专利名称：一种改善活性污泥沉降性能的复合菌剂及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改善活性污泥沉降性能的复合菌剂及其制作方法，属于发酵及污水处理领域。
背景技术：
污水处理一般使用物理处理法和生物处理法相结合的二级处理工艺，其中生物处理法主要是利用活性污泥来降解污水中的污染成份。活性污泥中微生物的种类和活性是影响污水处理效果的重要因素，另外，活性污泥在二沉池中的沉降性能直接影响出水的质量和污水处理系统运行效率；同时外排的污泥在污泥池中一般要添加絮凝剂进行浓缩沉淀， 然后进行压榨除水。目前广泛应用的絮凝剂有以下几类①是无机盐类物质，如铝盐、铁盐，处理效果不理想。②其聚合物处理效果虽良好， 但用量大，对环境有二次污染。③有机合成高分子类物质，如聚丙烯酰胺及其衍生物等，具有用量少、絮凝速度快的优点，但残留物不易被生物降解，且其单体有强烈的神经毒性和致癌、致畸、致突变效应，造成二次污染。为了克服以上化学试剂存在的缺点，近年来一种新的絮凝剂——微生物絮凝剂被开发出来，其优点是表面积大、转化能力强、产生菌来源分布广、高效、无毒、可消除二次污染，所以可应用范围广泛。但是，利用微生物纯种发酵来制备微生物絮凝剂，生产过程要求设备多，条件高，造成其使用价格也高，不利于大规模工业应用。因此，若能利用可以产生絮凝性物质的微生物，培养后直接投加到污水处理系统中，使其能同原活性污泥中微生物产生一种协同效应，改善活性污泥的沉降性能的同时，不影响或者可以加强原有系统的污水处理效率，将可产生巨大的环境与经济效益。目前，复合菌剂的生产方法主要是通过分别发酵各成分菌种，然后再按照一定比例混合制成菌剂。这种生产方法的优点是根据不同菌种的特点，选择不同的培养基和发酵条件，可以达到各种菌的最优化生产，并且最终菌剂的成分比例易于控制；但是这种方法也有一定不足，如需要的设备等生产要素多、混合后的菌剂其中的各种菌活性状态等不同， 投加后要有一段适应期或者出现由于竞争力不同而产生菌剂活菌比例出现较大变化等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改善活性污泥沉降性能的复合菌剂，由酱油曲霉(Aspergillus sojae)CGMCC 3· 661、红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)ACCC 02579和铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)CGMCC No. 1. 239组成；其中酱油曲霉 20 30 %，铜绿假单胞菌40 60 %，红平红球菌20 30 %，利用微生物表面积大、转化能力强、进行高效、无毒的消除二次污染。上述三种菌的含量最佳优选值酱油曲霉含量25% ；铜绿假单孢菌含量50% ；红平红球菌25%。本发明要解决的另一个技术问题是提供一种生产所述复合菌剂的方法，主要包括如下步骤在高密度发酵用基础培养基中依次接种酱油曲霉(Aspergillus sojae) CGMCC 3· 661、红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)ACCC 02579 和铜绿假单胞菌 (Pseudomonas aeruginosa) CGMCC No. 1. 239 进行发酵培养，控制温度为沘 32 °C、 pH6. O 7. 5、溶解氧为1 5mg · L—1，发酵过程中分批流加总体积为高密度发酵用基础培养基体积10 20%的质量浓度50 60%的葡萄糖溶液，发酵总时间为75 80h。所述高密度发酵用基础培养基组成如下葡萄糖10 15g · ΙΛ大豆蛋白胨8 12g · L—1、磷酸二氢钠8 12g · L—1、玉米浆2 5g · L—1、微量元素母液0. 1 0. 5mL · L—1、 发酵用消泡剂(PPE高效聚醚消泡剂)0. 01 0. ImL · L—1、用磷酸调节pH至6. 5。酱油曲霉后培养Mh，再接种红平红球菌，继续培养Ia1后再接种铜绿假单胞菌。所述葡萄糖溶液在接种铜绿假单胞菌1 后开始流加，于Mh内流加完毕。在接种酱油曲霉后控制pH在6. 3 士0. 2，接种红平红球菌后直至发酵结束控制pH 在 7. 0 士 0. 2。具体发酵工艺如下(1)菌种的平板活化将保存在-80°C冰箱中的菌种取出，冰上融化，分别无菌操作接种于相应的平板培养基中，30°C恒温培养12 36h，备用。(2)种子液制备分别挑取平板培养基上的单菌落，无菌接种于装有相应培养基的三角瓶中，30°C、 以适当转速在水平摇床上培养15 Mh。