一株耐受鋅離子毒性的銅綠假單胞菌及其應用的製作方法

2024-03-27 22:00:05

本發明屬於汙水生物處理領域，具體涉及一種在好氧條件下能夠耐受鋅離子毒性且能夠將水體中的硝酸鹽氮同步脫除的銅綠假單胞菌及其在汙水處理中的應用。
背景技術：
：隨著我國城市化、工業化的加速，工業生產的不斷發展，大量的工業廢水產生，對人類生活和健康產生了極大的威脅。由於我國的工業廢水處理能力尚不能跟上工業用水的規模，導致仍然有部分工業廢水未經處理直接排入城鎮汙水管網。鋅離子作為一種重要的工業材料，被廣泛應用於化工、冶金、電鍍、製革和塗料行業，這些行業會產生大量的含鋅廢水，這些廢水也不可避免的進入城鎮汙水處理廠。研究表明，zn(ii)濃度超過10mg/l會對傳統反硝化作用中n2o的還原過程、反硝化速率和反硝化微生物活性產生明顯的抑制，同時，改變微生物群落結構，進而影響城鎮汙水處理系統的出水質量。近年來，好氧反硝化作用(即在有氧條件下將硝酸鹽氮還原為含氮氣體的過程)的發現為單一好氧反應器中實現同步硝化反硝化的提供了理論基礎。自從第一株好氧反硝化菌t.pantotropha被成功分離後，近年來更多的高效好氧反硝化菌株得到分離，並被應用於實際汙水處理系統中。好氧反硝化作用作為一種新型生物脫氮技術，因其工藝簡單、脫氮效果好、不需補加酸鹼等優勢近年來得到了快速發展。針對含鋅廢水進入生活汙水，zn(ii)和硝酸鹽氮共存的問題，如何有效地避免鋅離子對硝酸鹽氮去除的影響成為人們關注的焦點，因此，發掘具有耐受鋅離子毒性的好氧反硝化細菌，並將其應用於汙水處理中，將會有效削減鋅離子對汙水生物脫氮過程的潛在風險，為保障城鎮汙水處理系統的正常運行具有重要意義。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種耐受鋅離子毒性的高效好氧脫氮菌株，通過該菌株強化汙水處理系統的生物脫氮效果，以削減高濃度鋅離子的存在對汙水處理生物脫氮過程的影響。本發明所提供的銅綠假單胞菌(pseudomonasaeruginosa)是一株具有在單一好氧環境中實現硝酸鹽氮去除能力的好氧反硝化細菌。本發明通過下述技術方案予以實現：本發明提供的具有鋅離子耐受能力的銅綠假單胞菌(pseudomonasaeruginosa)，於2017年4月24日保藏於中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(簡稱cgmcc)，地址為北京市朝陽區北辰西路1號院3號中國科學院微生物研究所，其保藏號為cgmccno.14063。如上所述的銅綠假單胞菌(pseudomonasaeruginosa)，其特徵在於：在不同鋅離子濃度水平條件下，菌株pseudomonasaeruginosa依然能夠保持完整的細胞結構，細胞膜不被破壞。如以上所述的銅綠假單胞菌(pseudomonasaeruginosa)，其特徵在於：該菌株能夠在高濃度鋅離子條件下以硝酸鹽氮為氮源，以有機物為碳源進行好氧反硝化作用，從而將硝酸鹽氮去除。如以上所述的銅綠假單胞菌(pseudomonasaeruginosa)在汙水處理中的應用，其特徵在於：在含鋅汙水中加入銅綠假單胞菌(pseudomonasaeruginosa)，並且添加適量的碳源進行曝氣，即可實現汙水中硝酸鹽氮的去除。以上所述的方法，其特徵在於：控制所述含鋅汙水中的溫度為30℃，ph值為7.5，溶解氧為6mg/l，初始c/n比為4。以上所述的方法，其特徵在於：汙水中鋅離子濃度範圍為0～100mg/l時，硝酸鹽氮的去除率可達100％，總氮的去除率也可達100％。