專利名稱：利用養殖廢水和剩余活性污泥生產微生物絮凝劑的方法
技術領域：
本發明屬于廢水處理處置技術領域，具體涉及ー種采用兩步發酵エ藝，利用養殖廢水和剰余活性污泥生產微生物絮凝劑的方法，本發明所選用的微生物絮凝劑生產菌為紅平紅球菌。
背景技術：
長期以來，以鐵鹽、鋁鹽及其聚合物為代表的無機絮凝劑和以聚丙烯酰胺及其衍生物為代表的有機高分子絮凝劑，被成功應用于エ業廢水處理、飲用水浄化、污泥脫水、食品加工和發酵エ業中。盡管無機絮凝劑和有機絮凝劑具有良好的絮凝效果，而且成本低，但是它們在使用過程中對人體和環境造成了不可忽略的危害和污染。研究表明，鋁鹽不僅可誘發阿爾茨海默氏病，而且大量使用會導致污泥機械脫水困難；鐵鹽不僅具有很強的腐蝕 性，而且大量使用會増加處理水的色度，影響水質；聚丙烯酰胺是一種強致癌物，具有強烈的神經毒性，而且難以生物降解。這些缺點極大地限制了無機絮凝劑和有機絮凝劑在廢水處理中的廣泛應用。微生物絮凝劑是微生物在生長過程中產生的可生物降解的代謝產物，具有高效、無毒、無二次污染等優點，有良好的除濁、脫色、降解有機物的性能。目前，國內外對產絮微生物和微生物絮凝劑的報道越來越多，如鄧叔波等人采用曲霉寄生菌生產的絮凝劑對印染廢水具有高效的脫色性能，李忠等人采用枯草芽孢桿菌生產的絮凝劑在低溫飲用水處理中取得了較好的效果。雖然許多微生物絮凝劑已逐漸替代無機絮凝劑和有機絮凝劑應用于污水處理領域，但微生物絮凝劑生產成本高、生產效率低依然是限制其在實際水處理中廣泛應用的最大因素。因此，利用廉價的替代培養基生產微生物絮凝劑，合理優化發酵條件，能有效地解決生產成本高、生產效率低、絮凝能力低等問題，為生物絮凝劑在實際工程中的廣泛應用和エ業產業化提供契機。近年來，已陸續報道利用廉價培養基生產絮凝劑的研究，如劉暉等研究了青霉菌利用醬油廢水生產微生物絮凝劑，該生物絮凝劑處理高嶺土懸濁液的最佳用量為10 15ml/L ;周旭等采用假單胞菌CX-4利用魚粉加工廢水生產絮凝劑，存在絮凝劑生產效率低的缺陷，絮凝劑產量僅為0.612g/L;中國專利CN101225405A公開了克雷伯氏菌利用淀粉和復合氮源生產微生物絮凝劑的方法，該微生物絮凝劑可與金屬離子復配使用，使絮凝劑用量降低2 4倍，但在生產過程中存在以下缺陷所述的克雷伯氏菌種子液制備技術實施有困難；所復配的含鈣離子溶液和含鋁離子溶液用量大，一般為2 4mll5 20g/L的含鈣離子溶液和2 4ml 2 4g/L的含鋁離子溶液；生物絮凝劑的產量較低。中國專利CN101948183A公開了醬油曲霉菌利用啤酒廢水、糖蜜廢水和味精廢水等替代培養基生產微生物絮凝劑的方法，該絮凝劑可與PAC復配使用，對電鍍廢水中的Cu2+、Ni2+有一定的去除作用，但是在生產過程中存在以下缺陷種子培養基的碳源用量較大(30g/L);替代培養基需要外加碳源量也較大(10g/L);絮凝率只可以達到73. 9% ;絮凝劑的產量較低，僅為 I. 5 2. lg/L。
針對以上技術缺陷，本發明利用富含N、P、K的養殖廢水和富含有機質的污水處理廠剩余活性污泥生產微生物絮凝劑，一方面，碳源、氮源來源更加廣泛，且更加廉價，使得生產絮凝劑成本大大降低，廢物綜合利用，更容易實現絮凝劑生產的エ業化；另ー方面，與其它污泥資源化途徑相比，利用污泥生產微生物絮凝劑，污泥資源化附加值更高。
