废水处理菌种的筛选方法及碱减量废水的处理方法与流程

本发明属于生化污水处理
技术领域：
，具体涉及一种废水处理菌种的筛选方法及碱减量废水的处理方法。
背景技术：
工业废水水质一般随生产产品的种类、工艺的不同而变化，带有典型的行业特点，导致常规的活性污泥常难以对工业废水进行有效的处理，所以需要针对性的筛选菌群。以印染中的典型废水碱减量废水为例,碱减量废水的成分较为复杂，一般含有聚酯织物的水解产物，如对苯二甲酸(ta)、乙二醇(eg)、聚酯低聚物(pet)以及少量助剂(如n，n-聚氧乙稀基烷基胺、耐碱渗透剂、季铵盐阳离子表面活性剂)等,造成废水codcr值高。其中，对苯二甲酸含量高达75％，是碱减量印染废水的特征污染物。由于碱减量处理过程中常常加入过量的碱，因此废水ph值一般超过12。碱减量废水处理难度较大，在实际工程中，经常将碱减量废水混入其他退浆、印花等印染废水中混合稀释处理。虽然碱减量工艺废水水量不大，只占总水量的5％～20％，但碱减量废水的高负荷、高ph值，对常规印染废水处理体系的冲击起主导作用研究发现，对碱减量废水进行酸析-絮凝沉淀预处理，既可以去除50％以上的codcr，又能回收大部分苯甲酸，实现资源化利用。然而，在酸析时，调节ph过程会引入大量的盐分，常需要额外加水稀释才能使混合体系正常运行，勉强达标。因此，对碱减量废水进行纯酸析处理再大量加水稀释的方法不管是从效果上还是成本上都并不是很理想。针对酸析处理引入的盐分，可进一步采用生化处理方法针对性处理，以减少稀释用水。然而，传统的生化处理方式，因菌种筛选方式所限，菌种筛选周期比较长，短期内无法从大范围菌种库中筛选出针对性很强的菌株；若想缩短筛选周期，只能缩小筛选范围，无法做到筛选范围和筛选周期的两全。技术实现要素：为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种高效的废水处理菌种的筛选方法。本发明所采用的技术方案为：一种废水处理菌种的筛选方法，所述方法包括如下步骤：1)初筛，从备选菌株中选出在废水培养基中生长最快的多个菌株，并记录菌株的生长速度和对废水的降解速率；2)第一组合筛选，将步骤1)所筛选出的菌株两两混合在废水培养基中培养，检测混合菌株的生长速度，并剔除掉对多种其他菌株有生长抑制作用的菌株；3)第二组合筛选，将步骤2)所筛选出的菌株两两混合在废水培养基中培养，检测混合菌液对废水的降解速率，并剔除掉对多种其他菌株有拮抗作用的菌株，最终得到种子菌株。进一步地，所述步骤1)包括以下步骤：11)在菌种库中选取多个备选菌株，将所述备选菌株添加lb培养基进行单独培养而获得备选菌液；12)取废水，往所取废水中添加营养物质制作废水培养基；13)取备选菌液与所述废水培养基以第一比例混合成混合液，培养第一时间后选出菌株生长速度符合要求的混合液；14)取步骤13)所筛选出的混合液与废水培养基以第二比例混合成混合液，培养第二时间后选出菌株生长速度符合要求的混合液，其中，所述第二比例低于所述第一比例，所述第二时间小于所述第一时间；15)取步骤14)所筛选出的混合液继续与废水培养基以第二比例混合成混合液，培养第二时间后选出菌株生长速度符合要求的混合液，如此重复多次，最终选出生长速度最快的多个菌株。进一步地，在所述步骤1)、步骤2)、步骤3)中，往菌株中添加lb培养基或废水培养基的操作均是通过高通量移液平台吸取培养基再移至盛有菌株或菌液的96孔板中实现的。本发明的目的还在于提供一种能有效降低碱减量废水codcr的废水处理方法，处理方法。所采取的技术方案为：先对所述碱减量废水进行酸析预处理得到预处理废水，再利用前述废水处理菌种的筛选方法从嗜耐盐菌种资源库中筛选出种子菌株，再进行如下步骤：4)将所述种子菌株投入预处理废水培养基中培养，同时投入能够降解所述种子菌株代谢物或过剩的营养物质的辅助菌株进行培养，得到混合菌种。5)在装有预处理废水的废水池中投入营养物质和所述混合菌种，设置两级好氧,鼓风机曝气使溶解氧达到4mg/l-5mg/l，温度25℃-30℃，废水池连续进出水，控制水力停留时间48h-72h进行降解。