專利名稱：一種改善活性污泥沉降性能的復合菌劑及其制作方法
技術領域：
本發明涉及一種改善活性污泥沉降性能的復合菌劑及其制作方法，屬于發酵及污水處理領域。
背景技術：
污水處理一般使用物理處理法和生物處理法相結合的二級處理工藝，其中生物處理法主要是利用活性污泥來降解污水中的污染成份。活性污泥中微生物的種類和活性是影響污水處理效果的重要因素，另外，活性污泥在二沉池中的沉降性能直接影響出水的質量和污水處理系統運行效率；同時外排的污泥在污泥池中一般要添加絮凝劑進行濃縮沉淀， 然后進行壓榨除水。目前廣泛應用的絮凝劑有以下幾類①是無機鹽類物質，如鋁鹽、鐵鹽，處理效果不理想。②其聚合物處理效果雖良好， 但用量大，對環境有二次污染。③有機合成高分子類物質，如聚丙烯酰胺及其衍生物等，具有用量少、絮凝速度快的優點，但殘留物不易被生物降解，且其單體有強烈的神經毒性和致癌、致畸、致突變效應，造成二次污染。為了克服以上化學試劑存在的缺點，近年來一種新的絮凝劑——微生物絮凝劑被開發出來，其優點是表面積大、轉化能力強、產生菌來源分布廣、高效、無毒、可消除二次污染，所以可應用范圍廣泛。但是，利用微生物純種發酵來制備微生物絮凝劑，生產過程要求設備多，條件高，造成其使用價格也高，不利于大規模工業應用。因此，若能利用可以產生絮凝性物質的微生物，培養后直接投加到污水處理系統中，使其能同原活性污泥中微生物產生一種協同效應，改善活性污泥的沉降性能的同時，不影響或者可以加強原有系統的污水處理效率，將可產生巨大的環境與經濟效益。目前，復合菌劑的生產方法主要是通過分別發酵各成分菌種，然后再按照一定比例混合制成菌劑。這種生產方法的優點是根據不同菌種的特點，選擇不同的培養基和發酵條件，可以達到各種菌的最優化生產，并且最終菌劑的成分比例易于控制；但是這種方法也有一定不足，如需要的設備等生產要素多、混合后的菌劑其中的各種菌活性狀態等不同， 投加后要有一段適應期或者出現由于競爭力不同而產生菌劑活菌比例出現較大變化等。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種改善活性污泥沉降性能的復合菌劑，由醬油曲霉(Aspergillus sojae)CGMCC 3· 661、紅平紅球菌(Rhodococcus erythropolis)ACCC 02579和銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)CGMCC No. 1. 239組成；其中醬油曲霉 20 30 %，銅綠假單胞菌40 60 %，紅平紅球菌20 30 %，利用微生物表面積大、轉化能力強、進行高效、無毒的消除二次污染。上述三種菌的含量最佳優選值醬油曲霉含量25% ；銅綠假單孢菌含量50% ；紅平紅球菌25%。本發明要解決的另一個技術問題是提供一種生產所述復合菌劑的方法，主要包括如下步驟在高密度發酵用基礎培養基中依次接種醬油曲霉(Aspergillus sojae) CGMCC 3· 661、紅平紅球菌(Rhodococcus erythropolis)ACCC 02579 和銅綠假單胞菌 (Pseudomonas aeruginosa) CGMCC No. 1. 239 進行發酵培養，控制溫度為沘 32 °C、 pH6. O 7. 5、溶解氧為1 5mg · L—1，發酵過程中分批流加總體積為高密度發酵用基礎培養基體積10 20%的質量濃度50 60%的葡萄糖溶液，發酵總時間為75 80h。所述高密度發酵用基礎培養基組成如下葡萄糖10 15g · ΙΛ大豆蛋白胨8 12g · L—1、磷酸二氫鈉8 12g · L—1、玉米漿2 5g · L—1、微量元素母液0. 