一种用于柠檬酸污泥生物沥浸处理的微生物营养剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于污泥处理技术领域，更具体地说，涉及一种用于柠檬酸污泥生物沥浸处理的微生物营养剂及其制备方法和应用。

背景技术

柠檬酸是一种重要的有机物，广泛应用于人造饮料、食品工业、医药工业、化学工业和洗涤工业。生产柠檬酸主要以薯干或玉米为原料，依次经原料处理、发酵、提取、精制等工序，在生产过程中产生大量高浓度有机废水，废水生化处理过程会产生大量高含水率(98％左右)的柠檬酸污泥，对柠檬酸污泥进行深度脱水实现减量化，对后续资源化利用及整个污泥处理成本降低起着至关重要的作用。

生物沥浸技术是近年来新兴起的污泥深度脱水新技术，污泥处理过程完全利用生物沥浸专属微生物在曝气条件下对污泥进行脱水性能改性，经板框压滤机直接压滤至含水量低于 60％的泥饼，具有运行费用低、保全污泥有机质和热值、不会增加脱水污泥干物质量、完全采用微生物无需添加任何絮凝剂或助凝剂、可完全去除污泥恶臭和病原菌，是一种环境友好型污泥处置技术。

鉴于生物沥浸技术在污泥深度脱水上的明显优势，已在城市污水处理厂污泥处置中得到广泛应用，在无锡、哈尔滨、桐乡、宁波等地形成污泥处理工程，日处理污泥达3000万吨。值得注意的是，柠檬酸污泥产生过程与城市污泥完全不同，污泥性质上存在明显差异，污泥中残留大量的残糖、有机酸、钙沉淀物、蛋白质、有机色素等，柠檬酸废水多采用厌氧-好氧法处理，废水中各种复杂有机物分解转化成小分子有机酸，因此采用城市污泥生物沥浸专属微生物及营养剂无法满足柠檬酸污泥生物沥浸微生物生长的需要，究其原因在于生物沥浸技术脱水效果的优劣与营养剂种类、数量息息相关，两种污泥生物沥浸所采用的微生物营养剂截然不同。

由于复合微生物菌群中各种微生物的类型以及生长条件的不同，因此简单的将适合于各微生物自己生长的营养剂相互混合，并不能满足整体复合微生物的生长需求，甚至会抑制某些微生物的正常生长繁殖。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中缺少合适的微生物营养剂的问题，本发明提供一种用于柠檬酸污泥生物沥浸处理的微生物营养剂及其生产工艺，该微生物营养剂为复合药剂，包括提供微生物生长的能源物质和营养物质，提升微生物活性，保证柠檬酸污泥生物沥浸处理运行的稳定性。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种微生物营养剂，该营养剂原料配方及质量百分比如下：该营养剂原料配方及按质量百分比如下：蔗糖10～15％、淀粉1～5％、蛋白胨1～2％、几丁质2～5％、磷酸二氢钾3～5％、磷酸氢氨3～5％、硫酸铵5～8％、七水合硫酸镁1～3％、五水硫代硫酸钠1～4％、硝酸钙1～ 3％、硫酸锰1～2％、硫酸锌1～3％、氯化钾1～3％、七水合硫酸亚铁10～25％、磷酸一铵1～2％、尿素1～2％、复合维生素2～5％、硫粉5～8％、硅藻土15～25％。

更进一步地，所述的硅藻粒径大于80目。

更进一步地，所述的复合维生素为维生素A、维生素B、维生素C按质量比1：2：1混合而成。

更进一步地，该营养剂原料配方及按质量百分比如下：该营养剂原料配方及按质量百分比如下：蔗糖10％、淀粉5％、蛋白胨2％、几丁质2％、磷酸二氢钾3％、磷酸氢氨3％、硫酸铵5％、七水合硫酸镁1％、五水硫代硫酸钠4％、硝酸钙1％、硫酸锰1％、硫酸锌3％、氯化钾1％、七水合硫酸亚25％、磷酸一铵1％、尿素1％、复合维生素2％、硫粉5％、硅藻土25％。

任意一项上述的微生物营养剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)分别按比例称取蔗糖、淀粉、蛋白胨、几丁质、磷酸二氢钾、磷酸氢氨、硫酸铵、七水合硫酸镁、五水硫代硫酸钠、硝酸钙、硫酸锰、硫酸锌、氯化钾、七水合硫酸亚铁、磷酸一铵、尿素、复合维生素、硫粉；