(3)上罐发酵首先将6. 5L基础培养基放入10L发酵罐中，121°C灭菌25min，待培养基冷却后，通入无菌空气并以300rpm的转速搅拌5min。停止通气，设置此时的溶解氧水平为100% (约为 7 8mg · L"1) ο将酱油曲霉菌种子液按照1 2%的体积比接种到发酵罐中，控制pH在6. 3 士0. 2 的水平(设置发酵罐控制程序，由在线检测系统控制的蠕动泵决定氨水的添加速度)，温度 30°C，开始发酵；24h后再按同样的接种量接种红平红球菌，接种前调节pH到7. 0士0. 3，继续发酵1 ；然后接种铜绿假单孢菌，培养1 后开始补料。补料方式参考三种微生物进入对数生长期的时机，按照指数形式的速度添加，设置IL的补料量的补料时间为Mh，补料结束后，继续发酵1 池后结束发酵培养(可以参考PH的变化，当pH上升，开始高于7. 5时， 即结束发酵)。整个发酵培养过程中，通过改变搅拌桨转速及通入压缩空气或纯氧的方式控制溶解氧水平在30% (约为ang·!/1)以上。发酵结束后，发酵液中菌体干重达到SOg*!/1 及以上。本发明提供的复合菌剂絮凝能力强，无公害，能与活性污泥原有微生物产生良好的协同效应，改善活性污泥的沉降性能，有效防止污泥膨胀和提高二沉池处理效率；本发明中设计的培养基具有价格低廉(仅为LB培养基的15%左右)、满足本复合菌剂的工业化高密度发酵要求；设计的发酵工艺控制条件达到了复合菌剂的高密度生产要求(发酵结束后，发酵液中菌体干重达到30g · L—1及以上)，实现了节省设备等生产要素的投资(如果三种成分分别进行生产，要么至少要三套发酵设备同时使用、要么同一套设备要三个生产周期才能达到相同的效果，也就是说设备等生产资料的投资可以节省60%以上)；混合菌剂
4发酵后各菌种比例及活性都符合要求的目的按照本技术的控制要点，发酵结束后三种成分完全可以达到要求的比例，为复合菌剂的规模化生产及应用奠定了基础。
图1为酱油曲霉菌在所选培养基中的生长曲线；图2为铜绿假单胞菌在所选培养基中的生长曲线；图3为红平红球菌在所选培养基中的生长曲线；图4为混合菌种高密度发酵过程中微生物量增长曲线。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此实施例1改善活性污泥沉降性能的复合菌剂改善活性污泥沉降性能的复合菌剂，由酱油曲霉(Aspergillus sojae) CGMCC 3· 661、红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)ACCC 02579 和铜绿假单胞菌 (Pseudomonas aeruginosa) CGMCC No. 1.239组成；其中酱油曲霉20 30%，铜绿假单胞菌 40 60 %，红平红球菌20 30 %。实施例2优化的改善活性污泥沉降性能的复合菌剂三种菌的含量最佳优选值酱油曲霉含量25% ；铜绿假单孢菌含量50% ；红平红球菌25%。实施例3改善活性污泥沉降性能的复合菌剂的制备方法1.菌种的活化(1)酱油曲霉(Aspergillus sojae)CGMCC 3· 661 的活化将保存在 _80°C冰箱中的菌种取出，冰上融化，无菌操作接种于平板培养基上，30°C恒温培养M 36h，待单菌落出现且大小适合挑取接种时，用封口膜密封后，4°C冰箱保藏备用。Czapek' s平板培养基蔗糖 30g · Γ1、琼脂粉 15g · Γ1、NaN0s3g · Γ1、MgSO4 · 7H20 0. 5g · Γ1、KCl 0. 5g · Γ1、 FeSO4 ·4Η20 0. Olg .IAK2HPO4Ig · L—1、用去离子水溶解后调节 pH 至 6. 5，121°C灭菌 25min， 无菌条件下倒入平皿中冷却备用。(2)铜绿假单孢菌ACCC 40100的活化将保存在_80°C冰箱中的菌种取出，冰上融化，无菌操作接种于平板培养基上，30°C恒温培养M 36h，待单菌落出现且大小适合挑取接种时，用封口膜密封后，4°C冰箱保藏备用。牛肉膏蛋白胨琼脂培养基牛肉膏3g · L—1、蛋白胨IOg · L—1、氯化钠5g · L_\琼脂粉15g · L_\用去离子水溶解后调节pH至7. 0，121°C灭菌25min，无菌条件下倒入平皿中冷却备用。(3)红平红球菌(Rhodococcus erythropo lis) ACCC 02579 的活化将保存在-80°C冰箱中的菌种取出，冰上融化，无菌操作接种于平板培养基上，30°C恒温培养12 Mh，待单菌落出现且大小适合挑取接种时，用封口膜密封后，4°C冰箱保藏备用。