發明內容
本發明在于提供一種采用兩步發酵エ藝，利用養殖廢水和剰余活性污泥生產微生物絮凝劑的方法。本發明所選用的微生物絮凝劑生產菌為紅平紅球菌。本發明公開的微生物絮凝劑的生產方法如下I.選用紅平紅球菌作為微生物絮凝劑生產菌；2.菌株的種子培養將菌株從斜面保藏培養基接種到種子培養基中，于28 32°C、110 130rpm的條件下培養24 30h，獲得種子液；
3.污泥預處理將污泥處理廠剰余活性污泥漿液置于60 100°C條件下恒溫熱處理30 40min，使污泥細胞破碎；4.發酵培養基的制備將養殖廢水與上述預處理后的活性污泥按照體積比I : 5 I : 8混合,高壓滅菌；5.兩步發酵エ藝將種子液按I 2%的接種量接種至發酵培養基，采用兩步發酵エ藝發酵，即將發酵エ藝分為兩個階段第一階段，33 36°C、140 160rpm的條件下發酵24h，第二階段，28 32°C、110 130rpm的條件下發酵30 48h，得到發酵液；6.微生物絮凝劑的提取分析得知，本發明所生產的微生物絮凝劑絮凝成分主要分布在去菌體上清液中，微生物菌體的絮凝活性較低。因此將兩步發酵エ藝所得到發酵液在5000 6000rpm條件下離心20 30min,去菌體后即可得到液體微生物絮凝劑；在液體微生物絮凝劑中加入一定比例的預冷こ醇，得到沉淀物，將沉淀物真空干燥即可獲得所述微生物絮凝劑。本發明的優點I.本發明以富含N、P、K的養殖廢水和富含有機質的污水處理廠ニ沉池剩余活性污泥為廉價培養基，生產微生物絮凝劑，大幅度降低了微生物絮凝劑的生產成本(降低60% 70% )，同時實現了廢物的綜合利用和污泥的資源化；2.采用兩步發酵エ藝生產微生物絮凝劑，產絮周期短，為60h ；3.采用兩步發酵エ藝生產的微生物絮凝劑，對高嶺土懸浮液具有較好的絮凝效果，絮凝率高于85% ；4.無毒，兩步發酵エ藝生產的微生物絮凝劑，經鑒定其絮凝成分為蛋白質和多糖；5.由于菌株生長代謝快，生產絮凝劑周期短，而且可以實現廢物綜合利用，因此可用于產業化生產；6.兩步發酵エ藝生產的微生物絮凝劑，絮凝成分可生物降解，無二次環境污染；
具體實施例方式實施事例I采用兩步發酵エ藝利用養殖廢水生產微生物絮凝劑
I.微生物絮凝劑的生產從新鮮的紅平紅球菌斜面保藏培養基挑取少許菌落至裝有150ml種子培養基的250ml搖瓶 內，于30°C、120rpm的搖條件下培養24h。將此種子液作為生產絮凝劑時的接種液。配制發酵培養基養殖廢水I. OL ;蔗糖IOg ；KH2PO4 2. Og ；K2HP04 5. Og ；NaCl I. Og ；MgSO4 O. 2g;發酵培養基初始pH為8. O。按2% (v/v)的接種量將種子液接種至發酵培養基。在發酵初期的24h內采用發酵溫度35°C、搖床速度150rpm的發酵條件，縮短菌體生長的停滯期，使發酵液中菌體濃度在較短時間內達到較高水平；發酵后期的36h內采用發酵溫度30°C、搖床速度120rpm的發酵條件，最大限度利用營養物質生產絮凝劑。2.微生物絮凝劑的提取將兩步發酵エ藝獲得的發酵液經5000rpm離心30min，收集上清液。在上清液中添加O. 5%三氯甲烷和正丁醇(體積比4 I)，靜置6h，虹吸上清液，在上清液中添加2倍體積的預冷こ醇，4°C條件下靜置48h，經5000rpm離心30min，得到微生物絮凝劑粗制品。采用透析法進行絮凝劑粗產品的純化。微生物絮凝劑粗品溶于蒸餾水后，置于由半透膜組成的透析袋內進行透析，4°C條件下透析24h后，真空干燥獲得絮凝劑純品。3.結合
