用于污水处理的微生物曲块、制备方法及其应用与流程

本发明涉及生物处理污水技术领域，尤其涉及一种用于污水处理的微生物曲块、制备方法及其应用。

背景技术：

随着经济的快速发展和人口的急剧增加，大量携带着各种有机物和氮、磷等营养物质的工业污水、农业污水和生活污水排入江河湖海中，使得各类受纳水体水质日趋恶化，危害了人类的健康。由于氮、磷是导致水体富营养化的主要营养元素，使得水体中的藻类急剧生长，大量藻类的生长消耗了水中的氧，使鱼类、浮游生物因缺氧而死亡，他们的尸体腐烂造成了水质污染，因此控制水体中氮磷含量是治理富营养化污水的根本。

目前，水中脱氮除磷的处理技术中，微生物脱氮除磷修复技术因具有较好的处理效果成为最为广泛使用的处理方法。但至今为止，国内外对于微生物的制剂大多数为水剂或者粉剂，但是由于水剂和粉剂的微生物制剂存在易于流失、有效期短、效果不稳定且应用的成本高等弊端，从而会限制其功能的充分发挥。因此，面对日益严重的农村水污染问题，将筛选、选育出的适宜降解特定污水的优势菌种加以固定，形成微生物固定化缓释产品，使其保持活性并且可反复利用，在水污染治理中可以组成一个可以快速、高效、连续的污水处理系统，已成为近年来的研究热点。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提出了一种用于污水处理的微生物曲块、制备方法及其应用，活性高，能够显著提高污水中氮和磷的去除率，持续周期长且稳定，制备成本较低，使用简单，可直接投放在污水处理设施中使用。

本发明采取的技术方案如下：本发明提供一种用于污水处理的微生物曲块，包括微生物营养组份、复合酶制剂、微生物复合菌剂、骨架材料以及成型助剂。

于本发明一实施例中，所述微生物营养组份包括玉米芯、木屑、棉花、麦秆、玉米秸秆和土豆淀粉中的至少一种或两种以上的混合物以及生长因子；所述复合酶制剂包括纤维素水解酶、脂肪酶、真菌木质素水解酶、淀粉酶、糖化酶和果胶酶中的至少一种或两种以上的混合物；所述微生物复合菌剂包括脱氮菌、油脂降解菌、聚磷菌、cod降解菌和红曲酶菌；所述骨架材料为聚丙烯掺杂聚羟基脂肪酸酯或聚羟基脂肪酸酯；所述成型助剂为固态油脂。

于本发明一实施例中，所述脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌的按不同比例混合形成低碳氮比微生物复合菌剂、低温环境微生物复合菌剂、脱氮除磷微生物复合菌剂或餐厨油脂微生物复合菌剂；所述低碳氮比微生物复合菌剂中脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌的质量比为6：1：1：1：1；所述低温环境微生物复合菌剂中脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌的质量比为7：0.5：1.5：0.5：0.5；所述脱氮除磷微生物复合菌剂中脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌的质量比为4：4：0.5：1：0.5；所述餐厨油脂微生物复合菌剂中油脂降解菌、cod降解菌、脱氮菌、除磷菌和红曲酶菌的质量比为6：2：0.5：1：0.5。

于本发明一实施例中，所述微生物营养组分的质量百分比为20-35％，所述微生物复合菌剂的质量百分比为20-40％，所述复合酶制剂质量百分比为1％-5％，所述骨架材料的质量百分比为10-20％。

本发明还提供一种用于污水处理的微生物曲块的制备方法，用于上述的用于污水处理的微生物曲块的制备，具体制备方法如下：

步骤一：将微生物营养组分和复合酶制剂均匀混合进行预处理，形成改性生物质材料；

步骤二：将脱氮菌、油脂降解菌、聚磷菌、cod降解菌和红曲酶菌分别经高密度发酵培养，离心收集菌体后，在自然条件下风干成曲，然后将脱氮菌、油脂降解菌、聚磷菌、cod降解菌和红曲酶菌按比例均匀混合形成微生物复合菌剂；

步骤三：将改性生物质材料、复合酶制剂、微生物复合菌剂、骨架材料和成型助剂均匀混合，制备成型，凝固后得到微生物曲块。

于本发明一实施例中，所述步骤一包括以下步骤：首先，将微生物营养组份在粉碎机中粉碎过筛，洗净后放置于自然条件下风干，待用；然后，在风干的微生物营养组份中添加5％质量比的复合酶制剂进行半固态发酵，持续时间两周，发酵完成后，收集固体粉末，再添加0.5-2％质量比的复合酶制剂制成改性生物质材料。

