專利名稱：一種高效處理污水淤泥的微生物菌群的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高效處理污水淤泥的微生物菌群制備方法，即一種用于處理城市生活污水以及河灣、湖泊、池塘、沼澤等在水流不流動或水流非常緩慢的封閉或半封閉水域中污水淤泥的方法。
(二)、技術(shù)背景水環(huán)境是地球生態(tài)環(huán)境中最重要的組成部分，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，水污染也是其中一個不可忽視的問題。我國的城市由于工商業(yè)集中、人口密集，生活污水的產(chǎn)生量大，污染物的種類多且負(fù)荷高。城市污水的80％為生活污水且以糞便、腐爛物等污水為主，水環(huán)境的污染屬于典型的有機污染類型。這些含量極高的有機污染物，在有害微生物的控制下，對其進行氧化腐敗分解，并產(chǎn)生大量的NH3、H2S、沼氣等有害氣體，使水體變質(zhì)、發(fā)黑，產(chǎn)生濃郁惡臭味，造成生態(tài)環(huán)境惡化，影響城市居民正常生產(chǎn)生活，對社會和經(jīng)濟的發(fā)展都帶來一系列的問題。水污染對環(huán)境造成嚴(yán)重的危害，因此城市生活污水的凈化處理是環(huán)境保護的一個重要內(nèi)容，也是提高城市居民生活質(zhì)量的一個重要方面。此外，隨著世界氮肥和磷肥施用量的迅猛增加，大量的氮、磷營養(yǎng)元素在湖泊、水庫、池塘、沼澤等封閉或半封閉水體和一些河流水體內(nèi)“富集”，在過剩的營養(yǎng)條件下，造成水質(zhì)惡化，水生物大量死亡，河床淤泥迅速增加的惡果，使水資源逐漸枯竭。水體富營養(yǎng)化問題已成了解決水污染問題和環(huán)境保護問題的關(guān)鍵。
為了解決這一問題，目前許多城市都建設(shè)了各種污水處理廠，但所見的生活污水處理大多采用化學(xué)方法或物理方法，這些方法不僅工作量大，花費成本高，處理十分困難，還存在使水體受到第二次污染的問題。、世界各國的水資源專家都在尋求解決這一問題的最佳方法。經(jīng)長期的工作實踐和科學(xué)試驗發(fā)現(xiàn)，自然界存在著大量的微生物菌株資源，其中良性循環(huán)的微生物生態(tài)系統(tǒng)中由各種菌群組成的“菌團”承擔(dān)著物質(zhì)循環(huán)與凈化環(huán)境的主要責(zé)任。在污水處理方面，微生物對污染物的降解和轉(zhuǎn)化潛力巨大，主要有以下一些優(yōu)點1.微生物個體微小，代謝速率快。
2.微生物種類繁多，分布廣泛，代謝類型多樣。
3.微生物能合成各種既具有專一性又具有誘導(dǎo)性的降解酶，可通過其靈活的代謝調(diào)控機制將環(huán)境中的污染物進行降解轉(zhuǎn)化。
4.微生物繁殖快，易變異，適應(yīng)性強。
5.共代謝作用對于難降解污染物的徹底分解起著重要作用。
自八十年代以來，發(fā)達國家利用微生物如細(xì)菌、藻類來治理污水的商業(yè)實例很多例如美國用芽孢桿菌培養(yǎng)物的胞外酶與真菌纖維酶結(jié)合處理含纖維，碳水化合物和蛋白質(zhì)；德國在微生物載體存在下，將廢水和活性污泥混合，使污水被微生物氧化，從而達到凈化污水的目的。但以上方法普遍存在微生物培養(yǎng)條件苛刻，效果不明顯，應(yīng)用不夠廣泛等問題，以及設(shè)備投資大，成本高等不足之處，不能廣泛應(yīng)用于大面積的污水淤泥的處理工程。