1 0. 5mL · L—1、 發酵用消泡劑(PPE高效聚醚消泡劑)0. 01 0. ImL · L—1、用磷酸調節pH至6. 5。醬油曲霉后培養Mh，再接種紅平紅球菌，繼續培養Ia1后再接種銅綠假單胞菌。所述葡萄糖溶液在接種銅綠假單胞菌1 后開始流加，于Mh內流加完畢。在接種醬油曲霉后控制pH在6. 3 士0. 2，接種紅平紅球菌后直至發酵結束控制pH 在 7. 0 士 0. 2。具體發酵工藝如下(1)菌種的平板活化將保存在-80°C冰箱中的菌種取出，冰上融化，分別無菌操作接種于相應的平板培養基中，30°C恒溫培養12 36h，備用。(2)種子液制備分別挑取平板培養基上的單菌落，無菌接種于裝有相應培養基的三角瓶中，30°C、 以適當轉速在水平搖床上培養15 Mh。(3)上罐發酵首先將6. 5L基礎培養基放入10L發酵罐中，121°C滅菌25min，待培養基冷卻后，通入無菌空氣并以300rpm的轉速攪拌5min。停止通氣，設置此時的溶解氧水平為100% (約為 7 8mg · L"1) ο將醬油曲霉菌種子液按照1 2%的體積比接種到發酵罐中，控制pH在6. 3 士0. 2 的水平(設置發酵罐控制程序，由在線檢測系統控制的蠕動泵決定氨水的添加速度)，溫度 30°C，開始發酵；24h后再按同樣的接種量接種紅平紅球菌，接種前調節pH到7. 0士0. 3，繼續發酵1 ；然后接種銅綠假單孢菌，培養1 后開始補料。補料方式參考三種微生物進入對數生長期的時機，按照指數形式的速度添加，設置IL的補料量的補料時間為Mh，補料結束后，繼續發酵1 池后結束發酵培養(可以參考PH的變化，當pH上升，開始高于7. 5時， 即結束發酵)。整個發酵培養過程中，通過改變攪拌槳轉速及通入壓縮空氣或純氧的方式控制溶解氧水平在30% (約為ang·!/1)以上。發酵結束后，發酵液中菌體干重達到SOg*!/1 及以上。本發明提供的復合菌劑絮凝能力強，無公害，能與活性污泥原有微生物產生良好的協同效應，改善活性污泥的沉降性能，有效防止污泥膨脹和提高二沉池處理效率；本發明中設計的培養基具有價格低廉(僅為LB培養基的15%左右)、滿足本復合菌劑的工業化高密度發酵要求；設計的發酵工藝控制條件達到了復合菌劑的高密度生產要求(發酵結束后，發酵液中菌體干重達到30g · L—1及以上)，實現了節省設備等生產要素的投資(如果三種成分分別進行生產，要么至少要三套發酵設備同時使用、要么同一套設備要三個生產周期才能達到相同的效果，也就是說設備等生產資料的投資可以節省60%以上)；混合菌劑
4發酵后各菌種比例及活性都符合要求的目的按照本技術的控制要點，發酵結束后三種成分完全可以達到要求的比例，為復合菌劑的規模化生產及應用奠定了基礎。
圖1為醬油曲霉菌在所選培養基中的生長曲線；圖2為銅綠假單胞菌在所選培養基中的生長曲線；圖3為紅平紅球菌在所選培養基中的生長曲線；圖4為混合菌種高密度發酵過程中微生物量增長曲線。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述，但本發明的保護范圍并不僅限于此實施例1改善活性污泥沉降性能的復合菌劑改善活性污泥沉降性能的復合菌劑，由醬油曲霉(Aspergillus sojae) CGMCC 3· 661、紅平紅球菌(Rhodococcus erythropolis)ACCC 02579 和銅綠假單胞菌 (Pseudomonas aeruginosa) CGMCC No. 1.239組成；其中醬油曲霉20 30%，銅綠假單胞菌 40 60 %，紅平紅球菌20 30 %。實施例2優化的改善活性污泥沉降性能的復合菌劑三種菌的含量最佳優選值醬油曲霉含量25% ；銅綠假單孢菌含量50% ；紅平紅球菌25%。