一步發酵エ藝和兩步發酵エ藝對絮凝率和菌體干重的影響附圖I :一步發酵エ藝和兩步發酵エ藝對絮凝率和菌體干重的影響(養殖廢水培養基)其中a、發酵溫度35°C，搖床速度150rpm的一歩發酵エ藝對絮凝率和菌體干重的影響b、發酵溫度30°C，搖床速度120rpm的一歩發酵エ藝對絮凝率和菌體干重的影響C、兩步發酵エ藝對絮凝率和菌體干重的影響如圖1(a)所示，在發酵溫度為35°C和搖床速度為150rpm的一步發酵條件下，發酵60h，菌體干重最大，為3. 24mg/L，絮凝率達到最高，為83. 2% ;如圖1(b)所示，在發酵溫度為20で和搖床速度為120rpm的一步發酵條件下,發酵66h,菌體干重最大,為3. 17mg/L,絮凝率達到最高，為85. 4% ;如圖1(c)所示，兩步發酵エ藝條件下，發酵60h，菌體干重最大，為3. 23mg/L,絮凝率達到最高，為88. 6 %，高于ー步發酵エ藝。4.微生物絮凝劑對高嶺土懸濁液的沉降將兩步發酵エ藝エ藝獲得的發酵液、I % (w/v)的CaCl2溶液與4g/L的高嶺土懸池液按I : 2. 5 : 50的體積比混合,300rpm攪拌lmin, 180rpm攪拌4min。靜置IOmin后，檢測所得絮凝率，達到88. 6%。說明紅平紅球菌利用養殖廢水生產的絮凝劑具有較好的絮凝性能。實施事例2采用兩步發酵エ藝利用養殖廢水和污水處理廠剩余活性污泥生產微生物絮凝劑I.微生物絮凝劑的生產從新鮮的紅平紅球菌斜面保藏培養基挑取少許菌落至裝有150ml種子培養基的250ml搖瓶內，于30°C、120rpm的搖條件下培養24h。將此種子液作為生產絮凝劑時的接種液。配制發酵培養基將污泥處理廠剰余活性污泥漿液置于100°C條件下恒溫熱處理30 40min，將養殖廢水與上述預處理后的活性污泥按照體積比I : 7混合，高壓滅菌；發酵培養基初始pH為8. O。按2% (v/v)的接種量將種子液接種至發酵培養基。在發酵初期的24h內采用發酵溫度35°C、搖床速度150rpm的發酵條件，縮短菌體生長的停滯期，使發酵液中菌體濃度在較短時間內達到較高水平；發酵后期的36h內采用發酵溫度30°C、搖床速度120rpm的發酵條件，最大限度利用營養物質生產絮凝劑。2.微生物絮凝劑的提取將兩步發酵エ藝獲得的發酵液經5000rpm離心30min，收集上清液。在上清液中添加O. 5%三氯甲烷和正丁醇(體積比4 I)，靜置6h，虹吸上清液，在上清液中添加2倍體積的預冷こ醇，4°C條件下靜置48h，經5000rpm離心30min，得到微生物絮凝劑粗制品。采用透析法進行絮凝劑粗產品的純化。微生物絮凝劑粗品溶于蒸餾水后，置于由半透膜組成的透析袋內進行透析，4°C條件下透析24h后，真空干燥獲得絮凝劑純品。3.結合