研究認(rèn)為導(dǎo)致效果不佳的最主要原因是將有分解能力的工程菌加入需處理的污水淤泥后，其水環(huán)境中氮、磷等高濃度的有機物、脂類、重金屬等物質(zhì)造成部分微生物的功能喪失及死亡；水環(huán)境中存在的一些與有益菌相互克制的微生物，普通工程菌的適應(yīng)能力及協(xié)同作用不強，在與環(huán)境相磨合的過程中損耗過大，使其不能高效、優(yōu)質(zhì)地發(fā)揮，從而無法徹底處理污水中的有害物質(zhì)，造成治理失敗。
(三)、發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種能高效、簡便地處理污水淤泥，在任何污水環(huán)境中適應(yīng)性極強，對當(dāng)?shù)丨h(huán)境中的有益分解菌類具有引導(dǎo)和協(xié)同作用的微生物菌群的制備方法。
經(jīng)長期的工作實踐和科學(xué)試驗發(fā)現(xiàn)，自然界存在著大量的微生物菌株資源，其中良性循環(huán)的微生物生態(tài)系統(tǒng)中由各種菌群組成的“菌團”承擔(dān)著物質(zhì)循環(huán)與凈化環(huán)境的主要責(zé)任。研究報道許多污染嚴(yán)重的區(qū)域存在著一些比正常環(huán)境中凈化能力更強的微生物，這種凈化能力是任何化學(xué)和物理方法都無法相比的，這主要是微生物為了適應(yīng)環(huán)境而在長期的進化過程中逐漸形成的。工程菌種的選擇是微生物治理污水成功的根本，而能否較快適應(yīng)所需處理的環(huán)境并發(fā)揮作用是治理成功的關(guān)鍵。本發(fā)明的高效、高適應(yīng)性微生物菌群處理污水淤泥的機理在于微生物生長和代謝機制。任何微生物進入一個新環(huán)境都有一個逐漸適應(yīng)的過程，在細(xì)胞數(shù)和細(xì)胞重量不變的前提下，重新調(diào)整其小分子和大分子的組成以及酶和細(xì)胞結(jié)構(gòu)成份，此時細(xì)胞數(shù)和細(xì)胞重量不變，該階段微生物對外界理化因子的抵抗力減弱，如果外界環(huán)境不利于該微生物生長，其生長繁殖將受到限制，從而影響效力的發(fā)揮。本發(fā)明從微生物生長和代謝機制出發(fā)，經(jīng)過多年研究，找到了一種高效、高適應(yīng)性處理各種污水淤泥，特別是富營養(yǎng)環(huán)境中污水淤泥的微生物菌群制備方法。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的即一種高效處理污水淤泥的微生物菌群的制備方法可分為以下四個步驟1.工程原始菌種采集和培養(yǎng)從不同類型污水排放口滯水及淤泥中采集原始菌種，例如處理生活污水，則從各城市的下水道排放口等滯水及淤泥中取樣為佳，在26-33℃，PH＝6.5-7.5液態(tài)條件下培養(yǎng)5-10天，為了加速微生物的繁殖量，可在培養(yǎng)基中加入適量的肥料，例如碳源、氮源、生長促進因子等，再通過生化及鏡檢分離，優(yōu)化富集培養(yǎng)，得到原始工程菌，密封后可在常溫下保存1-5個月，或可放至2-4℃的冷藏室保存或液氮保存。
2.菌種的富集混和培養(yǎng)，按重量百分比，將磷酸氫鈣0.01-0.02、磷酸二氫鉀0.02-0.05、磷酸氫二鉀0.01-0.02、蛋白胨0.1-0.2、酵母膏0.2-0.5、碳酸鈣0.01-0.02、硫化鈉0.005-0.01、硫酸銨0.005-0.01和水96.5-98.0充分混合溶解，制得培養(yǎng)基，然后按10％在培養(yǎng)基中加入原始工程菌，在PH值保持6-7.5，溫度保持25-33℃的條件下培養(yǎng)7天。