實施例3改善活性污泥沉降性能的復合菌劑的制備方法1.菌種的活化(1)醬油曲霉(Aspergillus sojae)CGMCC 3· 661 的活化將保存在 _80°C冰箱中的菌種取出，冰上融化，無菌操作接種于平板培養基上，30°C恒溫培養M 36h，待單菌落出現且大小適合挑取接種時，用封口膜密封后，4°C冰箱保藏備用。Czapek' s平板培養基蔗糖 30g · Γ1、瓊脂粉 15g · Γ1、NaN0s3g · Γ1、MgSO4 · 7H20 0. 5g · Γ1、KCl 0. 5g · Γ1、 FeSO4 ·4Η20 0. Olg .IAK2HPO4Ig · L—1、用去離子水溶解后調節 pH 至 6. 5，121°C滅菌 25min， 無菌條件下倒入平皿中冷卻備用。(2)銅綠假單孢菌ACCC 40100的活化將保存在_80°C冰箱中的菌種取出，冰上融化，無菌操作接種于平板培養基上，30°C恒溫培養M 36h，待單菌落出現且大小適合挑取接種時，用封口膜密封后，4°C冰箱保藏備用。牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基牛肉膏3g · L—1、蛋白胨IOg · L—1、氯化鈉5g · L_\瓊脂粉15g · L_\用去離子水溶解后調節pH至7. 0，121°C滅菌25min，無菌條件下倒入平皿中冷卻備用。(3)紅平紅球菌(Rhodococcus erythropo lis) ACCC 02579 的活化將保存在-80°C冰箱中的菌種取出，冰上融化，無菌操作接種于平板培養基上，30°C恒溫培養12 Mh，待單菌落出現且大小適合挑取接種時，用封口膜密封后，4°C冰箱保藏備用。營養肉汁瓊脂培養基蛋白胨5g · L—1、牛肉膏3g · L-\NaCl 5g · L—1、瓊脂粉15g · Λ去離子水溶解后調節PH至7. 0，121°C滅菌25min，無菌條件下倒入平皿中冷卻備用。2.種子液的制備(1)醬油曲霉種子液的制備取冰箱保藏平板培養菌種，無菌操作挑取單菌落接種于裝有200ml Czapek' s液體培養基的500ml三角瓶中，30°C、IOOrpm恒溫培養M 36h。種子液培養基為上述菌種活化時使用的對應培養基不加瓊脂粉。(2)銅綠假單孢菌種子液的制備取冰箱保藏平板培養菌種，無菌操作挑取單菌落接種于裝有200ml牛肉膏蛋白胨培養基的500ml三角瓶中，30°C、180rpm恒溫培養M 36h。種子液培養基為上述菌種活化時使用的對應培養基不加瓊脂粉。(3)紅平紅球菌種子液的制備取冰箱保藏平板培養菌種，無菌操作挑取單菌落接種于裝有200ml營養肉汁培養基的500ml三角瓶中，30°C、150rpm恒溫培養12 Mh。種子液培養基為上述菌種活化時使用的對應培養基不加瓊脂粉。3.上罐發酵(1)上罐準備工作①將發酵罐通氣系統中的除菌濾器及相應軟管拆下，用紗布及牛皮紙包裹后連同裝有補料培養基的補料瓶和用作裝PH調節液的空瓶一起121°C滅菌25min后備用。補料培養基成分碳源為質量分數為60%的葡萄糖溶液。②將6. 5L溶解好的基礎培養基放入IOL發酵罐中，121°C滅菌25min。基礎培養基葡萄糖12g · L—1、大豆蛋白胨IOg · L—1、磷酸二氫鈉IOg · L—1、玉米漿3g · L—1、微量元素母液0. 3mL · L—1、發酵用消泡劑(PPE高效聚醚消泡劑)0. OSmL · L—1、用磷酸調節pH至6. 5。③待培養基冷卻后，裝上除菌濾器及相應軟管，通入無菌空氣并以300rpm的轉速攪拌5min。停止通氣，設置此時的溶解氧水平為100%。