5、根据权利要求4所述的碱减量废水处理方法，其特征在于：所述酸析预处理的方法为：将碱减量废水ph调节至3.0-3.5进行酸析，酸析后滤掉白泥沉淀，再将ph回调至6.0-7.0。进一步地，所述步骤12)中的营养物质为：酵母粉、蛋白胨、尿素和磷酸二氢钾，添加营养物质后，废水中codcr：氨氮：总磷的比例为200:5:1。进一步，在步骤13)中，菌液与废水培养的混合体积比为：1:2，培养温度为35℃，培养时间为72h；在步骤14)中，菌液与废水培养的混合体积比为：1:6，培养温度为35℃，培养时间为48h；所述步骤15)的重复次数为3次。进一步地，在步骤2)中，根据步骤1)所筛选出的菌株在两两混合前先进行单独扩大培养至的吸光度od600不小于0.5，两两混合后的菌液与废水培养的混合体积比为：1:3，混合菌株的培养条件为35℃、80rpm、振荡培养，培养时间为48h，混合菌株生产速度的检测方法为：每隔6小时酶标仪od600检测菌株生长浓度。进一步地，在步骤3)中，根据步骤2)所筛选出的菌株在两两混合前先进行单独扩大培养至的吸光度od600不小于0.5，混合菌液与废水培养的混合体积比为：1:2，混合菌株的培养条件为35℃、120rpm、振荡培养，培养时间为四天，混合菌液对废水的降解速率的检测方法为：每隔12小时取水样经12000rpm高速离心去除菌体后测定codcr值，取最小值为实验结果。进一步地，所述种子菌株为假单胞菌和海藻希瓦氏菌，所述辅助菌株为芽孢杆菌。本发明筛菌方法的有益效果为：本发明所提供的菌种筛选方法，通过初筛选出在废水中生长速度快的菌株，仅通过生长速度这一表征，可快速地从大范围备选菌株中筛选出符合条件的菌株，保证了足够大的筛选范围。再根据第一组合筛选剔除掉对多种其他菌株有生长抑制的菌株，根据第二组合筛选剔除掉对多种其他菌株的降解速率有拮抗作用的菌株，提高了对菌株筛选的针对性。通过如上筛选方法，不仅筛菌针对性强，而且筛菌更全面，能够快速在大基数备选菌株中选取对废水处理针对性强的种子菌株，适用于工业废水快速、大规模、高效的筛菌，提高了筛菌的成功率。本发明所提供的碱减量废水处理方法通过采用如上所述的菌种筛选方法快速从嗜盐菌菌种库中筛选出种子菌株，提高了筛菌效率和筛菌效果。同时还在种子菌株中引入能够降解种子菌株代谢物或过剩的营养物质的辅助菌株进行培养，得到混合菌种，该混合菌株不仅能够针对原废水中的有害物质进行降解处理，还能够将种子菌株进行生化处理所产生的二次污染物进行降解处理，进一步提高了对废水的净化能力。附图说明图1是混合菌种对碱减量废水的降解实验中废水池出水的codcr与实验时间的关系示意图；图2是混合菌种对碱减量废水的降解实验中废水池出水的nh3-n浓度与实验时间的关系示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明做进一步阐释。本实施例提供一种废水处理菌种的筛选方法，包括以下步骤：1)初筛，从备选菌株中选出在废水培养基中生长最快的多个菌株，并记录菌株的生长速度和对废水的降解速率。其中，备选菌株可根据所要处理的废水来选择。如废水盐含量较高，则从嗜耐盐菌种库中选取备选菌株；如废水中纤维素和木质素含量较高，则从腐菌库中选取备选菌株；如废水中杂环化合物较多，则从芽孢杆菌库中选取备选菌种。2)第一组合筛选，将步骤1)所筛选出的菌株两两混合在废水培养基中培养，检测混合菌株的生长速度，通过对比混合菌株的生长速度和步骤1)中所记录的单个菌株的生长速度，剔除掉对多种其他菌株有生长抑制作用的菌株。具体地，在本实施方式中，某一菌株b对另一菌株a有生长抑制作用的评判标准为：菌种a+b混合后的组合生长速度低于a+a的组合的80％就说明b对a有抑制作用。3)第二组合筛选，将步骤2)所筛选出的菌株两两混合在废水培养基中培养，检测混合菌液对废水的降解速率，通过对比混合菌株的生长速度和步骤1)中所记录的单个菌株的生长速度，剔除掉对多种其他菌株有拮抗作用的菌株，最终得到种子菌株。