3.工程菌的馴化培養(yǎng)，將需要處理的污水淤泥按1％-90％的不同負(fù)荷投加到培養(yǎng)基中，按照一定的運轉(zhuǎn)參數(shù)進行，視馴化菌生長量及活力的不同情況，對馴化條件進行調(diào)整，培養(yǎng)10-20天，得到馴化菌群。
4.馴化菌群的擴大培養(yǎng)，按照馴化培養(yǎng)條件進行大規(guī)模增菌培養(yǎng)，使菌劑每毫升活菌數(shù)大于10億。
根據(jù)本發(fā)明制備的微生物菌群包括厭氧菌、需氧菌、兼性菌及其混合物，優(yōu)選為芽孢桿菌、假單胞菌、光合細(xì)菌、硝化細(xì)菌、酵母菌及其混合物。個別單一的微生物菌種無法提供完整的污水處理，因此優(yōu)選使用二種或多種以天然微生物為主的混合物，首選條件是不含對人體有害的微生物，且菌群中的混合菌種能保持微生物彼此間的生態(tài)平衡。
本發(fā)明將工程菌的適應(yīng)階段通過人工馴化，誘導(dǎo)工程菌本土化，使微生物盡快適應(yīng)生態(tài)環(huán)境，與本土菌群共同發(fā)揮作用，使其進入指數(shù)生長期(細(xì)胞數(shù)以幾何級數(shù)增長)，使高效工程菌和本土菌群的自凈和處理能力同時得到最大限度的發(fā)揮。這些微生物依靠相互間協(xié)同作用，形成一個組成復(fù)雜、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、功能廣泛的微生物群落。當(dāng)增殖馴化后的菌群投放到污水或淤泥中后，就無需再經(jīng)歷一個較長的適應(yīng)與磨合階段，迅速同需處理環(huán)境及其中原本具備分解能力的菌群融為一體，通過不斷增殖，分解、消耗環(huán)境中大量的有機物，起到治污的作用。
本發(fā)明中，微生物加入量可以根據(jù)需要而改變，這取決于如微生物種類、生活污水量、所希望的處理速度等。微生物的量為每毫升廢水含有1萬到幾百萬達到最佳處理效果，要求并不是很嚴(yán)格，視水體具體情況而確定用量。若需快速處理污水，則可加入較多的微生物或在微生物中加入促使其生長的營養(yǎng)物質(zhì)使其分解能力加強。
具體實施方式
以下是用實施例對本發(fā)明進行進一步說明。
實施例一采集工程菌種本發(fā)明的工程菌是從不同的污水或淤泥中采集得到的，最好能在需處理環(huán)境中采集。淤泥的采集是從淤泥中收集50-100克樣品，置于無菌器皿中；水樣的采集采用廣口無菌瓶中靜水層收集水樣，所有樣品都應(yīng)在24小時內(nèi)檢測，或4℃密封保存。
實施例二，工程原始菌種培養(yǎng)根據(jù)微生物生長的基本原則，微生物培養(yǎng)基的氮源含量為1-10％，碳源為2-20％，無機離子0.05-1％，有機物2-10％，生長促進因子如維生素、微量元素為0.01-0.5％、余量為蒸餾水。
實施例三光合細(xì)菌分離和富集培養(yǎng)方法(1)光合細(xì)菌培養(yǎng)基配方為(重量百分比)氯化銨0.05-0.2、醋酸鈉0.1-0.2、氯化鎂0.01-0.02、氯化鈣0.01-0.02、磷酸二氫鈣0.02-0.05、磷酸氫二鉀0.02-0.05、酵母膏0.02-0.05、蒸餾水99.0-99.5。(2)分離富集方法為把培養(yǎng)基的PH值調(diào)至為7.0，再用115℃高溫滅菌20分鐘，待冷卻后，加入3-5％待分離的污水或淤泥，在溫度25-30℃，厭氧光照下培養(yǎng)5-7天，培養(yǎng)液由無色變?yōu)榧t色，然后再轉(zhuǎn)接培養(yǎng)3次，獲得深紅色的液體為光合細(xì)菌菌液。