于本发明一实施例中，所述步骤二包括以下步骤：首先，将脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌分别涂布于lb固体培养基24h；然后，分别挑取各菌落在相同含有100ml的lb培养基的250ml摇瓶中在恒温振荡器37℃，200r/min条件下进行振荡培养24h，作为种子培养液转接入100l种子发酵罐进行二级种子液培养制备；接着，将二级种子培养液倒入含有5000l发酵罐中进行高密度发酵，其中，温度设置为37℃，通过补加浓氨水控制发酵罐中的ph为7.0-7.2，调节搅拌速度为500r/min；经高密度培养48h后，离心收集菌体，随后在自然条件下风干成曲。

于本发明一实施例中，所述改性生物质材料、复合酶制剂、微生物复合菌剂以及骨架材料和成型助剂总量的质量比为4：1：3：2。

本发明还提供一种用于污水处理的微生物曲块的应用，将上述的用于污水处理的微生物曲块投加如污水池中，所述污水处理的微生物曲块的投加体积为0.5-5kg/m³。

本发明的有益效果是：本发明提供一种用于污水处理的微生物曲块、制备方法及其应用，将微生物营养组份、复合酶制剂、微生物复合菌剂、骨架材料和成型助剂均匀混合形成固态的微生物曲块，微生物营养组份和复合酶制剂能够为微生物复合菌剂中菌种的存储、繁殖和生长代谢提供营养组份，微生物复合菌剂中含有多种菌种，对污水中的氮磷去除效果优异，骨架材料和成型助剂起到包裹支撑以及增强材料力学性能的作用，使得微生物曲块能够固化成型，相比较于水剂和粉剂的微生物制剂，具有不易流失、有效时间长、效果稳定以及成本低等特点。使用时，将微生物曲块投入污水处理设施中即可，操作简单。

附图说明

图1是本发明的微生物曲块的微生物相对丰度变化图；

图2是微生物曲块和微生物复合菌水剂的脱氮效果对比图；

图3是低碳氮比微生物复合菌剂、低温环境微生物复合菌剂和脱氮除磷微生物复合菌剂的脱氮效果图。

具体实施方式

下面结合各附图，通过具体实施例，对本发明进行详细、完整的描述。

本发明提供一种用于污水处理的微生物曲块，包括微生物营养组份、复合酶制剂、微生物复合菌剂、骨架材料以及成型助剂。将微生物营养组份、复合酶制剂、微生物复合菌剂、骨架材料和成型助剂均匀混合形成固态的微生物曲块，微生物营养组份和复合酶制剂能够为微生物复合菌剂中菌种的存储、繁殖和生长代谢提供营养组份，微生物复合菌剂中含有多种菌种，对污水中的氮磷去除效果优异，骨架材料和成型助剂起到包裹支撑以及增强材料力学性能的作用，使得微生物曲块能够固化成型，相比较于水剂和粉剂的微生物制剂，具有不易流失、有效时间长、效果稳定以及成本低等特点。使用时，将微生物曲块投入污水处理设施中即可，操作简单。其中，生长因子可以为微量元素和生物素等，用于调节微生物正常生长代谢和其他功能等多效应的物质。

微生物营养组份包括玉米芯、木屑、棉花、麦秆、玉米秸秆和土豆淀粉中的至少一种或两种以上的混合物以及生长因子；复合酶制剂包括纤维素水解酶、脂肪酶、真菌木质素水解酶、淀粉酶、糖化酶和果胶酶中的至少一种或两种以上的混合物；所述微生物复合菌剂包括脱氮菌、油脂降解菌、聚磷菌、cod降解菌和红曲酶菌；骨架材料为聚丙烯掺杂聚羟基脂肪酸酯和聚羟基脂肪酸酯；成型助剂为固态油脂。玉米芯、木屑、棉花、麦秆、玉米秸秆和土豆淀粉为含纤维素或多糖的天然材料，经预处理发酵后可以为微生物菌种稳定提高丰富的营养物质需求，同时生长因子的供给为微生物菌种代谢提供了必需的营养需求。骨架材料可以起到包裹支撑释以及增强材料力学性能的作用，聚丙烯掺杂聚羟基脂肪酸酯和聚羟基脂肪酸酯作为骨架材料，不仅需满足可被生物降解，价格经济，来源广泛，不产生二次污染，且其被反硝化过程的利用速率相对较低，从而可在微生物菌种降解污水中污染物质的全过程起到保护作用。

脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌的按不同比例混合形成低碳氮比微生物复合菌剂、低温环境微生物复合菌剂、脱氮除磷微生物复合菌剂和餐厨油脂微生物复合菌剂。将不同比例的菌种分别在低碳氮比污水、低温环境的污水、氮磷含量较高的污水以及含油量较高的餐厨油脂污水中进行优化，请参考表1所示，当低碳氮比微生物复合菌剂中脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌的质量比为6：1：1：1：1时，对低碳氮比的污水降解效果最佳，总氮去除率可达93.1％，总磷去除率可达80.8％；请参考表2所示，当低温环境微生物复合菌剂中脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌的质量比为7：0.5：1.5：0.5：0.5时，在低温环境中的污水降解效果最佳，总氮去除率可达95.1％，总磷去除率可达81.2％；请参考表3所示，当脱氮除磷微生物复合菌剂中脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌的质量比为4：4：0.5：1：0.5时，对氮磷含量较高的污水降解效果最佳，总氮去除率可达91.3％，总磷去除率可达90.2％；请参考表4所示，当餐厨油脂微生物复合菌剂中油脂降解菌、cod降解菌、脱氮菌、除磷菌和红曲酶菌的质量比为6：2：0.5：1：0.5时，对含油量较高的餐厨油脂污水降解效果最佳，油脂降解率可达99.8％。

表1低碳氮比微生物复合菌剂在不同菌种比例下处理低碳氮比污水的脱氮除磷效果

表2低温环境微生物复合菌剂在不同菌种比例下处理低温环境中的污水的脱氮除磷效果

表3脱氮除磷微生物复合菌剂在不同菌种比例下处理氮磷含量较高的污水的脱氮除磷效果

表4餐厨油脂微生物复合菌剂在不同菌种比例下处理含油量较高的餐厨油脂污水的脱氮除磷效果

优选地，微生物营养组分的质量百分比为20-35％，微生物复合菌剂的质量百分比为20-40％，所述复合酶制剂质量百分比为1％-5％，骨架材料的质量百分比为10-20％。

本发明还提供一种用于污水处理的微生物曲块的制备方法，用于上述的用于污水处理的微生物曲块的制备，具体制备方法如下：

步骤一：将微生物营养组分和复合酶制剂均匀混合进行预处理，形成改性生物质材料；

步骤二：将脱氮菌、油脂降解菌、聚磷菌、cod降解菌和红曲酶菌分别经高密度发酵培养，离心收集菌体后，在自然条件下风干成曲，然后将脱氮菌、油脂降解菌、聚磷菌、cod降解菌和红曲酶菌按比例均匀混合形成微生物复合菌剂；

步骤三：将改性生物质材料、复合酶制剂、微生物复合菌剂、骨架材料和成型助剂均匀混合，制备成型，凝固后即为微生物曲块。

步骤一包括以下步骤：首先，将微生物营养组份在粉碎机中粉碎过筛，洗净后放置于自然条件下风干，待用；然后，在风干的微生物营养组份中添加5％质量比的复合酶制剂进行半固态发酵，持续时间两周，发酵完成后，收集固体粉末，再添加0.5-2％质量比的复合酶制剂制成改性生物质材料。

步骤二包括以下步骤：首先，将脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌分别涂布于lb固体培养基24h；然后，分别挑取各菌落在相同含有100ml的lb培养基的250ml摇瓶中在恒温振荡器37℃，200r/min条件下进行振荡培养24h，作为种子培养液转接入100l种子发酵罐进行二级种子液培养制备；接着，将二级种子培养液倒入含有5000l发酵罐中进行高密度发酵，其中，温度设置为37℃，通过补加浓氨水控制发酵罐中的ph为7.0-7.2，调节搅拌速度为500r/min；经高密度培养48h后，离心收集菌体，随后在自然条件下风干成曲。

优选地，改性生物质材料、复合酶制剂、微生物复合菌剂以及骨架材料和成型助剂总量的质量比为4：1：3：2。

本发明还提供一种用于污水处理的微生物曲块的应用，将上述的用于污水处理的微生物曲块投加如污水池中，污水处理的微生物曲块的投加比为0.5-5kg/m³，具体的投加量根据水质情况和处理要求进行选择。

实施例1：

先在微生物营养组分中添加5％质量比的生物质降解复合酶制剂进行半固态发酵，持续发酵两周后，收集固体粉末，再添加2％质量比的复合酶制剂，均匀混合制成改性生物质材料。再对脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌分别进行高密度培养，粉干成曲，并按比例6：1：1：1：1：1混合形成微生物复合菌剂。然后按改性生物质材料、复合酶制剂、微生物复合菌剂以及骨架材料和成型助剂总量按4：1：3：2的质量比均匀混合，凝固成型后制成微生物曲块。将制得的微生物曲块投加入2.8t净化槽的好氧区和厌氧区中进行微生物相对丰度的测定，投加体积比为5kg/1m3，定时取净化槽中水样进行细菌总基因组提取，采用16srdna进行定量扩增，采用绝对定量，确定细菌16srdna基因拷贝数/ngdna，微生物丰度的测定结果请参考图1所示。经测定，微生物曲块在好氧区和厌氧区中均能够起到稳定缓释效果，微生物相对丰度随着运行天数趋于稳定，且微生物曲块的活性在运行三十天内均具有较高的微生物相对丰度。

