中还含有大量的病原菌、寄生虫卵以及病毒，易造成传染病大面积传播;同时污泥中还含有多种重金属离子和有毒有害的有机物，这些物质可从污泥中渗滤或挥发出来，污染水体和空气，容易造成二次污染。显而易见，污泥的处理与处置将成为环境领域的一大难题。
污泥减量技术正是在这一背景下应运而生的。污泥减量技术，是指在保证污水处理效果的前提下，采用适当的措施使处理相同量的污水所产生的污泥量降低的各种技术。已有的方法包括物理减量、化学减量、生物减量。与物理、化学减量法相比，生物减量技术在经济合理、操作简单、对设备无腐蚀、环保节能等方面显示较大的优势，因此污泥生物减量技术是目前的研究热点及发展趋势。
目前对剩余污泥的处理与处置，存在有效性和经济性两方面的问题：首先，尚无一种可推而广之同时又对环境无污染的有效方法;其次，各种污泥处理与处置方法需要的资金巨大。现有污泥生物减量技术中，利用微型后生动物捕食的方法，存在微型后生动物的种类和数量难以控制的缺点;利用酶分解减量方法，酶制剂价格昂贵、不易保藏和无法产业化推广应用。
中国发明专利，专利申请号201010146579.4《PM-I污泥减量微生物制剂》，公开了一种用作城市生活污水和工业废水处理的污泥减量的复合微生物制剂。其技术的减量化机理不清晰，减量化效果不稳定，技术可行性较低，且无法去除污泥中大量的微生物。
中国发明专利，专利号201110039768.6，《一种用于城市污泥减量的复合酶制剂》，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。
中国发明专利，专利申请号201210131263.7，《用于物化污泥处理的复合微生物制剂及制备方法》，公开了一种用于物化污泥处理的复合微生物制剂及制备方法。其技术的局限性是复合菌剂不符合物化污泥的特点，而且这种污泥末端减量技术不符合清洁生产概念。
生物溶胞是指细菌利用衰亡细菌所形成的二次基质生长，整个过程包含了溶胞和生长。由于占污泥微生物主体的细菌具有一层细胞壁结构，颗粒性物质必须水解成可溶性的有机物才能穿过细胞壁及细胞膜被微生物利用，从而实现微生物的增殖;另一方面，也因为这层细胞壁的缘故，污泥在水解成可溶性有机物之前必须要首先打破这层细胞壁，才能将胞内有机物释放出来，进而转化为可被微生物重新利用的底物。通过筛选得到的能大量分泌胞外酶的复合菌剂，能够降解污泥中的大分子难降解物质，并高效地溶解污泥中细菌，从而成为使污泥快速减量的一种有效方式。
发明内容
为克服现有技术的不足之处，本发明提供一种生活污泥减量复合微生物制剂，利用生物溶胞方法降解污泥中的大分子难降解物质，可用于污水处理厂剩余活性污泥或回流污泥的处理，也可用于污泥厌氧消化阶段的预处理，能显著降低剩余污泥的产量，本发明的另一目的是提供其制备方法。
本发明所采用的技术方案是：一种生活污泥减量复合微生物制剂，其含有纤维单胞菌(Cellulomonas)、沙雷氏菌(Serratia sp.)、短小芽孢杆菌(Bacilluspumilus)和胶红酵母(Rhodotorula mucilaginosa);所述的纤维单胞菌的菌数占总菌数的10%～20%，所述的沙雷氏菌的菌数占总菌数的10%～20%，所述的短小芽孢杆菌的菌数占总菌数的30%～60%，所述的胶红酵母的菌数占总菌数的20%～30%;所述的纤维单胞菌选自纤维单胞菌CCTCC AB209393和YMCC KMS3990中的至少一种，所述的沙雷氏菌选自沙雷氏菌ACCC02490和CICC20143中的至少一种，所述的短小芽孢杆菌为ACCC10113，所述的胶红酵母为CICC31192。
所述的污泥减量复合微生物制剂中，微生物的总菌数大于等于4.5×109个/mL。
本发明涉及的纤维单胞菌(Cellulomonas)、沙雷氏菌(Serratia sp.)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)和胶红酵母(Rhodotorula mucilaginosa)均为可购买菌种，可从中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)、中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)、中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)、云南省微生物研究所菌种保藏管理中心(YMCC)和中国典型培养物保藏中心(CCTCC)购买到。
发明原理：研究表明，纤维单胞菌高产纤维素酶，还能分泌半纤维素酶、木聚糖酶、卵磷脂酶、8-葡萄糖苷酶、蛋白酶、淀粉酶、多肽酶等，能分解污泥中其他微生物不易分解的纤维素、半纤维素、多聚糖及碳水化合物。
沙雷氏菌能高产脂肪酶能，还分泌耐高温的DNA酶、蛋白水解酶、几丁质酶、碱性磷脂酶、壳聚糖酶、过氧化氢酶、蛋白酶等，且具有重金属抗性。