营养肉汁琼脂培养基蛋白胨5g · L—1、牛肉膏3g · L-\NaCl 5g · L—1、琼脂粉15g · Λ去离子水溶解后调节PH至7. 0，121°C灭菌25min，无菌条件下倒入平皿中冷却备用。2.种子液的制备(1)酱油曲霉种子液的制备取冰箱保藏平板培养菌种，无菌操作挑取单菌落接种于装有200ml Czapek' s液体培养基的500ml三角瓶中，30°C、IOOrpm恒温培养M 36h。种子液培养基为上述菌种活化时使用的对应培养基不加琼脂粉。(2)铜绿假单孢菌种子液的制备取冰箱保藏平板培养菌种，无菌操作挑取单菌落接种于装有200ml牛肉膏蛋白胨培养基的500ml三角瓶中，30°C、180rpm恒温培养M 36h。种子液培养基为上述菌种活化时使用的对应培养基不加琼脂粉。(3)红平红球菌种子液的制备取冰箱保藏平板培养菌种，无菌操作挑取单菌落接种于装有200ml营养肉汁培养基的500ml三角瓶中，30°C、150rpm恒温培养12 Mh。种子液培养基为上述菌种活化时使用的对应培养基不加琼脂粉。3.上罐发酵(1)上罐准备工作①将发酵罐通气系统中的除菌滤器及相应软管拆下，用纱布及牛皮纸包裹后连同装有补料培养基的补料瓶和用作装PH调节液的空瓶一起121°C灭菌25min后备用。补料培养基成分碳源为质量分数为60%的葡萄糖溶液。②将6. 5L溶解好的基础培养基放入IOL发酵罐中，121°C灭菌25min。基础培养基葡萄糖12g · L—1、大豆蛋白胨IOg · L—1、磷酸二氢钠IOg · L—1、玉米浆3g · L—1、微量元素母液0. 3mL · L—1、发酵用消泡剂(PPE高效聚醚消泡剂)0. OSmL · L—1、用磷酸调节pH至6. 5。③待培养基冷却后，装上除菌滤器及相应软管，通入无菌空气并以300rpm的转速搅拌5min。停止通气，设置此时的溶解氧水平为100%。④无菌条件下，将氨水装入灭菌好的空瓶中，并将其和补料瓶分别经软管通过蠕动泵连接到发酵罐加样孔(蠕动泵与在线检测系统相连，并可根据检测数据自动调节加样速度)。(2)发酵过程在发酵过程中，温度全程控制在30°C;溶解氧的控制目标为30%以上，当溶氧不足时，第一选择是提高搅拌速度。当速度达到500rpm还不能满足溶解氧需要时，开始通入无菌压缩空气，搅拌桨速度回落至200rpm左右；随着菌体增加所造成的需氧升高，可以通过加大通气量来增加溶氧，当需氧量进一步增加时，可以考虑通入无菌纯氧和压缩空气的混合气体来增加溶解氧水平。发酵罐的排气管有单向截止阀，控制发酵罐顶部的空气压力稍高于大气压，并防止外面的空气进入发酵罐。①将酱油曲霉种子液140ml无菌操作接种到发酵罐中，控制pH在6. 3士0. 2的水平(设置发酵罐控制程序，由在线检测系统控制的蠕动泵决定氨水的添加速度)、温度 30°C、搅拌桨转速为150rpm开始发酵。②发酵开始24h后，无菌操作，再按同样的接种量接种红平红球菌，接种前调节pH 到7.0 士 0.2，继续发酵12h。③最后无菌操作接种铜绿假单孢菌种子液140ml，继续培养1 后开始补料。补料方式参考三种微生物进入对数生长期的时机，按照指数形式的速度添加，设置IL的补料量的补料时间为Mh，补料结束后，继续发酵池左右，结束发酵过程。④关闭排气阀，通过通气产生的压力，将发酵液从出料口排出。⑤取混勻的发酵液稀释一定倍数后，镜检，观察到三种菌的数量为酱油曲霉63 个，铜绿假单孢菌150个，红平红球菌73个，确认各菌种比例在控制范围内。
⑥发酵结束后，取IOml发酵液放入称量瓶中，100°C烘箱中干燥至恒重并称量其质量，计算后得到发酵液中菌体干重达到30g · L—1。补充发酵结束后，发酵液中的复合菌种的比例。实施例2 本实施例与实施例1的不同点是，基础培养基配方为葡萄糖15g · L_\大豆蛋白胨12g · L—1、磷酸二氢钠Sg · L—1、玉米浆5g · L—1、微量元素母液0. 2mL · L—1、发酵用消泡剂 (PPE高效聚醚消泡剂)0. ImL 用磷酸调节ρΗ至6. 5。其他步骤及所选参数与实施例1 相同，发酵结束经计算后得到发酵液中菌体干重达到28. 7g · Γ1。补充发酵结束后，发酵液中的复合菌种的比例。实施例3 本实施例与实施例1的不同点是，基础培养基配方为葡萄糖IOg · L_\大豆蛋白胨Sg · L—1、磷酸二氢钠Sg · L—1、玉米浆2g · L—1、微量元素母液0. 2mL · L—1、发酵用消泡剂 (PPE高效聚醚消泡剂)0. 05mL · L_\用磷酸调节ρΗ至6. 5。其他步骤及所选参数与实施例 1相同，发酵结束经计算后得到发酵液中菌体干重达到28. Ig · Γ1。补充发酵结束后，发酵液中的复合菌种的比例。