(2)将蔗糖、淀粉、蛋白胨、几丁质、磷酸二氢钾、磷酸氢氨、硫酸铵、七水合硫酸镁、五水硫代硫酸钠、硝酸钙、硫酸铁、硫酸锰、硫酸锌、氯化钾、七水合硫酸亚铁、磷酸一铵、尿素、复合维生素、硫粉与填充料硅藻土按比例放入搅拌器中，充分混合、搅拌均匀；

(3)分装。

上述的微生物营养剂用于柠檬酸污泥生物沥浸处理的微生物的培养。

更进一步地，所述的用于柠檬酸污泥生物沥浸处理的微生物由氧化硫硫杆菌TS6、氧化亚铁硫杆菌LX5、克雷伯氏菌F1复合组成。

更进一步地，氧化硫硫杆菌TS6、氧化亚铁硫杆菌LX5、克雷伯氏菌F1的菌体数量比例为(2～5)：(1～5)：(1～5)。

根据柠檬酸污泥的特性，本发明申请人开发了一种全新的柠檬酸污泥生物沥浸方法，该方法采用的复合微生物菌群包括氧化亚铁硫杆菌LX5(A.ferrooxidans LX5，保藏号为CGMCC NO.0727)、氧化硫硫杆菌TS6(A.thiooxidans TS6，保藏号CGMCC NO.0759)、克雷伯氏菌 F1(Klebsiella sp.保藏号CGMCC NO.3032))。其中氧化亚铁硫杆菌LX5和氧化硫硫杆菌TS6 为化能自养型微生物，主要以无机物质为能源物质，如铁盐、单质硫、硝酸盐、磷酸盐、钾盐等，并配合少量微量元素如锌、锰等。克雷伯氏菌F1为异养菌，需要以有机物质为能源物质，如淀粉、葡萄糖、蛋白胨、小分子有机酸等。这3种微生物复合培养时，由于特性的不一样，氧化亚铁硫杆菌LX5和氧化硫硫杆菌TS6为嗜酸性微生物，需要培养体系pH在3.0 以下，同时生长过程中产酸可使培养体系pH迅速降低至1.0以下，会抑制异养菌的生长活性，同时，异养微生物培养基中的小分子有机酸会对自养菌氧化亚铁硫杆菌LX5和氧化硫硫杆菌 TS6产生毒害抑制作用，因此直接将各自的营养剂配方组合起来调整比例使用，达不到复合菌群和谐共生的目的。

几丁质是一种广泛存在于自然界的含氮多糖类生物性高分子，是一种带正电荷的活性基团的生物纤维，具有特殊的理化特性和生物活性，可有效增强、调节生物生长机制。本发明将该物质加入到营养剂中，可明显改善上述3种微生物相互抑制作用，达到协同共生的目的，经48h培养后各微生物菌密度大于10⁸个/mL。

生物材料保藏信息

氧化亚铁硫杆菌LX5，分类名为Thiobacillus ferrooxidans，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为中国.北京.中关村，保藏日期为2002年3月13日，保藏号为CGMCCNo.0727。

氧化硫硫杆菌TS6，分类名为Thiobacillus thiooxidans，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为中国.北京.中关村，保藏日期为2002年7月4日，保藏号为 CGMCCNo.0759。

克雷伯氏菌F1，分类名为Klebsiella sp.，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为北京市朝阳区大屯路，中国科学院微生物研究所，保藏日期为2009年 4月23日，保藏号CGMCCNo.3032。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明微生物营养剂专门针对柠檬酸污泥生物沥浸处理的复合微生物菌群研究得到，能使生长特性不同的氧化硫硫杆菌TS6、氧化亚铁硫杆菌LX5、克雷伯氏菌F1达到协同共生的目的。

(2)本发明的一种用于柠檬酸污泥生物沥浸处理的微生物营养剂，其主要成分为碳源物质、氮源物质、硅藻土，并与大量无机微量元素配合，可满足柠檬酸污泥生物沥浸复合微生物菌群生长的营养需求，保证生物沥浸系统稳定运行。

(3)本发明原料具有价格低廉、易得、无污染的优点，其生产工艺操作简单、方便。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1

