一种高效处理污水淤泥的微生物菌群的制备方法 (一)、技术领域
本发明涉及一种高效处理污水淤泥的微生物菌群制备方法，即一种用于处理城市生活污水以及河湾、湖泊、池塘、沼泽等在水流不流动或水流非常缓慢的封闭或半封闭水域中污水淤泥的方法。(二)、技术背景
水环境是地球生态环境中最重要的组成部分，随着经济的发展和社会的进步，水污染也是其中一个不可忽视的问题。我国的城市由于工商业集中、人口密集，生活污水的产生量大，污染物的种类多且负荷高。城市污水的80％为生活污水且以粪便、腐烂物等污水为主，水环境的污染属于典型的有机污染类型。这些含量极高的有机污染物，在有害微生物的控制下，对其进行氧化腐败分解，并产生大量的NH3、H2S、沼气等有害气体，使水体变质、发黑，产生浓郁恶臭味，造成生态环境恶化，影响城市居民正常生产生活，对社会和经济的发展都带来一系列的问题。水污染对环境造成严重的危害，因此城市生活污水的净化处理是环境保护地一个重要内容，也是提高城市居民生活质量的一个重要方面。此外，随着世界氮肥和磷肥施用量的迅猛增加，大量的氮、磷营养元素在湖泊、水库、池塘、沼泽等封闭或半封闭水体和一些河流水体内“富集”，在过剩的营养条件下，造成水质恶化，水生物大量死亡，河床淤泥迅速增加的恶果，使水资源逐渐枯竭。水体富营养化问题已成了解决水污染问题和环境保护问题的关键。
为了解决这一问题，目前许多城市都建设了各种污水处理厂，但所见的生活污水处理大多采用化学方法或物理方法，这些方法不仅工作量大，花费成本高，处理十分困难，还存在使水体受到第二次污染的问题。、世界各国的水资源专家都在寻求解决这一问题的最佳方法。经长期的工作实践和科学试验发现，自然界存在着大量的微生物菌株资源，其中良性循环的微生物生态系统中由各种菌群组成的“菌团”承担着物质循环与净化环境的主要责任。在污水处理方面，微生物对污染物的降解和转化潜力巨大，主要有以下一些优点：
1.微生物个体微小，代谢速率快。
2.微生物种类繁多，分布广泛，代谢类型多样。
3.微生物能合成各种既具有专一性又具有诱导性的降解酶，可通过其灵活的代谢调控机制将环境中的污染物进行降解转化。
4.微生物繁殖快，易变异，适应性强。
5.共代谢作用对于难降解污染物的彻底分解起着重要作用。
自八十年代以来，发达国家利用微生物如细菌、藻类来治理污水的商业实例很多：例如美国用芽孢杆菌培养物的胞外酶与真菌纤维酶结合处理含纤维，碳水化合物和蛋白质；德国在微生物载体存在下，将废水和活性污泥混合，使污水被微生物氧化，从而达到净化污水的目的。但以上方法普遍存在微生物培养条件苛刻，效果不明显，应用不够广泛等问题，以及设备投资大，成本高等不足之处，不能广泛应用于大面积的污水淤泥的处理工程。研究认为导致效果不佳的最主要原因是将有分解能力的工程菌加入需处理的污水淤泥后，其水环境中氮、磷等高浓度的有机物、脂类、重金属等物质造成部分微生物的功能丧失及死亡；水环境中存在的一些与有益菌相互克制的微生物，普通工程菌的适应能力及协同作用不强，在与环境相磨合的过程中损耗过大，使其不能高效、优质地发挥，从而无法彻底处理污水中的有害物质，造成治理失败。(三)、发明的内容
本发明的目的是提供一种能高效、简便地处理污水淤泥，在任何污水环境中适应性极强，对当地环境中的有益分解菌类具有引导和协同作用的微生物菌群的制备方法。
