一种处理皮革废水的微生物菌剂及其制备方法与流程

本发明涉及一种针对皮革废水处理的复合菌剂及其制备方法。

背景技术：

据统计，目前我国由大中小型皮革厂20000余家，年排放废水量达8000-12000万吨，约占全国工业废水总量的0.3％。皮革行业产生的废水水量大，波动性强，成分复杂，含有大量悬浮物、有机物、氨氮和有毒物质等，通常表现为高浓度的S^2-和Cr³⁺，综合废水COD浓度在1000～4000mg/L，甚至更高，高浓度氨氮化合物，可生化性较差，含有大量的氯化物以及硫酸盐等中性盐。

现有皮革废水的处理技术主要包括化学絮凝、生物氧化、高级氧化技术、电化学及膜分离法等。化学絮凝用作预处理，去除硫化物、铬盐、颗粒及胶体类有机物；高级氧化技术及膜过滤用于废水的深度处理，其中高级氧化去除难降解有机污染物，膜法可去除有机污染物及部分盐度。而对于皮革废水中大量存在的COD、氨氮物质，常规的物化处理方法则显得无能为力，并且物化方法面临能耗大，投入大等问题，因此在皮革废水的处理中，通常采用物化和生化相结合的方法。已公布的发明专利中，《一种皮革废水的处理方法》(专利号：CN101941782A)、《一种皮革废水的处理工艺与处理系统》(申请号：CN201410758570.7)、《.一种皮革废水中含铬废水的处理工艺与处理系统》(申请号：CN201410758620.1)均是采用物化和生物相结合的方法，生物处理技术已成为不可缺少的部分而被广泛的应用，且生物方法处于核心位置，它能将有机污染物及氨氮大量消减，同时，生物单元效果好坏可能会直接影响后续深度处理效果及成本。以高级氧化技术的代表Fenton为例，过氧化氢投加量是Fenton运行费用的主要影响因素，而废水COD浓度又决定过氧化氢投加量。因此，充分发挥生物氧化的处理能力对皮革废水处理体系的经济、高效运行至关重要。

近年来，在废水处理中的生物工段投加微生物的启动方法逐渐开始使用，多采用投加某种特定微生物，以实现COD或氨氮去除率的提高。目前国内外的许多研究报道都已证实，好氧反硝化作用是常规存在的，文献报道产酸克雷伯菌(Klebsiella oxytoca)能够利用硝酸盐作为电子受体，在好氧环境下被还原为气体产物而使废水脱氮(Recombinant Klebsiella oxytoca Strains with Improved Efficiency in Removal of High Nitrate Loads.Appl.Environ.Microbiol.1998，vol.64，p5016-5019)，这些特效微生物经过筛选、培养、驯化后，投入到废水中，以目标污染物为碳源和能源，可以附着在载体上，也可以跟菌胶团结合。另外，发明专利《气单胞菌菌株及其应用》(公开号：CN104673711A)，公开了一种气单胞菌菌株，能够高效降解染料，可以应用到皮革废水对染料的降解中。而发明专利《一种皮革废水的处理方法》(专利号：CN101941782 A)中，公开了一种皮革废水的生物处理方法，系统由厌氧池和好氧池组成，通过在好氧池中投加复合微生物和活性炭填料，使好氧池中硝化细菌成为优势菌，并显著促进微生物菌种对水中COD的利用，实现了皮革废水中COD与氨氮的高效削减。但是现有资料中未见针对皮革废水研制的微生物菌剂及其制备的报道，本专利在大量实验验证的基础上，开发复合微生物菌剂，实现有机污染物及氨氮的高效降解。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决皮革废水中大量存在的COD、氨氮难以去除的技术难题而提供的处理皮革废水的复合菌剂及其制备方法。

复合菌剂由分枝杆菌(Mycobacterium sp.)、微杆菌(Microbacterium sp.)、巴氏比赤酵母(Pichia pastoris)、乳酸菌(Pediococcus acidilactici)、产酸克雷伯菌(Klebsiella oxytoca hbs1)、不动杆菌(Acinetobacter sp.)和液体培养基制成，其中，5种菌均已在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，保藏单位地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，分枝杆菌保藏编号为CGMCC No.6531，保藏日期为2012年9月6日；不动杆菌保藏编号为CGMCC No.6532，保藏日期为2012年9月6日；乳酸菌为保藏号为CGMCC No.5959；巴氏比赤酵母保藏编号为CGMCC No.5960；微杆菌保藏编号为CGMCC No.6530，保藏日期为2012年9月6日。