短小芽孢杆菌能够分泌大量溶菌酶，该酶能够溶解微生物细胞，使胞内物质释放，为其他微生物提供营养条件，还能够分泌出蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、淀粉酶、果胶酶和木质酶等。根据相关文献，短小芽孢杆菌分泌的溶菌酶对在污泥中的优势菌群产碱杆菌属(Alcaligenes Castellani&Chalmers)、微球菌属(MicrococcusCohn)和假单胞菌属(Pseudomonas)的微生物具有强烈的溶胞能力。
胶红酵母能够同时产生脂酶和蛋白酶，酵母细胞不仅营养丰富，而且具有丰富的酶系统，能够产生蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、植酸酶、纤维素酶、菊粉酶和一些嗜杀因子等。
本发明的制剂所含的四种有益微生物是经过驯化出来的好氧和兼性厌氧且具有高效稳定的污泥减量功能菌，这些菌在其生长过程中产生的有益物质及各种胞外酶的水解产物为各自或相互提供营养物质，这样它们形成了复杂而稳定的微生态系统。
本发明所含的微生物之间具有良好的协同作用，短小芽孢杆菌分泌的溶菌酶能够溶解微生物的细胞而使胞内物质释放，其可以作为污泥中其他微生物的营养物质再次被利用。沙雷氏菌能高产脂肪酶能，还分泌耐高温的DNA酶、蛋白水解酶、几丁质酶、碱性磷脂酶、壳聚糖酶、过氧化氢酶、蛋白酶等，且具有重金属抗性。纤维单胞菌高产纤维素酶，还能分泌半纤维素酶、木聚糖酶、卵磷脂酶、8-葡萄糖苷酶、蛋白酶、淀粉酶、多肽酶等，能分解污泥中其他微生物不易分解的纤维素、半纤维素、多聚糖及碳水化合物，使不容易生物降解的大分子有机物分解为小分子物质，有利于污泥中的微生物利用二次基质。胶红酵母能够同时产生脂酶和蛋白酶，而且能够产生蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、植酸酶、纤维素酶、菊粉酶和一些嗜杀因子等，同时胶红酵母能够促进复合菌群中其他有效微生物增殖，有利于复合菌群的快速增殖。另一方面溶解的微生物细胞释放胞内营养基质，加速污泥水解、酸化进程，使其进入废水处理系统中循环分解;同时破坏了污泥颗粒，使颗粒中水分释放，最终实现污泥减量。
本发明制剂能高效分解污泥中的蛋白质、脂肪、纤维素、淀粉等大分子物质为小分子物质，例如水、二氧化碳等。实验室试验结果表明，投加本发明复合制剂后，对剩余活性污泥的固体含量去除率达到32%左右，同样条件下含水率降低3%左右。污水厂生产实验结果表明，投加本复合微生物制剂后，污泥总量平均减少24.6%左右。
一种生活污泥减量复合微生物制剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将所述纤维单胞菌、沙雷氏菌、短小芽孢杆菌和胶红酵母分别进行放大培养，再混合发酵，分装得到成品。其具体步骤如下：
第一步，分别进行放大培养
将纤维单胞菌经斜面活化后，接种于含LB液体培养基三角瓶中，30～37℃培养36～48小时。将上述培养好的菌液按5%～10%接种量接入种子罐，种子罐通气量为1∶0.5～1，培养温度30～37℃，搅拌速度120～150rpm，培养时间为48～72h，培养至对数生长期;将沙雷氏菌经斜面活化后，接种于含LB液体培养基三角瓶中，30～37℃培养36～48小时，将上述培养好的菌液按5%～10%接种量接入种子罐，种子罐通气量为1∶1～1.5，培养温度30～37℃，搅拌速度150～160rpm，培养时间为48～72h，培养至对数生长期;短小芽孢杆菌经斜面活化后，接种于含LB液体培养基三角瓶中，30～37℃培养36～48小时;将上述培养好的菌液按5%～10%接种量接入种子罐，种子罐通气量为1∶1～1.5，培养温度30～37℃，搅拌速度150～160rpm，培养时间为48～72h，培养至对数生长期;胶红酵母经斜面活化后，接种于含YPD液体培养基三角瓶中，28～30℃培养48～56小时;将上述培养好的菌液按5%～10%接种量接入种子罐，种子罐通气量为1∶1～1.5，培养温度28～30℃，搅拌速度120～150rpm，培养时间为48～72h，培养至对数生长期;最后将上述菌种的种子液复配制得活菌总数大于等于4.5×109个/mL的混合种子液;
第二步，混合发酵
在发酵罐中加入液体发酵培养基，121℃灭菌30分钟，待发酵罐温度降至40℃以下，在发酵罐旋转的情况下喷入所述混合种子液，接种量按5%～8%;发酵罐中培养通气量为1∶1～1.5，培养温度28～33℃，搅拌速度150～160rpm，培养时间为48～72h，活菌计数，发酵后含菌总数大于等于4.5×109个/mL，用塑料包装桶分装，得到成品。
一种生活污泥减量复合微生物制剂的应用方法，所述的复合微生物制剂直接投加于排泥管道中，所述制剂的投加量与污泥的重量比为1∶200～1∶1000。
有益效果：本发明提供的污泥减量复合微生物菌剂和制备方法，简单易行，经济合理，对环境无二次污染，克服了酶制剂价格昂贵、效果不稳定及难以产业化推广的缺点，本发明所含的几种微生物之间具有良好的协同作用，污泥总量平均减少24.6%左右;并且本发明制剂是一种原位污泥减量技术，是一种源头上污泥减量技术，属于一种清洁生产工艺，符合国家环保产业发展方向，符合国家节能减排、循环经济的发展思路。使用该制剂减量污泥，效果稳定、经济合理、操作简单，对设备无腐蚀，在环保节能等方面显示出较大优势。