本發明的有益效果是：(1)本發明的銅綠假單胞菌(pseudomonasaeruginosa)能夠在高濃度鋅離子條件下，以硝酸鹽氮為氮源，以有機物為碳源進行好氧反硝化作用，實現硝酸鹽氮的高效去除；解決了傳統廢水處理中生物脫氮需要採取缺氧反硝化、好氧硝化分段處理的問題；另外，簡化了工藝流程，節省了設備和投資的成本，因此，具有巨大的經濟效益和環保效益；(2)將該菌株接種到含鋅汙水的生物處理中，在0～150mg/lzn(ii)存在條件下，優選的，在0～100mg/lzn(ii)存在條件下，硝酸鹽氮的去除率可達100％，說明菌株具有較強的耐受鋅離子毒性和好氧反硝化能力。這種特性使得該菌株在城鎮汙水處理系統的實用性大大增強。附圖說明圖1為銅綠假單胞菌在鋅離子存在條件下的掃描電鏡圖像。圖2為銅綠假單胞菌在10mg/lzn(ii)存在條件下的好氧反硝化特性。圖3為銅綠假單胞菌在50mg/lzn(ii)存在條件下的好氧反硝化特性。圖4為銅綠假單胞菌在100mg/lzn(ii)存在條件下的好氧反硝化特性。具體實施方式下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，但本發明並不限於以下實施例。下述實施例中，如無特殊說明，均為常規方法。下述實施例中，所述百分含量如無特殊說明，均為質量百分含量。實施例1.利用掃描電鏡觀察銅綠假單胞菌在鋅離子存在時的表觀形態本實驗所用高效好氧反硝化菌株為銅綠假單胞菌(pseudomonasaeruginosa)，其分離自垃圾填埋場滲濾液處理系統。將銅綠假單胞菌(pseudomonasaeruginosa)接種於1l的lb培養基中(每升含nacl5g，胰蛋白腖10g，酵母提取物5g)，防止雜菌的侵入及保持菌體的生長活力，進行富集培養。將培養得到的菌液離心，用0.5％的nacl洗滌三次，製成光密度od600為1-2的菌懸液。然後再將菌懸液按10％的接種量分別接種於含有0、10、50、100mg/lzn(ii)的lb培養基中，8h後取樣在8000rpm和4℃條件下離心5min去除上清液，並用pbs(磷酸鹽緩衝液)清洗兩次。用2.5％戊二醛固定1h，乙醇梯度洗脫後分散在無水乙醇中，取少量滴在矽片上晾乾，在掃描電鏡(sem)下觀察細胞形態。結果如圖1所示，當鋅離子濃度範圍為0～100mg/l時，菌株pseudomonasaeruginosa呈現完整和光滑的表面，說明菌株細胞形態對鋅離子具有較強的耐受性。實施例2.銅綠假單胞菌在10mg/lzn(ii)存在條件下的好氧反硝化特性反硝化性能測試培養基(bm)配方為每升水中：8.45gch3coona,0.63gnh4cl,0.61gnano3,1.76gk2hpo4·3h2o,0.20gmgso4·7h2o,0.02gcacl2,0.005gfeso4·7h2o,0.1ml微量元素溶液。將培養基ph值調至7.5，在121℃滅菌30min。將銅綠假單胞菌(pseudomonasaeruginosa)接種於含有10mg/lzn(ii)的bm培養基中，在30℃和150rpm條件下進行震蕩培養，每隔5h用具閥進樣針分別抽取100μl頂空氣體用於測定n2o，用無菌注射器抽取2ml氣體注入到2l純氦氣袋中用於測定no。與此同時，用無菌注射器抽取2ml菌懸液，菌液在4℃下8000rpm離心5min，取上清液用於分析氨氮，硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮濃度。結果如圖2所示，100mg/l硝酸鹽氮在接種後立即被菌株利用，並在10h內被完全消耗，硝酸鹽氮的平均去除速率為10.0mg/l/h。隨著硝酸鹽氮的還原，亞硝酸鹽氮快速積累，並在5h達到最高值29.5mg/l，然後在10h被還原。n2o也逐漸積累，在10h達到最高值80.2mg/l，然後在35h被全部還原。必須指出，反硝化過程的中間產物no積累量的最高值為1.2μg/l，只佔硝酸鹽氮去除量的0.0012％，說明菌株在10mg/lzn(ii)條件下具有高效好氧反硝化的能力。