制备复合菌剂方法，按以下步骤实现：

①所述的复合菌剂中的六种菌分别接种于固体培养基上进行活化；②挑取活化好的单菌落分别接种于液体培养基上，在温度为25-30℃培养，所述的微生物菌剂，其特征在于，由如下重量份的组分组成：

其中，菌剂中活菌数各为1×10⁸-1×10⁹cfu/ml。余量以辅料补齐，即得处理皮革废水的复合菌剂；其中步骤①中固体培养基为每1000ml由2-7g的胰蛋白胨、1-5g的酵母浸粉、2-8g的牛肉膏、3-9g的NaCl、0.5-2g的Na₂HPO₄、1-5g的KH₂PO₄、12g的琼脂、3-10gNH₄Cl和余量的水组成，pH为6.0-8.0；步骤②中液体培养基每1000ml由2-7g的胰蛋白胨、1-5g的酵母粉、2-8g的牛肉膏、3-9g的NaCl、0.5-2g的Na₂HPO₄、1-5g的KH₂PO₄、3-10g的NH₄Cl和余量的水组成，pH值6.0-8.0。

所述的复合菌剂的制备方法中，步骤②中震荡速度为100-130r/min。

所述保藏号为CGMCC No.5959的乳酸菌可以分解葡萄糖和蛋白质，将其50％以上变换成乳酸，因此适宜在酸性环境下繁殖，并具有很强的抗酸能力，能够在pH＝3的环境中存活，相比其他乳酸菌更具有耐酸性。

所述乳酸菌为圆球状，在直角两个平面交替分裂形成四联状，一般细胞成对生，单生者罕见，不成链状排列。革兰氏阳性，不运动，产酸，兼性厌氧。在MRS培养基上菌落小，呈白色。沿洋菜穿刺线的生长物呈丝状。接触酶阴性，不产细胞色素。

所述保藏号为CGMCC No.5960的酵母菌具有高温发酵能力，能在60℃的温度下快速分解乳酸、氨基酸、有机物、蛋白质等基质，相比其他酵母菌繁殖能力更强，该菌能够和乳酸菌共存，对促进乳酸菌增值具有很重要的意义。所述菌种为球状菌，在麦芽汁琼脂上菌落为乳白色，无光泽，边缘有细缺口。在麦芽汁中培养，培养液表面有白而皱的粗糙的菌璞，底内有菌体沉淀。

所述的产酸克雷伯菌(Klebsiella oxytoca hbs1)，有荚膜，革兰氏阴性，异养兼性厌氧的铁还原菌，将其接种于皮革废水中富集培养后，能以显著的速度还原硝酸盐和亚硝酸盐。

所述的不动杆菌(Acinetobacter calcoaceticus hbs2)分离于某皮革废水，菌落为圆形，浅黄色，不透明，表面光滑，边缘整齐，细菌无荚膜，无芽孢，革兰氏阴性杆菌。将其接种于皮革废水中富集培养后，能以显著的速度还原硝酸盐和亚硝酸盐，可实现好氧反硝化作用。

所述6种微生物的鉴定均参照《伯杰细菌鉴定手册》(第八版)的内容，根据其形态特征和生理生化特征，以及根据其16S rDNA基因序列在Genbank中的检索。

所述的微生物菌剂，其降解的有机物浓度可达到6000mg/L。

经试验验证，上述任一复合菌可以应用于皮革废水的预处理中，用于去除COD和有机物。

本发明得到的复合菌剂在低温条件下(15-20℃)对皮革废水中有机物及氨氮具有较强的降解能力(最高去除率达到81％，平均去除率为68％)，同时能够降解氨氮(最大去除率为84％，平均去除率为70％)；30℃条件下对皮革废水去除率最高，本发明得到的复合菌剂对外界环境变化抵抗能力强，利用6种菌种组分种群相互协同，强化降解效果。