具体地，在本实施方式中，某一菌株b对另一菌株a有拮抗作用的评判标准为：菌种a+b混合后的codcr降解速率速度低于a+a的组合的80％就说明b对a有拮抗作用。进一步地，步骤1)包括以下步骤：11)在菌种库中选取多个备选菌株，将备选菌株添加lb培养基进行单独培养而获得备选菌液。为了进一步提高菌种筛选速度，在本实施方式中，采用高通量移液平台和96板配合实现此步操作。具体地，先将备选菌株保存在96孔板中，再利用高通量移液平台，每孔接入lb培养基，培养一段时间后获得备选菌液。12)取废水，往所取废水中添加营养物质制作废水培养基。当然，针对某些营养物质丰富的废水，如食品加工废水，也可以不用往废水中添加营养物质。13)取备选菌液与废水培养基以第一比例混合成混合液，培养第一时间后选出菌株生长速度符合要求的混合液。具体地，在本实施方式中，在此步骤中，备选菌液与废水培养基以1:2的比例混合，培养72h后，吸光度od600不小于0.5作为生长速度符合要求的标准。14)取步骤13)所筛选出的混合液与废水培养基以第二比例混合成混合液，培养第二时间后选出菌株生长速度符合要求的混合液。具体地，在此步骤中，备选菌液与废水培养基以1:6的比例混合，培养48h后，吸光度od600不小于0.5作为生长速度符合要求的标准。因第二比例低于第一比例，第二时间小于第一时间，所以该步骤的筛选条件比步骤13)的筛选条件更严苛，因而可以快速缩小备选范围。当然，在其他实施方式中，也可以单独降低菌种配比比列或单独减少培养时间来进行筛选，只要该步骤的筛选条件比步骤13)的筛选条件更严苛即可。15)取步骤14)所筛选出的混合液继续与废水培养基以第二比例混合成混合液，培养第二时间后选出菌株生长速度符合要求的混合液，如此重复多次，选出生长速度最快的多个菌株。经过如此反复筛选后，不仅大大缩小了备选范围，减少了后续组合筛选的工作量，还同时对备选菌种起到了驯化作用，因此，菌株完成筛选后，可省去驯化的过程，直接可用于污水处理，为后续处理过程节省了时间。基于上述菌种筛选方法，本发明还提供了一种碱减量废水处理方法，该方法先对碱减量废水进行酸析预处理得到预处理废水，酸析后，废水中盐浓度非常高，因此，从嗜耐盐菌种资源库中选取培养周期短、耐盐大于3％的备选菌株，再利用预处理废水按上述菌种筛选方法从嗜耐盐菌种资源库中筛选出种子菌株。由于，在制备废水培养基时，往废水中投入了过量营养物质以保证菌种的生长速度，为了消除菌种降解过程中对废水造成的二次污染，本方法还通过如下步骤制取混合菌种：将所述种子菌株投入预处理废水培养基中培养，同时投入能够降解所述种子菌株代谢物或过剩的营养物质的辅助菌株进行培养，得到混合菌种。最后是混合菌种的投入：在装有预处理废水的废水池中投入营养物质和所述混合菌种，设置两级好氧,鼓风机曝气使溶解氧达到4-5mg/l，温度25℃-30℃，废水池连续进出水，控制水力停留时间48h-72h进行codcr降解。具体地，在本实施方式中，所述酸析预处理的方法为：将碱减量废水ph调节至3.0-3.5进行酸析(主要采用硫酸进行ph值调节)，酸析后滤掉白泥沉淀，再将ph回调至6.0-7.0。步骤12)中的营养物质为：酵母粉(0.5g/l)、蛋白胨(0.5g/l)、尿素和磷酸二氢钾分别作为氮源和磷源，添加营养物质后，废水中codcr：氨氮：总磷的比例为200mg/l:5mg/l:1mg/l。在步骤13)中，菌液与预处理废水培养的混合体积比为：1:2，培养温度为35℃，培养时间为72h；在步骤14)中，菌液与预处理废水培养的混合体积比为：1:6，培养温度为35℃，培养时间为48h；所述步骤15)的重复次数为3次。在步骤2)中，根据步骤1)所筛选出的菌株在两两混合前先进行单独扩大培养至的吸光度od600不小于0.5，两两混合后的菌液与废水培养的混合体积比为：1:3，混合菌株的培养条件为35℃、80rpm、振荡培养，培养时间为48h，混合菌株生产速度的检测方法为：每隔6小时酶标仪od600检测菌株生长浓度。