在上述實施例中，光合細(xì)菌培養(yǎng)基較佳配方為(重量百分比)氯化銨0.1、醋酸鈉0.2、氯化鎂0.02、氯化鈣0.02、磷酸二氫鈣0.05、磷酸氫二鉀0.05、酵母膏0.05、蒸餾水99.5。
實施例四，硝化菌的分離富集方法(1)培養(yǎng)基配方(重量百分比)葡萄糖0.5-1、硫酸鎂0.01-0.02、磷酸二氫鉀0.01-0.02、碳酸鈣0.2-0.5、蒸餾水98.5-99.5。(2)分離富集方法為把培養(yǎng)基的PH調(diào)至7.0-7.2，再用115℃高溫滅菌20分鐘，待冷卻后，加入3-5％待分離的底泥或污水，在溫度25-30℃，放置于通風(fēng)黑暗處培養(yǎng)3-4天，培養(yǎng)液由無色變?yōu)辄S色，然后再轉(zhuǎn)接培養(yǎng)2次，獲得黃色硝化菌菌液。
實施例五，需氧菌的分離富集方法(1)培養(yǎng)基配方(重量百分比)牛肉膏0.3、蛋白胨0.5、氯化鈉0.5、蒸餾水98.7。(2)分離富集方法為把培養(yǎng)基的PH調(diào)至7.0-7.5，再用115℃高溫滅菌20分鐘，待冷卻后，加入3-5％待分離的底泥或污水，在溫度25-30℃，放置于通風(fēng)黑暗處培養(yǎng)3-4天，培養(yǎng)液由無色變?yōu)榈S色，然后再轉(zhuǎn)接培養(yǎng)2次，獲得淺黃色需氧菌菌液。
實施例六，解磷菌的分離富集方法(1)培養(yǎng)基配方(重量百分比)磷礦粉0.02-0.05、磷酸二氫鉀0.01-0.02、磷酸氫二鉀0.01-0.02、蛋白胨0.3-0.5、氯化鈉0.3-0.5、有機磷0.1-0.2、蒸餾水98.7-99.4。(2)分離富集方法為把培養(yǎng)基的PH調(diào)至7.0-7.5，再用115℃高溫滅菌20分鐘，待冷卻后，加入3-5％待分離的底泥或污水，在溫度25-30℃，放置于通風(fēng)黑暗處培養(yǎng)3-4天，培養(yǎng)液由無色變?yōu)榈S色，然后再轉(zhuǎn)接培養(yǎng)2次，獲得淺黃色需氧菌菌液。
實施例七，工程菌的富集混合培養(yǎng)(1)培養(yǎng)基配方(重量百分比)磷酸氫鈣0.01-0.02、磷酸二氫鉀0.02-0.05、磷酸氫二鉀0.01-0.02、蛋白胨0.1-0.2、酵母膏0.2-0.5、碳酸鈣0.01-0.02、硫化鈉0.005-0.01、硫酸銨0.005-0.01和水96.5-99.3。(2)培養(yǎng)方法把培養(yǎng)基的PH調(diào)至7.0-7.5，再用115℃高溫滅菌20分鐘，待冷卻后加入原始工程菌，在溫度25-33℃，下培養(yǎng)5-7天，獲得工程菌菌群。
實施例八，馴化培養(yǎng)用逐漸增加培養(yǎng)液中污水或淤泥濃度的方法進行馴化。取一系列樣瓶，按不同的淤泥負(fù)荷投加工程菌菌群，平行地進行不同負(fù)荷、不同有機物質(zhì)濃度的試驗，根據(jù)微生物生長情況確定馴化的最佳參數(shù)，重復(fù)3次得馴化菌群。
實施例九，工程菌的馴化擴大培養(yǎng)根據(jù)馴化培養(yǎng)參數(shù)，如培養(yǎng)基的碳、氮比，最佳PH值，需氧量，溫度等參數(shù)，確定培養(yǎng)基成份，加入馴化菌群后，在溫度25-30℃下培養(yǎng)5-7天，獲得馴化菌劑，菌劑每毫升活菌數(shù)大于10億。