经长期的工作实践和科学试验发现，自然界存在着大量的微生物菌株资源，其中良性循环的微生物生态系统中由各种菌群组成的“菌团”承担着物质循环与净化环境的主要责任。研究报道许多污染严重的区域存在着一些比正常环境中净化能力更强的微生物，这种净化能力是任何化学和物理方法都无法相比的，这主要是微生物为了适应环境而在长期的进化过程中逐渐形成的。工程菌种的选择是微生物治理污水成功的根本，而能否较快适应所需处理的环境并发挥作用是治理成功的关键。本发明的高效、高适应性微生物菌群处理污水淤泥的机理在于微生物生长和代谢机制。任何微生物进入一个新环境都有一个逐渐适应的过程，在细胞数和细胞重量不变的前提下，重新调整其小分子和大分子的组成以及酶和细胞结构成份，此时细胞数和细胞重量不变，该阶段微生物对外界理化因子的抵抗力减弱，如果外界环境不利于该微生物生长，其生长繁殖将受到限制，从而影响效力的发挥。本发明从微生物生长和代谢机制出发，经过多年研究，找到了一种高效、高适应性处理各种污水淤泥，特别是富营养环境中污水淤泥的微生物菌群制备方法。
本发明是这样实现的：即一种高效处理污水淤泥的微生物菌群的制备方法可分为以下四个步骤：
1.工程原始菌种采集和培养：从不同类型污水排放口滞水及淤泥中采集原始菌种，例如处理生活污水，则从各城市的下水道排放口等滞水及淤泥中取样为佳，在26-33℃，PH＝6.5-7.5液态条件下培养5-10天，为了加速微生物的繁殖量，可在培养基中加入适量的肥料，例如碳源、氮源、生长促进因子等，再通过生化及镜检分离，优化富集培养，得到原始工程菌，密封后可在常温下保存1-5个月，或可放至2-4℃的冷藏室保存或液氮保存。
2.菌种的富集混和培养，按重量百分比，将磷酸氢钙0.01-0.02、磷酸二氢钾0.02-0.05、磷酸氢二钾0.01-0.02、蛋白胨0.1-0.2、酵母膏0.2-0.5、碳酸钙0.01-0.02、硫化钠0.005-0.01、硫酸铵0.005-0.01和水96.5-98.0充分混合溶解，制得培养基，然后按10％在培养基中加入原始工程菌，在PH值保持6-7.5，温度保持25-33℃的条件下培养7天。
3.工程菌的驯化培养，将需要处理的污水淤泥按1％-90％的不同负荷投加到培养基中，按照一定的运转参数进行，视驯化菌生长量及活力的不同情况，对驯化条件进行调整，培养10-20天，得到驯化菌群。
4.驯化菌群的扩大培养，按照驯化培养条件进行大规模增菌培养，使菌剂每毫升活菌数大于10亿。
根据本发明制备的微生物菌群包括厌氧菌、需氧菌、兼性菌及其混合物，优选为芽孢杆菌、假单胞菌、光合细菌、硝化细菌、酵母菌及其混合物。个别单一的微生物菌种无法提供完整的污水处理，因此优选使用二种或多种以天然微生物为主的混合物，首选条件是不含对人体有害的微生物，且菌群中的混合菌种能保持微生物彼此间的生态平衡。
本发明将工程菌的适应阶段通过人工驯化，诱导工程菌本土化，使微生物尽快适应生态环境，与本土菌群共同发挥作用，使其进入指数生长期(细胞数以几何级数增长)，使高效工程菌和本土菌群的自净和处理能力同时得到最大限度的发挥。这些微生物依靠相互间协同作用，形成一个组成复杂、结构稳定、功能广泛的微生物群落。当增殖驯化后的菌群投放到污水或淤泥中后，就无需再经历一个较长的适应与磨合阶段，迅速同需处理环境及其中原本具备分解能力的菌群融为一体，通过不断增殖，分解、消耗环境中大量的有机物，起到治污的作用。
本发明中，微生物加入量可以根据需要而改变，这取决于如微生物种类、生活污水量、所希望的处理速度等。微生物的量为每毫升废水含有1万到几百万达到最佳处理效果，要求并不是很严格，视水体具体情况而确定用量。若需快速处理污水，则可加入较多的微生物或在微生物中加入促使其生长的营养物质使其分解能力加强。(四)、具体实施方式
以下是用实施例对本发明进行进一步说明。
实施例一：采集工程菌种：本发明的工程菌是从不同的污水或淤泥中采集得到的，最好能在需处理环境中采集。淤泥的采集是从淤泥中收集50-100克样品，置于无菌器皿中；水样的采集采用广口无菌瓶中静水层收集水样，所有样品都应在24小时内检测，或4℃密封保存。
实施例二，工程原始菌种培养：根据微生物生长的基本原则，微生物培养基的氮源含量为1-10％，碳源为2-20％，无机离子0.05-1％，有机物2-10％，生长促进因子如维生素、微量元素为0.01-0.5％、余量为蒸馏水。