在步骤3)中，根据步骤2)所筛选出的菌株在两两混合前先进行单独扩大培养至的吸光度od600不小于0.5，混合菌液与废水培养的混合体积比为：1:2，混合菌株的培养条件为35℃、120rpm、振荡培养，培养时间为四天，混合菌液对废水的降解速率的检测方法为：每隔12小时取水样经12000rpm高速离心去除菌体后测定codcr值，取最小值为实验结果。具体地，本申请人通过采用上述菌种筛选方法筛选出的种子菌株为：假单胞菌(pseudomonasprosekii)和海藻希瓦氏菌(shewanellaalgae)；由于大量氮源的投入，预处理废水在生化降解的过程中氨氮超标，因此，辅助菌株选用对氨氮降解效果好的芽孢杆菌。本发明的优点在于：(1)通过初筛选出在废水中生长速度快的菌株，仅通过生长速度这一表征，可快速地从大范围备选菌株中筛选出符合条件的菌株，保证了足够大的筛选范围。(2)初筛过程中，采用有梯度的筛选方法对备选菌株进行筛选，进一步加快了筛选速度。(3)在初筛过程中，同时完成了对菌种的驯化，简化了种子菌株的培育过程，利于检测驯化过后的各菌株的生产速度和降解效率，据此得到更精准、更客观的筛选结果。(4)采用两次组合筛选，分别剔除掉对其他菌株有生长抑制作用和拮抗作用的菌株，从量和质两方面保证了生化污水处理的成功率。(5)通过在种子菌株中添加辅助菌株，去除生化处理给废水带来的二次污染，提高了废水处理质量。实验部分1.废水、仪器和检测方法废水采自浙江丽水某超纤制品公司碱减量工艺段。废水性质：强碱性高浓度废水，ph>14，盐度4％-5％(硫酸盐为主)，废水中含有ta、pet及eg等，codcr为25800mg/l,nh3-n为148mg/l，tp未检测出。仪器：jc-101型codcr恒温加热器(聚创兴业环保仪器商行)；氨氮(nh3-n)、总磷(tp)采用连华科技6b-5c(v8)多参数水质测定仪测定；溶解氧采用雷磁jpb-607a便携式溶解氧测定仪测定。codcr采用国标法gb11914—1989《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》测定；氨氮(nh3-n)、总磷(tp)采用多参数水质测定仪测定；溶解氧采用便携式溶解氧测定仪测定。2.菌株来源与筛选2.1菌种保存集成化菌株选育系统的菌种采用真空冷冻干燥方法保藏在96孔板中。96孔板每个孔中保存一株单菌，单菌用lb培养基培养后，100ul菌液与100ul脱脂奶粉(121℃灭菌20min)混合，真空冷冻干燥机中冷冻干燥4小时后密封盒中-20℃保存。2.2碱减量废水预处理和碱减量废水培养基的制作根据研究，针对碱减量废水的酸析预处理，以ph3.0-3.5为较理想值。采用浓硫酸将试验废水ph调节至3.0-3.5左右进行酸析，加pam20mg/l,滤掉白泥沉淀后将废水ph回调至6.5左右，向其添加0.5g/l酵母粉，0.5g/l蛋白胨，污水以尿素为氮源，磷酸二氢钾为磷源，codcr：氨氮：总磷＝200mg/l:5mg/l:1mg/l的比例进行水质调整。根据需要，在121℃灭菌20min。若为固体培养基，则向其添加2％的琼脂粉。2.3初筛从嗜耐盐菌种库中选取培养周期短、耐氯化钠盐度大于3％的菌种，总计有2000株菌株备选。将2000株菌种借用高通量移液平台，每孔接入200ullb培养基(121℃灭菌20min)从菌种库中复制到63个平板中待用(每株菌设3个重复)。吸取70ul菌液与140ul碱减量废水培养基(121℃灭菌20min)混合于新的96孔板中，35℃培养，选取培养72h后经酶标仪检测菌液吸光度od600大于0.5的菌株，吸取30ul菌液与180ul碱减量废水培养基(121℃灭菌20min)转接培养，48h培养后选取菌液吸光度od600大于0.5的菌株继续进行30ul菌液与180ul碱减量废水培养基体系的转接实验，连续转接三批，挑选出在碱减量废水培养基中生长速度最快的100株菌种进行后续的菌种组合筛选实验，同时记录菌株的生长速度和对codcr的降解速率。