本发明提供一种处理皮革废水的方法，所述方法包括下列步骤：

(1)将所得菌液接种于3％糖蜜的培养基中，DO为2-6mg/L，温度25-30℃，培养10-16小时。

(2)好氧处理：添加6种菌剂中任一的微生物菌剂到好氧池进行好氧强化处理，去除大部分有机物及氨氮。

(3)所述的好氧处理中微生物菌剂的投加量为：1％-4％(v/v)。

(4)在好氧处理后活性污泥回流，将含有微生物的活性污泥进行回流，减少微生物的损失。

所述的微生物菌剂，可直接投放于废水前端，具有较强的抗冲击性和适应能力。

所述的微生物菌剂，存活率高，可在一定程度上降低废水的臭味，提高污泥的沉降性能。

本发明得到的复合菌剂应用于生物处理系统中，可缩短生物处理系统的启动时间，在短期内起到理想处理效果，本发明得到的复合菌剂使用方便，操作管理简单，效果明显，且出水硝酸盐与亚硝酸盐类不积累，不产生N₂O，安全可靠。

附图说明

图1、图2、图3为微生物菌剂在不同温度下对合成废水的氨氮和COD降解效果图。

图4为微生物菌剂对皮革废水的氨氮和COD降解效果图。

图5为微生物菌剂对稀释五倍后的皮革废水的氨氮和COD降解效果图。

图6为本发明实验装置的示意图。

具体实施方式

下面详细说明本发明的内容。

本发明复合菌剂可以有效地净化皮革废水，该水比一般河川污水的污染程度严重并且含有很多难分解性物质。

实施例1微生物菌剂在合成废水中的效果

将微生物菌剂置于含有糖蜜的培养基中，于30℃，110rpm培养12-24小时，然后于10000rpm离心5min，弃上清液，再用无菌水清洗2次，同样步骤离心，取下层菌剂分别以1％、2％、4％(v/v)浓度置于合成废水中，合成废水成分(g/L)：葡萄糖1.0；硫酸铵0.3；蛋白胨0.1；碳酸氢钠0.6；磷酸二氢钾0.15；七水合硫酸镁0.03；硫酸锰0.01；微量元素1毫升；蒸馏水1L。每个浓度做3组平行样。将合成废水放置于锥形瓶中，微生物菌剂接种于合成废水中，将锥形瓶置于摇床中，以110rpm转速摇晃锥形瓶，使其达到充氧的状态，每隔一段时间测定合成废水中的氨氮浓度。在30℃，25℃，20℃温度下，氨氮和COD的降解情况分别如图1、2、3。

结果表明：合成皮革废水原始氨氮浓度在74mg/L，COD为1181mg/L，在70小时内，微生物菌剂对氨氮浓度的去除均能达到90％以上，COD的去除率高于85％，说明该微生物菌剂能够实现废水中氨氮和COD的有效降解，同时温度能够影响降解效果，其中30℃温度下平均降解效率最高。

实施例2微生物菌剂在皮革废水中的应用效果

实施例提供微生物菌剂强化处理实际皮革废水的方法，该方法主要步骤与实施例1相同，区别在于以实际皮革废水代替合成废水进行实验研究。在30℃温度下，氨氮和COD的降解情况分别如图4所示。将皮革废水稀释5倍，在30℃温度下，氨氮和COD的降解情况分别如图5所示。

结果表明：皮革废水原始氨氮浓度在168.6mg/L，COD为3326mg/L，在67小时内，微生物菌剂对氨氮浓度的最高去除率接近50％，说明该微生物菌剂能够实现实际皮革废水中氨氮的有效降解。稀释5倍的皮革废水原始氨氮浓度为35.9mg/L，COD为647mg/L，在67小时内，微生物菌剂对氨氮浓度的最高去除率为71.2％，比未稀释时的去除率高，该微生物菌剂在氨氮浓度较低的情况下降解效果更佳。

实施例3以微生物菌剂高效强化生物活性炭技术处理高浓度皮革废水

实施例利用图6实验装置进行水处理的方法如下：将微生物菌液加入至生物活性炭滤池3中，同时利用空压机4在生物活性炭滤池3中的活性炭下方曝气，实现微生物菌剂快速负载活性炭，其溶解氧(DO)为2-6mg/L，温度为25-30℃，曝气挂膜培养10-16小时后，成功构建好氧生物活性炭滤池。

待处理皮革废水置于水箱1中，由进水泵2打入生物活性炭滤池3中，与此同时，对生物活性炭滤池3连续曝气，保持溶解氧(DO)为2-6mg/L。皮革废水原始氨氮浓度在173.1mg/L，COD为5750mg/L，经好氧生物活性炭滤池3运行4天后，出水氨氮降至1mg/L以下，COD低于200mg/L，降解效率较高，实现有效降低有机物及氨氮的作用。