實施例十，取上海市郊某發(fā)臭水塘的污泥20公斤，處理前污泥的PH為7.98，COD為172.3，總氮為273.2mg/l，總磷為2.15。加入工程菌群，常溫常壓馴化10-15天，馴化后微生物菌群每毫升含菌2.6×109，其中芽孢桿菌占10％、假單胞菌15％、光合細(xì)菌30％、硝化細(xì)菌25％、酵母菌10％，乳酸菌5％，放線菌5％。處理后污泥的PH為7.36，COD為102.3，總氮為174.2 mg/l，總磷為1.04。
實施例十一，取重慶市某單位人工湖的污水20升，處理前污水的PH為7.84，COD為162.3，總氮為193.2mg/l，總磷為4.98。加入工程菌群，馴化培養(yǎng)10天，馴化后微生物菌群每毫升包含菌2.1×109，其中芽孢桿菌20％、假單胞菌30％、光合細(xì)菌25％、硝化細(xì)菌10％、酵母菌5％，乳酸菌10％。處理后污水的PH為7.24，COD為98.3，總氮為93.2mg/l，總磷為2.11。
實施例十二，取重慶市較某魚塘用水20升，處理前水的PH為7.63，COD為197.3，總氮為236.2mg/l。加入工程菌群，馴化培養(yǎng)10天，馴化后微生物菌群每毫升包含菌1.5×109，其中芽孢桿菌25％、假單胞菌30％、光合細(xì)菌40％、酵母菌5％。處理后污水的PH為7.31，COD為99.7，總氮為107.2mg/l。
實施例十三，取重慶市較某食品加工廠排放污水20升，處理前水的PH為6.54，COD為234.3，含油量750mg/l。加入工程菌群，馴化培養(yǎng)10天，馴化后微生物菌群每毫升包含菌2.4×109，其中芽孢桿菌35％、假單胞菌40％、光合細(xì)菌15％、酵母菌10％。處理后污水的PH為7.04，COD為78.7，含油量為12.3mg/l。
本發(fā)明的效果可以通過對污水處理的對比實驗進一步說明污水處理對比實施例1重慶市某污水排放口，取樣10升進行水質(zhì)治理試驗，方法一為工程菌直接投放，方法二為馴化后投放，處理時間為7天，結(jié)果如下PH COD氨 氮 總 氮 溶解氧 總 磷 懸浮物(mg/l)(mg/l)(mg/l) (mg/l) (SS)處理前 7.8296.24 77.10 149.7 1.742.72 60方法一 7.3645.73 70.32 127.3 2.862.54 54方法二 7.148.14 55.71 101.7 4.532.07 39污水處理對比實施例2重慶某區(qū)污水排放口，取底泥5公斤進行治理試驗，方法同上，結(jié)果如下。
污水處理對比實施例3沈陽市城郊某污水排放口，2000年6月取樣10升進行水質(zhì)治理試驗，方法為馴化后投放，處理時間為7天，結(jié)果如下PH COD 懸浮物 總磷 總氮(SS)(mg/l) (mg/l)處理前7.93124.6575 4.12 167.8處理后7.2331.65 37 2.48 98.7污水處理對比實施例4重慶某區(qū)污水排放口，取淤泥5公斤進行治理試驗，方法同上，結(jié)果如下PH COD 氨氮 總氮 總磷(mg/l) (mg/l) (mg/l)處理前7.97126.24 97.10189.7 3.85方法一7.5572.6175.31149.32 3.08方法二7.0428.1458.71107.4 2.23污水處理對比實施例5廣州市某郊區(qū)污水排放口，取淤泥5公斤進行治理試驗，方法同上，結(jié)果如下