2.4第一组合筛选将2.3中筛选获得的100株生长最快的菌株利用调节过营养比例的碱减量废水96孔板中培养至od600＝0.5，体积约为200ul。然后菌株之间两两组合，以菌液体积比1:1的比例混合成总体积50ul的混合菌液，补加调节过营养比例的碱减量废水150ul，35℃,80rpm振荡培养48h。培养过程中每隔6小时酶标仪od600检测菌株生长浓度。剔除掉对菌株有生长抑制作用的菌种(菌种a+b混合后的组合生长速度低于a+a的组合的80％就说明b对a有抑制作用)。2.5第二组合筛选将2.4中筛选获得的有待后续研究的菌株利用调节过营养比例的碱减量废水独立扩大培养至od600＝0.5，体积约为50ml。然后菌株之间两两组合，以菌液体积比1:1的比例混合成总体积100ml的混合菌液，补加调节过营养比例的污水200ml，置于500ml锥形瓶中35℃、120rpm振荡培养四天。培养过程中每隔12小时取水样经12000rpm高速离心去除菌体后测定codcr值，取最小值为实验结果。选取72h对废水codcr降解率超过80％的菌种并且剔除待研究菌株之中对多种其他菌株有拮抗作用的菌株(菌种a+b混合后的codcr降解速率速度低于a+a的组合的80％就说明b对a有抑制作用)，剩余的菌株称为种子菌株。2.6混合菌种的配置将种子菌种混合于碱减量废水培养基中培养，以5:1的体积比例补充芽孢杆菌(bacillussp.)形成碱减量废水降解的混合菌种。2.7混合菌种对碱减量废水的降解实验模拟碱减量污水处理工程现场好氧段工艺，将混合菌种(od600＝0.5)与经预处理的碱减量废水1:4比例混合，设置两级好氧，总体积200l，每级100l，温度控制在25-30℃左右，鼓风机曝气使溶解氧达到4-5mg/l，培养72h后用蠕动泵泵入调节过营养比的且经过预处理的碱减量废水，停留时间72h，每6h监测出水codcr和nh3-n浓度变化。3实验结果3.1酸析预处理后的废水水质采用浓硫酸，将原废水ph值调至3.0～3.5，加pam20mg/l，絮凝去除白色沉淀后测定水质，结果见表1。表1：指标codcr/(mg·l-1)nh3-n/(mg·l-1)tp/(mg·l-1)酸析后的废水水质15575188.40.693.2菌种筛选结果按2.3进行初筛后，最后剩下6株符合要求的菌株，详见表2。表2：菌种保藏号测序结果od600n59marinobactervinifirmus0.6013h13shewanellaalgae0.6696h1exiguobateriumprofundum0.798xco129paracoccuscarotinifaciens0.7112l13enterobacterkobei0.8841xco194pseudomonasprosekii0.71373.3混合菌株对碱减量废水的处理结果按2.7进行72小时的降解实验后，codcr变化如附图1所示，nh3-n的浓度变化如附图2所示。4实验结论结合表1、图1和图2可知，经2.7降解实验进行72小时后，碱减量废水中的codcr从酸析后的15575mg/l降到了250mg/l以下，nh3-n的浓度由酸析后的188.4mg/l经添加营养物质后增为：500mg/l，72小时降解实验后，降至25mg/l以下，均达到了三级排放标准。侧面证明了本发明筛菌方法的成功，而整个菌种筛选时间只有20天左右，与动辄半年到一年的传统筛菌方法相比，大大缩短了筛菌时间。本发明针对碱减量工业废水的筛菌实验适用于所有可用活性污泥法处理的工业废水，且筛菌方法效率较常规筛菌方法高100倍以上，不仅能大大缩减工作量，而且筛菌更全面，借助后续科学的组合筛菌法更有可能选育出对废水处理效果最好的混合菌群，提高了工业废水筛菌的成功率。本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。当前第1页12