实施例三：光合细菌分离和富集培养方法：(1)光合细菌培养基配方为(重量百分比)：氯化铵0.05-0.2、醋酸钠0.1-0.2、氯化镁0.01-0.02、氯化钙0.01-0.02、磷酸二氢钙0.02-0.05、磷酸氢二钾0.02-0.05、酵母膏0.02-0.05、蒸馏水99.0-99.5。(2)分离富集方法为：把培养基的PH值调至为7.0，再用115℃高温灭菌20分钟，待冷却后，加入3-5％待分离的污水或淤泥，在温度25-30℃，厌氧光照下培养5-7天，培养液由无色变为红色，然后再转接培养3次，获得深红色的液体为光合细菌菌液。
在上述实施例中，光合细菌培养基较佳配方为(重量百分比)：氯化铵0.1、醋酸钠0.2、氯化镁0.02、氯化钙0.02、磷酸二氢钙0.05、磷酸氢二钾0.05、酵母膏0.05、蒸馏水99.5。
实施例四，硝化菌的分离富集方法：(1)培养基配方(重量百分比)：葡萄糖0.5-1、硫酸镁0.01-0.02、磷酸二氢钾0.01-0.02、碳酸钙0.2-0.5、蒸馏水98.5-99.5。(2)分离富集方法为：把培养基的PH调至7.0-7.2，再用115℃高温灭菌20分钟，待冷却后，加入3-5％待分离的底泥或污水，在温度25-30℃，放置于通风黑暗处培养3-4天，培养液由无色变为黄色，然后再转接培养2次，获得黄色硝化菌菌液。
实施例五，需氧菌的分离富集方法：(1)培养基配方(重量百分比)：牛肉膏0.3、蛋白胨0.5、氯化钠0.5、蒸馏水98.7。(2)分离富集方法为：把培养基的PH调至7.0-7.5，再用115℃高温灭菌20分钟，待冷却后，加入3-5％待分离的底泥或污水，在温度25-30℃，放置于通风黑暗处培养3-4天，培养液由无色变为淡黄色，然后再转接培养2次，获得浅黄色需氧菌菌液。
实施例六，解磷菌的分离富集方法：(1)培养基配方(重量百分比)：磷矿粉0.02-0.05、磷酸二氢钾0.01-0.02、磷酸氢二钾0.01-0.02、蛋白胨0.3-0.5、氯化钠0.3-0.5、有机磷0.1-0.2、蒸馏水98.7-99.4。(2)分离富集方法为：把培养基的PH调至7.0-7.5，再用115℃高温灭菌20分钟，待冷却后，加入3-5％待分离的底泥或污水，在温度25-30℃，放置于通风黑暗处培养3-4天，培养液由无色变为淡黄色，然后再转接培养2次，获得浅黄色需氧菌菌液。
实施例七，工程菌的富集混合培养：(1)培养基配方(重量百分比)：磷酸氢钙0.01-0.02、磷酸二氢钾0.02-0.05、磷酸氢二钾0.01-0.02、蛋白胨0.1-0.2、酵母膏0.2-0.5、碳酸钙0.01-0.02、硫化钠0.005-0.01、硫酸铵0.005-0.01和水96.5-99.3。(2)培养方法：把培养基的PH调至7.0-7.5，再用115℃高温灭菌20分钟，待冷却后加入原始工程菌，在温度25-33℃，下培养5-7天，获得工程菌菌群。
实施例八，驯化培养：用逐渐增加培养液中污水或淤泥浓度的方法进行驯化。取一系列样瓶，按不同的淤泥负荷投加工程菌菌群，平行地进行不同负荷、不同有机物质浓度的试验，根据微生物生长情况确定驯化的最佳参数，重复3次得驯化菌群。
实施例九，工程菌的驯化扩大培养：根据驯化培养参数，如培养基的碳、氮比，最佳PH值，需氧量，温度等参数，确定培养基成份，加入驯化菌群后，在温度25-30℃下培养5-7天，获得驯化菌剂，菌剂每毫升活菌数大于10亿。
实施例十，取上海市郊某发臭水塘的污泥20公斤，处理前污泥的PH为7.98，COD为172.3，总氮为273.2mg/l，总磷为2.15。加入工程菌群，常温常压驯化10-15天，驯化后微生物菌群每毫升含菌2.6×109，其中芽孢杆菌占10％、假单胞菌15％、光合细菌30％、硝化细菌25％、酵母菌10％，乳酸菌5％，放线菌5％。处理后污泥的PH为7.36，COD为102.3，总氮为174.2 mg/l，总磷为1.04。