柠檬酸污泥生物沥浸处理的微生物营养剂，原料配方及按质量百分比如下：蔗糖10％、淀粉5％、蛋白胨2％、几丁质2％、磷酸二氢钾3％、磷酸氢氨3％、硫酸铵5％、七水合硫酸镁1％、五水硫代硫酸钠4％、硝酸钙1％、硫酸锰1％、硫酸锌3％、氯化钾1％、七水合硫酸亚25％、磷酸一铵1％、尿素1％、复合维生素2％、硫粉5％、硅藻土(粒径大于80目)25％。

复合维生素为维生素A、维生素B、维生素C按质量比1：2：1混合而成。

生产上述1000kg柠檬酸污泥生物沥浸处理的微生物营养剂的工艺步骤如下：

(1)蔗糖100kg、淀粉50kg、蛋白胨20kg、几丁质20kg、磷酸二氢钾30kg、磷酸氢氨30kg、硫酸铵50kg、七水合硫酸镁10kg、五水硫代硫酸钠40kg、硝酸钙10kg％、硫酸锰10kg、硫酸锌30kg、氯化钾10kg、七水合硫酸亚铁250kg、磷酸一铵10kg、尿素10kg、复合维生素20kg、硫粉50kg、硅藻土(粒径大于80目)250kg。

(2)将步骤(1)的各个物质放入有效容积为1500L的搅拌器中，搅拌均匀。

(3)将步骤(2)中搅拌均匀的混合物分装。

得到的微生物营养剂专用于柠檬酸污泥生物沥浸处理的微生物的培养，微生物由氧化硫硫杆菌TS6、氧化亚铁硫杆菌LX5、克雷伯氏菌F1复合组成，菌体数量比例范围为(2～5)： (1～5)：(1～5)，例如微生物可以由氧化硫硫杆菌TS6、氧化亚铁硫杆菌LX5、克雷伯氏菌 F1按5：3：2混合，或者由氧化硫硫杆菌TS6、氧化亚铁硫杆菌LX5、克雷伯氏菌F1按2： 5：1混合；或者由氧化硫硫杆菌TS6、氧化亚铁硫杆菌LX5、克雷伯氏菌F1按3：1：5混合。

复合微生物的培养过程如下：

(1)复合微生物菌液培养

将从污泥中分离出的氧化亚铁硫杆菌LX5(A.ferrooxidans LX5，保藏号为CGMCCNO.0727)、氧化硫硫杆菌TS6(A.thiooxidans TS6，保藏号CGMCC NO.0759)、克雷伯氏菌 F1(Klebsiella sp.，保藏号CGMCC NO.3032)分别接种至各自培养基中，然后置于25-28℃、180-200rpm的往复式摇床中振荡扩繁培养，直至菌体细胞数量达到10⁸个·mL^-1及以上；然后将氧化硫硫杆菌TS6、氧化亚铁硫杆菌LX5、克雷伯氏菌F1按体积比(2～5)：(1～5)：(1～5)>-1往复式摇床中振荡培养繁殖复合微生物菌液至菌体密度大于10⁸个/mL；

(2)复合微生物菌液驯化

接种体积为新鲜柠檬酸污泥体积1～10％的上述复合微生物菌液，25～28℃、180～200r·min^-1往复式摇床中振荡培养得到菌体密度大于10⁸个/mL的酸化污泥，再吸取酸化污泥至新鲜柠檬酸污泥(酸化污泥为新鲜柠檬酸污泥体积的1～10％，本实施例中优选5％)中进行培养至菌体密度大于10⁸个/mL，所得的驯化物为接种物。

(3)污泥的生物沥浸

将驯化后的接种物与新鲜柠檬酸污泥按体积比1：(5～20)进行混合，并按占污泥干物质量2～10％的比例添加微生物营养剂，在23～30℃、曝气量3～8m³/(h·m²)、充分搅拌的生物沥浸反应器中生物沥浸12～24h。然后对调理后的柠檬酸污泥进行固液分离脱水处理，得到含水率小于60％的脱水污泥。该步骤中用到的微生物营养剂即为本实施例中的营养剂。