PH COD 氨氮 總氮 總磷(mg/l) (mg/l) (mg/l)處理前8.17 166.42 127.08213.813.75方法一7.65 92.46 85.17 176.232.98方法二7.17 58.11 64.36 127.312.17本方法用于處理污水的總的效果總結(jié)如下
污水處理后可作為農(nóng)業(yè)灌溉或工業(yè)冷卻水。
權(quán)利要求
1.一種高效處理污水淤泥的微生物菌群的制備方法可分為以下四個步驟(1).工程原始菌種采集和培養(yǎng)從不同類型污水排放口滯水及淤泥中采集原始菌種，在26-33℃，PH＝6.5-7.5液態(tài)條件下培養(yǎng)5-10天，再通過生化及鏡檢分離，優(yōu)化富集培養(yǎng)，得到原始工程菌，密封后可在常溫下保存1-5個月，或可放至2-4℃的冷藏室保存或液氮保存。(2).菌種的富集混和培養(yǎng)按重量百分比，將磷酸氫鈣0.01-0.02、磷酸二氫鉀0.02-0.05、磷酸氫二鉀0.01-0.02、蛋白胨0.1-0.2、酵母膏0.2-0.5、碳酸鈣0.01-0.02、硫化鈉0.005-0.01、硫酸銨0.005-0.01和水96.5-98.0充分混合溶解，制得培養(yǎng)基，然后按10％在培養(yǎng)基中加入原始工程菌，在PH值保持6-7.5，溫度保持25-33℃的條件下培養(yǎng)7天。(3).工程菌的馴化培養(yǎng)，將需要處理的污水淤泥按1％-90％的不同負(fù)荷投加到培養(yǎng)基中，培養(yǎng)10-20天，得到馴化菌群。(4).馴化菌群的擴大培養(yǎng)，按照馴化培養(yǎng)條件進行大規(guī)模增菌培養(yǎng)，使菌劑每毫升活菌數(shù)大于10億。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效處理污水淤泥的微生物菌群的制備方法，其特征是微生物菌群包括厭氧菌、需氧菌、兼性菌及其混合物；優(yōu)選為芽孢桿菌、假單胞菌、光合細(xì)菌、硝化細(xì)菌、酵母菌及其混合物；優(yōu)選使用二種以上以天然微生物為主的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效處理污水淤泥的微生物菌群的制備方法，其特征是在步驟(1)中為了加速微生物的繁殖量，可在含碳源、氮源、生長促進因子的培養(yǎng)基進行培養(yǎng)，微生物培養(yǎng)基的氮源含量為1-10％，碳源為2-20％，無機離子0.05-1％，有機物2-10％，生長促進因子如維生素、微量元素為0.01-0.5％、余量為蒸餾水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于高效處理城市生活污水以及河灣、湖泊、池塘、沼澤封閉或半封閉水域中污水淤泥的微生物菌群的制備方法。方法包括的步驟是:工程原始菌種采集和培養(yǎng)、菌種的富集混和培養(yǎng)、工程菌的馴化培養(yǎng)、馴化菌群的擴大培養(yǎng)。本發(fā)明從微生物生長和代謝機制出發(fā),找到了一種能高效、高適應(yīng)性處理各種污水淤泥,特別是富營養(yǎng)環(huán)境中污水淤泥的微生物菌群制備方法。
文檔編號C02F3/34GK1348987SQ0112914
公開日2002年5月15日 申請日期2001年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月2日
發(fā)明者陳君, 雁杰 申請人:重慶和潤實業(yè)(集團)有限公司