④無菌條件下，將氨水裝入滅菌好的空瓶中，并將其和補料瓶分別經軟管通過蠕動泵連接到發酵罐加樣孔(蠕動泵與在線檢測系統相連，并可根據檢測數據自動調節加樣速度)。(2)發酵過程在發酵過程中，溫度全程控制在30°C;溶解氧的控制目標為30%以上，當溶氧不足時，第一選擇是提高攪拌速度。當速度達到500rpm還不能滿足溶解氧需要時，開始通入無菌壓縮空氣，攪拌槳速度回落至200rpm左右；隨著菌體增加所造成的需氧升高，可以通過加大通氣量來增加溶氧，當需氧量進一步增加時，可以考慮通入無菌純氧和壓縮空氣的混合氣體來增加溶解氧水平。發酵罐的排氣管有單向截止閥，控制發酵罐頂部的空氣壓力稍高于大氣壓，并防止外面的空氣進入發酵罐。①將醬油曲霉種子液140ml無菌操作接種到發酵罐中，控制pH在6. 3士0. 2的水平(設置發酵罐控制程序，由在線檢測系統控制的蠕動泵決定氨水的添加速度)、溫度 30°C、攪拌槳轉速為150rpm開始發酵。②發酵開始24h后，無菌操作，再按同樣的接種量接種紅平紅球菌，接種前調節pH 到7.0 士 0.2，繼續發酵12h。③最后無菌操作接種銅綠假單孢菌種子液140ml，繼續培養1 后開始補料。補料方式參考三種微生物進入對數生長期的時機，按照指數形式的速度添加，設置IL的補料量的補料時間為Mh，補料結束后，繼續發酵池左右，結束發酵過程。④關閉排氣閥，通過通氣產生的壓力，將發酵液從出料口排出。⑤取混勻的發酵液稀釋一定倍數后，鏡檢，觀察到三種菌的數量為醬油曲霉63 個，銅綠假單孢菌150個，紅平紅球菌73個，確認各菌種比例在控制范圍內。
⑥發酵結束后，取IOml發酵液放入稱量瓶中，100°C烘箱中干燥至恒重并稱量其質量，計算后得到發酵液中菌體干重達到30g · L—1。補充發酵結束后，發酵液中的復合菌種的比例。實施例2 本實施例與實施例1的不同點是，基礎培養基配方為葡萄糖15g · L_\大豆蛋白胨12g · L—1、磷酸二氫鈉Sg · L—1、玉米漿5g · L—1、微量元素母液0. 2mL · L—1、發酵用消泡劑 (PPE高效聚醚消泡劑)0. ImL 用磷酸調節ρΗ至6. 5。其他步驟及所選參數與實施例1 相同，發酵結束經計算后得到發酵液中菌體干重達到28. 7g · Γ1。補充發酵結束后，發酵液中的復合菌種的比例。實施例3 本實施例與實施例1的不同點是，基礎培養基配方為葡萄糖IOg · L_\大豆蛋白胨Sg · L—1、磷酸二氫鈉Sg · L—1、玉米漿2g · L—1、微量元素母液0. 2mL · L—1、發酵用消泡劑 (PPE高效聚醚消泡劑)0. 05mL · L_\用磷酸調節ρΗ至6. 5。其他步驟及所選參數與實施例 1相同，發酵結束經計算后得到發酵液中菌體干重達到28. Ig · Γ1。補充發酵結束后，發酵液中的復合菌種的比例。實施例4:按照以上實施例1生產的復合菌劑應用與某縣市政污水處理廠生化段曝氣池該污水處理工藝為日處理量30000m3/D，進水水質(月平均)化學需氧量(CODUMmg·!/1、 生物需氧量(B0D5)210mg · L—1、懸浮固體含量(SS) 105mg · Γ1 ；使用本復合菌劑前出水水質(月平均)化學需氧量(CODWOmg·!/1、生物需氧量(BOD5) 35!^·!^、懸浮固體含量 (SS) 20mg · Γ1 ；使用復合菌劑后出水水質(月平均)化學需氧量(C0D)45mg · L—1、生物需氧量(BOD5) 15mg · L—1、懸浮固體含量(SS)Smg · L—1。可見按本發明方法培養獲得的復合菌劑對二沉池活性污泥的沉降效果的增益顯著，這樣的話可以適當縮短水力停留時間，提高整個污水處理廠的污水處理效率。