实施例十一，取重庆市某单位人工湖的污水20升，处理前污水的PH为7.84，COD为162.3，总氮为193.2mg/l，总磷为4.98。加入工程菌群，驯化培养10天，驯化后微生物菌群每毫升包含菌2.1×109，其中芽孢杆菌20％、假单胞菌30％、光合细菌25％、硝化细菌10％、酵母菌5％，乳酸菌10％。处理后污水的PH为7.24，COD为98.3，总氮为93.2mg/l，总磷为2.11。
实施例十二，取重庆市较某鱼塘用水20升，处理前水的PH为7.63，COD为197.3，总氮为236.2mg/l。加入工程菌群，驯化培养10天，驯化后微生物菌群每毫升包含菌1.5×109，其中芽孢杆菌25％、假单胞菌30％、光合细菌40％、酵母菌5％。处理后污水的PH为7.31，COD为99.7，总氮为107.2mg/l。
实施例十三，取重庆市较某食品加工厂排放污水20升，处理前水的PH为6.54，COD为234.3，含油量750mg/l。加入工程菌群，驯化培养10天，驯化后微生物菌群每毫升包含菌2.4×109，其中芽孢杆菌35％、假单胞菌40％、光合细菌15％、酵母菌10％。处理后污水的PH为7.04，COD为78.7，含油量为12.3mg/l。
本发明的效果可以通过对污水处理的对比实验进一步说明：
污水处理对比实施例1：
重庆市某污水排放口，取样10升进行水质治理试验，方法一为工程菌直接投放，方法二为驯化后投放，处理时间为7天，结果如下：
PH COD 氨 氮 总 氮 溶解氧 总 磷 悬浮物
(mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (SS)处理前 7.82 96.24 77.10 149.7 1.74 2.72 60方法一 7.36 45.73 70.32 127.3 2.86 2.54 54方法二 7.14 8.14 55.71 101.7 4.53 2.07 39污水处理对比实施例2： 重庆某区污水排放口，取底泥5公斤进行治理试验，方法同上，结果如下。PHCOD氨 氮(mg/l)总 氮(mg/l)总 磷(mg/l)处理前7.97126.2497.10189.73.85方法一7.5572.6175.31149.323.08方法二7.0428.1458.71107.42.23
污水处理对比实施例3：
沈阳市城郊某污水排放口，2000年6月取样10升进行水质治理试验，方法为驯化后投放，处理时间为7天，结果如下：
PH COD 悬浮物 总磷 总氮
(SS) (mg/l) (mg/l)处理前 7.93 124.65 75 4.12 167.8处理后 7.23 31.65 37 2.48 98.7污水处理对比实施例4：重庆某区污水排放口，取淤泥5公斤进行治理试验，方法同上，结果如下：
PH COD 氨氮 总氮 总磷
(mg/l) (mg/l) (mg/l)处理前 7.97 126.24 97.10 189.7 3.85方法一 7.55 72.61 75.31 149.32 3.08方法二 7.04 28.14 58.71 107.4 2.23
污水处理对比实施例5
广州市某郊区污水排放口，取淤泥5公斤进行治理试验，方法同上，结果如下：
PH COD 氨氮 总氮 总磷
(mg/l) (mg/l) (mg/l)处理前 8.17 166.42 127.08 213.81 3.75方法一 7.65 92.46 85.17 176.23 2.98方法二 7.17 58.11 64.36 127.31 2.17本方法用于处理污水的总的效果总结如下：消除率％本发明COD 总氮 BOD 总磷 悬浮物 60-90 50-80 50-85 40-70 50-90污水处理后可作为农业灌溉或工业冷却水。