实施例2

将脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌按实施例1中的比例均匀混合，并加入等量改性生物质材料和复合酶制剂制成微生物复合菌水剂。

将实施例1和实施例2中制得的微生物曲块和微生物复合菌水剂分别等量地投加入装有100ml污水的锥形瓶中，在37℃，100r/min的摇床中振荡培养，并定期取样检测其氨氮、硝酸盐和亚硝酸盐浓度，用以研究固定生物菌种的利用率及脱氮效果。微生物复合菌水剂和微生物曲块的脱氮效果请参考图2所示，微生物曲块与微生物复合菌水剂相比，脱氮率并没有下降，说明固体化微生物的利用效果可以持续。

实施例3

先在微生物营养组分中添加5％质量比的生物质降解复合酶制剂进行半固态发酵，持续发酵两周后，收集固体粉末，再添加2％质量比的复合酶制剂，均匀混合制成改性生物质材料。再对脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌分别进行高密度培养，粉干成曲，并按脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌的质量比为6：1：1：1：1混合形成低碳氮比微生物复合菌剂。然后按改性生物质材料、复合酶制剂、微生物复合菌剂以及骨架材料和成型助剂总量按4：1：3：2的质量比均匀混合，凝固成型后制成用于处理低碳氮比污水的微生物曲块。

将实施例3制得的微生物曲块分别投加于低碳氮比为5:1的10t一体化净化槽中，进行应用评估。实验采用同一水源，即水中的总氮含量(tn)相等，一组投加入微生物曲块，且投加体积比为0.5kg/1m³，另一组不加入微生物曲块，分别两组净化槽的出水tn。请参考图3所示，三十天内在低碳氮比水体中，投加微生物曲块后的净化槽出水tn去除率平均值为82.57％，未投加微生物曲块的净化槽出水tn去除率平均值为60.08％，且微生物曲块在三十天内的活性稳定。

实施例4

先在微生物营养组分中添加5％质量比的生物质降解复合酶制剂进行半固态发酵，持续发酵两周后，收集固体粉末，再添加2％质量比的复合酶制剂，均匀混合制成改性生物质材料。再对脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌分别进行高密度培养，粉干成曲，并按脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌的质量比为7：0.5：1.5：0.5：0.5混合形成低温环境微生物复合菌剂。然后按改性生物质材料、复合酶制剂、微生物复合菌剂以及骨架材料和成型助剂总量按4：1：3：2的质量比均匀混合，凝固成型后制成用于处理低温污水的微生物曲块。

将实施例4制得的微生物曲块分别投加于温度为15℃以下的10t一体化净化槽中，进行应用评估。实验采用同一水源，即水中的tn相等，一组投加入微生物曲块，且投加体积比为0.5kg/1m³，另一组不加入微生物曲块，分别两组净化槽的出水tn。请参考图3所示，三十天内在温度为15℃以下(低温)的水体中，投加微生物曲块后的净化槽出水tn去除率平均值为73.91％，未投加微生物曲块的净化槽出水tn去除率平均值为51.46％，且微生物曲块在三十天内的活性稳定。

实施例5

先在微生物营养组分中添加5％质量比的生物质降解复合酶制剂进行半固态发酵，持续发酵两周后，收集固体粉末，再添加2％质量比的复合酶制剂，均匀混合制成改性生物质材料。再对脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌分别进行高密度培养，粉干成曲，并按脱氮菌、聚磷菌、油脂降解菌、cod降解菌和红曲酶菌按4：4：0.5：1：0.5的比例混合形成脱氮除磷环境微生物复合菌剂。然后按改性生物质材料、复合酶制剂、微生物复合菌剂以及骨架材料和成型助剂总量按4：1：3：2的质量比均匀混合，凝固成型后制成用于处理含磷污水(＜10mg/l)的微生物曲块。

将实施例5制得的微生物曲块分别投加于含磷污水的10t一体化净化槽中，进行应用评估。实验采用同一水源，即水中的含磷总量(tp)相等，一组投加入微生物曲块，且投加体积比为0.5kg/1m³，另一组不加入微生物曲块，分别两组净化槽的出水tp。请参考图3所示，三十天内在含磷污水中，投加微生物曲块后的净化槽出水tp去除率平均值为89.98％，未投加微生物曲块的净化槽出水tp去除率平均值为75.19％，且微生物曲块在三十天内的活性稳定。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。