以上顯示了和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中的描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內，本發明要求保護范圍內所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種改善活性污泥沉降性能的復合菌劑，其特征在于由醬油曲霉(Aspergillus sojae)CGMCC 3.661、紅平紅球菌(Rhodococcus erythropolis)ACCC 02579 和銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa) CGMCC No. 1. 239 組成；其中醬油曲霉 20 30%，銅綠假單胞菌40 60 %，紅平紅球菌20 30 %。
2.權利要求1所述的復合菌劑，其特征在于最佳配比為醬油曲霉含量25%;銅綠假單孢菌含量50% ；紅平紅球菌25%。
3.權利要求1所述復合菌劑的制作方法，包括如下步驟在高密度發酵用基礎培養基中依次接種醬油曲霉(Aspergillus so jae) CGMCC 3.661、紅平紅球菌(Rhodococcus erythropo lis) ACCC 02579 和銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa) CGMCC No. 1· 239 進行發酵培養，控制溫度為28 32°C、pH6. O 7. 5、溶解氧為1 5mg化―1，發酵過程中分批流加總體積為高密度發酵用基礎培養基體積10 20%的質量濃度50 60%的葡萄糖溶液，發酵總時間為75 80h。
4.權利要求3所述的方法，其特征在于所述高密度發酵用基礎培養基組成如下葡萄糖10 lSg.r1、大豆蛋白胨8 12g*L-\磷酸二氫鈉8 12g · Γ1、玉米漿2 5g · Γ1、 微量元素母液0. 1 0. 5mL · L_\發酵用消泡劑0. 01 0. ImL · L_\用磷酸調節pH至6. 5。
5.如權利要求3或4所述的方法，其特征在于醬油曲霉后培養Mh，再接種紅平紅球菌，繼續培養1 后再接種銅綠假單胞菌。
6.如權利要求3或4所述的方法，其特征在于所述葡萄糖溶液在接種銅綠假單胞菌 15h后開始流加，于Mh內流加完畢。
7.如權利要求3或4所述的方法，其特征在于在接種醬油曲霉后控制pH在6.3士0.2， 接種紅平紅球菌后直至發酵結束控制pH在7. O 士 0. 2。
全文摘要
本發明公開了一種改善活性污泥沉降性能的復合菌劑，由醬油曲霉(Aspergillussojae)CGMCC3.661、紅平紅球菌(Rhodococcuserythropolis)ACCC02579和銅綠假單胞菌( Pseudomonasaeruginosa)CGMCCNo.1.239組成。此復合菌劑絮凝能力強，無公害，能與活性污泥原有微生物產生良好的協同效應，改善活性污泥的沉降性能，有效防止污泥膨脹和提高二沉池處理效率。此外，本發明中設計的培養基具有價格低廉、滿足本復合菌劑的工業化高密度發酵要求；設計的發酵工藝控制條件達到了復合菌劑的高密度生產要求(發酵結束后，發酵液中菌體干重達到30g·L-1及以上)，實現了節省設備等生產要素的投資，為復合菌劑的規模化生產及應用奠定了基礎。
文檔編號C12R1/66GK102399694SQ20111035056
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月8日 優先權日2011年11月8日
發明者倪丹, 徐衛東, 荊政 申請人:江蘇商達水務有限公司