一種低溫同步異氧硝化-好氧反硝化與除磷的菌株及應用的製作方法

2023-11-03 20:17:52

專利名稱：一種低溫同步異氧硝化-好氧反硝化與除磷的菌株及應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及生物脫氮除磷領域，特別涉及一種用於低溫條件下生物脫氮除磷的不動桿菌菌株及其應用。在低溫條件下，該菌株具有異養硝化-好氧反硝化的功能，並可以在同步硝化反硝化脫氮的過程中，同時去除汙水中的磷酸鹽，從而達到同步生物脫氮除磷的目的。
背景技術：
我國水汙染的狀況十分嚴峻，其中由氮、磷汙染引發的水體富營養化問題尤為突出。據環境部門的監測結果顯示，我國七大水系中一半以上河段水質受到汙染，全國1/3的水體不適於魚類生存，1/4的水體不適於灌溉，90%的城市水域汙染嚴重，50%的城鎮水源不符合飲用水標準，40%的水源已不能飲用，主要汙染物為氨氮、CODMn, B0D、揮發酚和石油類 物質。因此，嚴格控制汙水達標排放，有效控制水汙染狀況已經成為水資源保護的當務之急。人類日常生活產生的生活汙水排放量大，含有機物以及氮、磷等營養物質多，已經成為水體的重要汙染源。《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》(GB18918-2002)中提出了嚴格的有機物、氮、磷等汙染物的排放標準。目前的城市汙水處理廠大都採用運行穩定、成本低廉的生物處理工藝，其中具有脫氮除磷功能的A20、倒置A20、SBR等工藝及NICH深度處理工藝的應用日益廣泛。通常情況下，這些工藝可以較有效地去除水中的有機物及氮、磷等營養元素，實現達標排放。然而，在寒冷的冬季，水溫嚴重下降，尤其在廣大的北方地區，排水溫度可以達到10°C甚至更低。低溫嚴重抑制了生物處理系統中微生物的活性，從而使汙染物去除速率明顯降低，出水難以達標。其中，自養的硝化細菌受到低溫的抑制作用更加顯著，在低溫條件下生長極其緩慢，極易從處理系統中流失，使得低溫硝化無法進行；而低溫條件下水中溶解氧濃度的明顯升高也對缺氧反硝化的進行造成了不利影響。另外，低溫條件下汙泥增長緩慢，汙泥齡明顯延長，這也使得依賴剩餘汙泥排放實現磷去除的生物除磷效率明顯降低。因此，在低溫條件下進行生物脫氮除磷已經成為城鎮生活汙水處理廠實現達標排放的一大難題。為了應對寒冷天氣條件下出現的上述問題，常常在工程上採用降低汙泥負荷、增加汙泥回流量、增加汙水停留時間、以及對部分構築物採取保溫或升溫等措施來保證出水水質。然而，這些措施不僅會增加工程投資和運行費用，而且很難保證汙水處理效果，還常會引起汙泥膨脹等問題。分離、篩選高活性的低溫微生物用於冬季生活汙水的處理，能夠從根本上解決低溫條件下汙染物去除率低下的問題。研究者們已嘗試向生物處理池中投加自養硝化汙泥來提高氨氮的去除效率，但是在低溫、較高溶解氧條件下反硝化難以進行，從而導致硝化反應產生的硝氮、亞硝氮無法得到有效去除，出水總氮仍然難以達標。而氧化態氮的積累對磷的厭氧釋放有一定的抑制作用，從而使得除磷效果通常無法得到保證。此外，由於自養硝化菌在低溫條件下生長極其緩慢，容易隨著剩餘汙泥排放從處理體系中洗脫出去，往往需要連續投加，增加了運行費用。針對這種情況，本發明篩選出耐冷的、並同時具有脫氮及除磷功能的菌株用於低溫生活汙水的處理。在低溫、好氧條件下，該菌株能夠進行同步硝化反硝化有效去除汙水中總氮並同時去除磷酸鹽。此外，該菌在低溫條件下生長良好，可以在生物處理系統中長期持留，無須進行連續投加。該菌株的應用對於解決低溫脫氮除磷的難題具有重要意義。

發明內容