实施例4:按照以上实施例1生产的复合菌剂应用与某县市政污水处理厂生化段曝气池该污水处理工艺为日处理量30000m3/D，进水水质(月平均)化学需氧量(CODUMmg·!/1、 生物需氧量(B0D5)210mg · L—1、悬浮固体含量(SS) 105mg · Γ1 ；使用本复合菌剂前出水水质(月平均)化学需氧量(CODWOmg·!/1、生物需氧量(BOD5) 35!^·!^、悬浮固体含量 (SS) 20mg · Γ1 ；使用复合菌剂后出水水质(月平均)化学需氧量(C0D)45mg · L—1、生物需氧量(BOD5) 15mg · L—1、悬浮固体含量(SS)Smg · L—1。可见按本发明方法培养获得的复合菌剂对二沉池活性污泥的沉降效果的增益显著，这样的话可以适当缩短水力停留时间，提高整个污水处理厂的污水处理效率。以上显示了和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围内所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一种改善活性污泥沉降性能的复合菌剂，其特征在于由酱油曲霉(Aspergillus sojae)CGMCC 3.661、红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)ACCC 02579 和铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa) CGMCC No. 1. 239 组成；其中酱油曲霉 20 30%，铜绿假单胞菌40 60 %，红平红球菌20 30 %。
2.权利要求1所述的复合菌剂，其特征在于最佳配比为酱油曲霉含量25%;铜绿假单孢菌含量50% ；红平红球菌25%。
3.权利要求1所述复合菌剂的制作方法，包括如下步骤在高密度发酵用基础培养基中依次接种酱油曲霉(Aspergillus so jae) CGMCC 3.661、红平红球菌(Rhodococcus erythropo lis) ACCC 02579 和铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa) CGMCC No. 1· 239 进行发酵培养，控制温度为28 32°C、pH6. O 7. 5、溶解氧为1 5mg化―1，发酵过程中分批流加总体积为高密度发酵用基础培养基体积10 20%的质量浓度50 60%的葡萄糖溶液，发酵总时间为75 80h。
4.权利要求3所述的方法，其特征在于所述高密度发酵用基础培养基组成如下葡萄糖10 lSg.r1、大豆蛋白胨8 12g*L-\磷酸二氢钠8 12g · Γ1、玉米浆2 5g · Γ1、 微量元素母液0. 1 0. 5mL · L_\发酵用消泡剂0. 01 0. ImL · L_\用磷酸调节pH至6. 5。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于酱油曲霉后培养Mh，再接种红平红球菌，继续培养1 后再接种铜绿假单胞菌。
6.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于所述葡萄糖溶液在接种铜绿假单胞菌 15h后开始流加，于Mh内流加完毕。
7.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于在接种酱油曲霉后控制pH在6.3士0.2， 接种红平红球菌后直至发酵结束控制pH在7. O 士 0. 2。
全文摘要
本发明公开了一种改善活性污泥沉降性能的复合菌剂，由酱油曲霉(Aspergillussojae)CGMCC3.661、红平红球菌(Rhodococcuserythropolis)ACCC02579和铜绿假单胞菌( Pseudomonasaeruginosa)CGMCCNo.1.239组成。此复合菌剂絮凝能力强，无公害，能与活性污泥原有微生物产生良好的协同效应，改善活性污泥的沉降性能，有效防止污泥膨胀和提高二沉池处理效率。此外，本发明中设计的培养基具有价格低廉、满足本复合菌剂的工业化高密度发酵要求；设计的发酵工艺控制条件达到了复合菌剂的高密度生产要求(发酵结束后，发酵液中菌体干重达到30g·L-1及以上)，实现了节省设备等生产要素的投资，为复合菌剂的规模化生产及应用奠定了基础。
文档编号C12R1/66GK102399694SQ20111035056
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者倪丹, 徐卫东, 荆政 申请人:江苏商达水务有限公司