實施例3.銅綠假單胞菌在50mg/lzn(ii)存在條件下的好氧反硝化特性將銅綠假單胞菌(pseudomonasaeruginosa)接種於含有50mg/lzn(ii)的bm培養基中，測試其好氧反硝化性能。結果如圖3所示，100mg/l硝酸鹽氮在接種後立即被菌株利用，並在15h內被完全消耗，硝酸鹽氮的平均去除速率為6.67mg/l/h。隨著硝酸鹽氮的還原，亞硝酸鹽氮逐漸積累，並在10h達到最高值35.5mg/l，然後在20h被還原。n2o也逐漸積累，在20h達到最高值84.4mg/l，然後在45h被全部還原。必須指出，此時反硝化過程的中間產物no積累量的最高值為3.2μg/l，只佔硝酸鹽氮去除量的0.0032％。由此可以看出，菌株在50mg/lzn(ii)條件下依然具有高效好氧反硝化的能力。實施例4.銅綠假單胞菌在100mg/lzn(ii)存在條件下的好氧反硝化特性將銅綠假單胞菌(pseudomonasaeruginosa)接種於含有100mg/lzn(ii)的bm培養基中，測試其好氧反硝化性能。結果如圖4所示，100mg/l硝酸鹽氮在接種後立即被菌株利用，並在20h內被完全消耗，硝酸鹽氮的平均去除速率為5.0mg/l/h。隨著硝酸鹽氮的還原，亞硝酸鹽氮逐漸積累，並在15h達到最高值40.2mg/l，然後在30h被還原。同時，n2o也逐漸積累，在25h達到最高值89.5mg/l，然後在55h被全部還原。必須指出，此時反硝化過程的中間產物no積累量的最高值為6.3μg/l，只佔硝酸鹽氮去除量的0.0063％。由此可以看出，菌株在100mg/lzn(ii)條件下依然具有高效好氧反硝化的能力。實施例5.銅綠假單胞菌在150mg/lzn(ii)存在條件下的好氧反硝化特性將銅綠假單胞菌(pseudomonasaeruginosa)接種於含有150mg/lzn(ii)的bm培養基中，測試其好氧反硝化性能。該菌株的生長受到明顯的抑制，且硝酸鹽氮幾乎不被去除，由此可以看出，150mg/lzn(ii)是該菌株的上限濃度，菌株在該條件下不具備好氧反硝化的能力。但是從上述實施例1-4中可以看出，將該菌株接種到含鋅汙水的生物處理中，在0～100mg/lzn(ii)存在條件下，硝酸鹽氮的去除率可達100％，說明菌株具有較強的耐受鋅離子毒性和好氧反硝化能力(見表1)。表1銅綠假單胞菌在不同濃度zn(ii)存在條件下的脫氮特性zn(ii)(mg/l)30h硝酸鹽氮去除率(％)30h總氮去除率(％)10100％100％50100％100％100100％100％實施例6.銅綠假單胞菌在含鋅廢水中的應用將銅綠假單胞菌投加入活性汙泥系統處理含鋅廢水，連續曝氣保持體系溶解氧為6mg/l，廢水水質如下：ph為7.5，硝酸鹽氮含量100mg/l，zn(ii)100mg/l。結果如表2所示，在普通活性汙泥系統內，脫氮效果在zn(ii)存在條件下受到了較大的影響。然而，經銅綠假單胞菌強化後的系統，24h的硝酸鹽氮去除率為70.7％，總氮去除率為63.4％；36h的硝酸鹽氮去除率為94.8％，總氮去除率為92.4％。表2.銅綠假單胞菌應用於活性汙泥體系中的生物脫氮結果由此可見，針對含鋅廢水進入生活汙水，zn(ii)和硝酸鹽氮共存的問題，本發明所涉及到的菌株可以有效的避免鋅離子對硝酸鹽氮去除的影響，並可以廣泛的應用於汙水處理中，會有效削減鋅離子對汙水生物脫氮過程的潛在風險，為保障城鎮汙水處理系統的正常運行具有重要意義。應當說明的是，以上實施例只是為了對本發明作進一步詳細的描述，不是用來對本發明進行限定的，在不脫離本發明的構思和精神的範圍內，本領域普通技術人員，可以進行各種改進或變化，仍然屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。當前第1頁12