本發明的目的在於提供一種用於低溫生物脫氮除磷的不動桿菌菌株及其應用。本發明提供的不動桿菌(Acinetobacter sp.)菌株HA2已與2012年4月25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)，保藏號為CGMCCNo. 6052，保藏單位地址為北京市朝陽區北辰西路I號院3號，中國科學院微生物研究所，郵政編碼為100101。菌株HA2是從活性汙泥中分離、篩選得到的一株革蘭氏陰性細菌。形態特徵菌株HA2在15_20°C下，營養瓊脂培養基上培養24_36h後，菌落呈蠟滴狀，表面光滑，無色素；通過革蘭氏染色後在顯微鏡下呈陰性；菌體呈球狀或球桿狀，成雙排列為主。該菌株的16S rRNA基因序列特徵其16S rRNA具有如序列表中序列I所示的核苷酸序列，序列長度為1417bp。根據其形態特徵及其16S rRNA基因序列,鑑定該菌株為不動桿菌(Acinetobactersp.)。該菌株HA2可在低溫條件下脫氮除磷，在實際應用中，可將菌株HA2置於廢水中，進行生物脫氮除磷。所述廢水的溫度10_20°C。所述廢水的溶解氧可為2_6mg/L。所述廢水的碳源為為醋酸鈉或琥珀酸鈉。所述廢水的氮是氨氮、硝酸鹽氮和/或亞硝酸鹽氮。所述廢水的磷是磷酸鹽。 所述廢水的pH可為6-9。本發明的又一目的在於提供一種用於低溫生物脫氮除磷的微生物菌劑，其活性成分為所述的菌株HA2。本發明的不動桿菌及其應用與現有技術相比較有如下有益效果I.本發明的菌株HA2對低溫的耐受能力強，在低溫條件下能夠快速生長並且去除 氨氮，有效克服了傳統自養硝化菌在低溫條件下生長困難、在處理體系中難以有效持留的難題；2.菌株HA2能夠在進行硝化反應的同時進行好氧反硝化，實現了一步好氧條件下氮素的徹底去除，相比傳統的缺氧-好氧脫氮工藝，簡化了工藝流程，節省了基建投資和運行費用；3.菌株HA2在好氧條件下脫氮的同時可以有效吸磷，實現磷的去除，亦有效解決了脫氮除磷由自養硝化菌與異養聚磷菌兩種不同類型的菌群分別進行時所需汙泥不同而產生的矛盾；4.本發明的菌株HA2適用於各種廢水的脫氮除磷處理，應用前景廣闊，具有很好的經濟效益、環境效益和社會效益。


圖I為菌株HA2的溫度特性；圖2為菌株HA2在10°C下對磷酸鹽和氮素的去除；圖3為菌株HA2在不同溫度下對氮的去除；圖4為菌株HA2在不同溫度下對磷的去除；
具體實施例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I.菌株HA2的溫度特性在不同的溫度10°C、15°C、20°C、25°C、3(TC條件下考察菌株的生長性能，具體實施步驟如下將菌株HA2接種於150ml的BM培養基中(每升含醋酸鈉2. 73g，NH4Cl :0. 306g,KH2PO4 0. IgjMgSO4 *7H20 :0. IgjFeSO4 *7H20 :0. 001g，pH :7. 0-7. 3，121。。20min 蒸汽滅菌)，分別於搖床10°C、15°C、20°C、25°C、3(TC，160r/min進行預培養。待菌株生長至對數生長期後期時，取IOml的菌液接入新鮮的150ml BM培養基中，分別於10°C、15°C、20°C、25°C、30°C，160r/min進行振蕩培養。每隔一段時間取反應液，測定0D600，表徵菌株的生長情況。結果如圖I所示，菌株在20°C到30°C之間生長最佳，在20°C生長速率達到最高。在15°C及10°C，生長速率較最大生長速率均有小幅度下降，但即使在10°C，菌株仍然維持較高的生長速率，在24h左右即可達到最大生長量。由此可見，該菌株為對低溫有良好耐受能力的耐冷菌。其溫度特性明顯不同於一般最適溫度高於30°C，在15°C以下生長速率嚴重下降，在10°C時生長困難的中溫菌。該菌株在低溫條件下的生長速率遠超過傳統的自養硝 化菌株，具有良好的應用潛力。實施例2.菌株HA2在10°C下對磷酸鹽和氮素的去除以醋酸鈉為有機碳源，氨氮為氮源，磷酸鹽為磷源，所述菌株HA2對氮、磷的去除能力測定。具體實施步驟如下將菌株HA2接種於150ml的BM培養基中，於搖床10°C，160r/min進行預培養。待菌株生長至對數生長期後期時，取IOml的菌液接入新鮮的150ml BM培養基中，10°C，160r/min進行振蕩培養。每隔一段時間取反應液，8000rpm離心IOmin之後,取上清液測定各種含氮化合物以及磷酸鹽濃度。結果如圖2所示，整個實驗過程中，氮、磷濃度均不斷下降。在24h之內氨氮的去除率接近100%，氨氮降解速率可達3. 12mg-N/L/h。此外，在整個降解過程中，硝氮和亞硝氮幾乎沒有任何積累，廢水中大部分的氨氮通過異養硝化-好氧反硝化作用直接轉化為氣體產物，實現了總氮的有效去除。