一步發酵エ藝和兩步發酵エ藝對絮凝率的影響附圖2 :—步發酵エ藝和兩步發酵エ藝對絮凝率的影響(養殖廢水-剩余活性污 泥培養基)如圖2所示，在發酵溫度為35°C和搖床速度為150rpm的一步發酵條件下，發酵60h，絮凝率達到最高，為78. 4% ;在發酵溫度為30°C和搖床速度為120rpm的一歩發酵條件下，發酵66h，絮凝率達到最高，為84. 3% ;兩步發酵エ藝條件下，發酵60h，絮凝率達到最高，為86. 9 %，高于ー步發酵エ藝。4.微生物絮凝劑對高嶺土懸濁液的沉降將兩步發酵エ藝エ藝獲得的發酵液、I % (w/v)的氯化鈣溶液與4g/L的高嶺土懸池液按I : 2. 5 : 50的體積比混合,300rpm攪拌lmin, 180rpm攪拌4min。靜置IOmin后，檢測所得絮凝率，達到86. 9%。說明紅平紅球菌利用養殖廢水和污水處理廠剩余活性污泥生產的絮凝劑具有較好的絮凝性能。
權利要求
1.采用兩步發酵エ藝，利用養殖廢水和ニ沉池剩余活性污泥生產微生物絮凝劑的特征步驟如下 (1)種子液的培養將菌株接種到種子培養基中，于28 32°C、110 130rpm的條件下培養24 30h，得到種子液； (2)微生物絮凝劑的生產采用兩步發酵生產方法生產絮凝劑第一歩，33 36°C、140 160rpm的條件下發酵24h,第二步，28 32°C、110 130rpm的條件下發酵30 48h ； (3)微生物絮凝劑的提取將兩步發酵生產得到發酵液在5000 6000rpm條件下離心20 30min，收集上清液；在上清液中加入I 2倍體積的預冷こ醇，得到沉淀物；將沉淀物真空干燥獲得微生物絮凝劑。
2.根據權利I所要求的微生物絮凝劑的生產方法，其特征在于種子培養基成分蛋白胨 8. O 10. Og/L,酵母粉 4. O 5. Og/L,牛肉粉 I. 5 2. 0g/L, NaCl 8. O 10. 0g/L, pH=7. O。
3.根據權利I所要求的微生物絮凝劑的生產方法，其特征在于養殖廢水發酵培養基成分養殖廢水 I. OL ;蔗糖 8. O IOg ；KH2PO4 I. O 2. Og ；K2HP043. O 5. Og ；NaCl 0. 2 I. Og ；MgS04 0. I 0. 2g,發酵培養基初始pH為8. O 9. O。養殖廢水-剩余活性污泥發酵培養基成分養殖廢水與預處理后的活性污泥按照體積比I : 5 I : 8混合，發酵培養基初始pH為6. O 8. O。
4.權利I所述的養殖廢水為厭氧后豬場廢水，COD濃度為1000 1300mg/L，氨氮濃度為1000 1200mg/L。權利I所述的剩余活性污泥為湖南省長沙市第二污水處理廠ニ沉池剰余活性污泥。
全文摘要
本發明公開了一種利用養殖廢水和剩余活性污泥生產微生物絮凝劑的方法。首先將菌株植入種子培養基，培養獲得種子液；其次在養殖廢水中加入蔗糖(作為補充碳源)、磷酸鹽(調節pH)制得養殖廢水發酵培養基，將養殖廢水與預處理剩余活性污泥按照體積比1∶5～1∶8混合，制得養殖廢水-剩余活性污泥發酵培養基；最后，接種1～2％的種子液至發酵培養基，采用兩步發酵工藝發酵生產絮凝劑生產微生物絮凝劑。本發明利用富含N、P、K的養殖廢水和富含有機質的剩余活性污泥生產微生物絮凝劑，大大降低生產成本，實現廢物綜合利用，生產方法簡便易行，生產的微生物絮凝劑具有較高的絮凝性能。
文檔編號C12P1/04GK102719482SQ201210047210
公開日2012年10月10日 申請日期2012年2月28日 優先權日2012年2月28日
發明者呂黎, 彭藍艷, 易鳴, 曾光明, 楊春平, 羅勝聯, 謝更新, 郭俊元 申請人:湖南大學