实施例2

柠檬酸污泥生物沥浸处理的微生物营养剂，原料配方及按质量百分比如下：蔗糖15％、淀粉1％、蛋白胨1％、几丁质5％、磷酸二氢钾5％、磷酸氢氨5％、硫酸铵8％、七水合硫酸镁3％、五水硫代硫酸钠1％、硝酸钙3％、硫酸锰2％、硫酸锌1％、氯化钾3％、七水合硫酸亚铁15％、磷酸一铵2％、尿素2％、复合维生素5％、硫粉8％、硅藻土(粒径大于80目) 15％。复合维生素为维生素A、维生素B、维生素C按1：2：1混合而成。

生产上述1000kg柠檬酸污泥生物沥浸处理的微生物营养剂的工艺步骤如下：

(1)称取蔗糖150kg、淀粉10kg、蛋白胨10kg、几丁质50kg、磷酸二氢钾50kg、磷酸氢氨50kg、硫酸铵80kg、七水合硫酸镁30kg、五水硫代硫酸钠10kg、硝酸钙30kg、硫酸锰 20kg、硫酸锌10kg、氯化钾30kg、七水合硫酸亚铁150kg、磷酸一铵20kg、尿素20kg、复合维生素50kg、硫粉80kg、硅藻土(粒径大于80目)150kg。

(2)将步骤(1)的各个物质放入有效容积为1500L的搅拌器中，搅拌均匀。

(3)将步骤(2)中搅拌均匀的混合物分装。

实施例3

柠檬酸污泥生物沥浸处理的微生物营养剂，原料配方及按质量百分比如下：蔗糖13％、淀粉3％、蛋白胨1.5％、几丁质3％、磷酸二氢钾4％、磷酸氢氨3％、硫酸铵6％、七水合硫酸镁2％、五水硫代硫酸钠3％、硝酸钙2％、硫酸锰1.5％、硫酸锌1.5％、氯化钾2％、七水合硫酸亚铁10％、磷酸一铵1.5％、尿素1.5％、复合维生素3％、硫粉7％、硅藻土(粒径大于80目)18％。复合维生素为维生素A、维生素B、维生素C按1：2：1混合而成。

生产上述1000kg柠檬酸污泥生物沥浸处理的微生物营养剂的工艺步骤如下：

(1)称取蔗糖130kg、淀粉30kg、蛋白胨15kg、几丁质30kg、磷酸二氢钾40kg、磷酸氢氨30kg、硫酸铵60kg、七水合硫酸镁20kg、五水硫代硫酸钠30kg、硝酸钙20kg、硫酸锰 15kg、硫酸锌15kg、氯化钾20kg、七水合硫酸亚铁100kg、磷酸一铵15kg、尿素15kg、复合维生素30kg、硫粉70kg、硅藻土(粒径大于80目)180kg。

(2)将步骤(1)的各个物质放入有效容积为1500L的搅拌器中，搅拌均匀。

(3)将步骤(2)中搅拌均匀的混合物分装。

实施例4

按实施例工艺步骤生产获得微生物营养剂A，并进行复合微生物的加富实验，实验步骤如下：

(1)将从污泥中分离出的氧化亚铁硫杆菌LX5、氧化硫硫杆菌TS6、克雷伯氏菌F1分别接种至各自培养基中，置于25-28℃、180-200rpm的往复式摇床中振荡扩繁培养，培养48h后测定其菌密度；

(2)采用显微镜计数法测定3种微生物的菌密度；

(3)每种菌密度大于10⁸个/mL时进行复合微生物菌群复配，氧化亚铁硫杆菌LX5、氧化硫硫杆菌TS6、克雷伯氏菌F1按体积比4：2：1进行混合，加入实施例3获得的微生物营养剂，投加比例为2g/L，在培养12h、24h、36h、48h时取样，测定复合微生物的菌密度。

对比实验

不添加几丁质，其他成分按实施例3的工艺步骤生产获得微生物营养剂B，复合微生物加富实验步骤同上。

实验结果

单独培养时3种微生物的菌密度测定结果见表1。

复合培养时实验结果如表2-表5所示，从结果中可以看出，本发明中特定配方和比例的微生物营养剂，可明显改善上述3种微生物相互抑制作用，达到协同共生的目的，经48h培养后各微生物菌密度大于10⁸个/mL。

表1培养48h后3种微生物菌密度测定结果

表2培养12h时3种微生物菌密度测定结果

表3培养24h时3种微生物菌密度测定结果

表4培养36h时3种微生物菌密度测定结果

表5培养48h时3种微生物菌密度测定结果