另外，在脫氮的同時磷也得到了有效去除，在24h之內磷的去除率超過90%，菌株體現除了良好的好氧吸磷的能力。因此，該菌株在低溫好氧條件下有效實現了氮和磷的快速同步去除。實施例3.菌株HA2在不同溫度下對氮的去除在不同的溫度10°C、15 °C、20°C、25 °C、30°C條件下考察菌株的脫氮性能，具體實施步驟如下將菌株HA2接種於150ml的BM培養基中，分別於搖床10 °C、15°C、20°C、25°C、30°C，160r/min進行預培養。待菌株生長至對數生長期後期時，取IOml的菌液接入新鮮的150ml BM培養基中，分別與10°C、15°C、20°C、25°C、30°C，160r/min進行振蕩培養。每隔一段時間取反應液，8000rpm離心IOmin之後，取上清液測定各種含氮化合物的濃度。
結果如圖3所示，該菌株在10_30°C的溫度範圍內，均可以有效的去除總氮。其在20°C時，總氮的平均去除速率最高，為6. 04mg-N/L/h。在15°C及10°C條件下，總氮去除速率亦能分別達到 4. 36mg-N/L/h 及 3. 12mg_N/L/h。實施例4.菌株HA2在不同溫度下對磷的去除在不同的溫度10°C、15°C、20°C、25°C、30°C條件下考察菌株的除磷性能，具體實施步驟如下將菌株HA2接種於150ml的BM培養基中，分別於搖床10 °C、15°C、20°C、25°C、30°C，160r/min進行預培養。待菌株生長至對數生長期後期時，取IOml的菌液接入新鮮的150ml BM培養基中，分別與10°C、15°C、20°C、25°C、30°C，160r/min進行振蕩培養。每隔一段時間取反應液，8000rpm離心IOmin之後,取上清液測定磷酸鹽的濃度。結果如圖4所示，該菌株在10°C _30°C的溫度範圍內，均可以有效除磷。其在10°C時，對磷的去除效率最高，超過90%。隨著溫度的升高，除磷效率呈下降趨勢，當溫度為30°C時，菌株除磷效率為57. 80%。這可能是由於磷的去除不僅依靠菌株的胞內吸磷作用，也與菌株分泌的胞外EPS吸附去除有關，而在較高的溫度條件下，菌株分泌的EPS減少，也使得菌株的除磷效率有小幅度的下降。
權利要求
1.不動桿菌(Acinetobactersp.)菌株HA2,保藏於中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏號為CGMCC No. 6052。
2.權利要求I所述的不動桿菌(Acinetobactersp.)菌株HA2在水溶液中進行低溫脫氮除磷的應用。
3.根據權利要求2所述的應用，其特徵在於所述低溫為10-20°C。
4.根據權利要求2或3所述的應用，其特徵在於所述的水溶液的溶解氧是2-6mg/L。
5.根據權利要求2-4任一所述的應用，其特徵在於所述的水溶液中的氮是氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮中的一種或者幾種。
6.根據權利要求2-5任一所述的應用，其特徵在於所述的水溶液中的磷是磷酸鹽。
7.一種用於低溫脫氮除磷的微生物菌劑，其活性成分為權利要求I所述的不動桿菌(Acinetobacter sp.)菌株 HA2。
全文摘要
本發明公開了一種能夠在低溫條件下同時進行生物脫氮及除磷的不動桿菌菌株及其應用。本發明提供的不動桿菌(Acinetobacter sp.)菌株HA2已於2012年4月25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)，保藏號為CGMCC No.6052。該菌株對低溫的耐受能力強，在低溫條件下(10℃)生長良好，並且同時具備異養硝化、好氧反硝化及好氧吸磷的能力。在低溫、好氧條件下，該菌株能夠進行同步硝化反硝化有效去除廢水中總氮並同時去除磷酸鹽，從而有效實現了低溫條件下一步好氧階段同時脫氮除磷，具有廣闊的應用前景。
文檔編號C02F3/34GK102676434SQ201210158500
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月21日 優先權日2012年5月21日
發明者倪晉仁, 姚碩 申請人:北京大學