CN101054241A

CN101054241A - 一株多食黄杆菌在低温污水处理中的应用

Info

Publication number: CN101054241A
Application number: CN 200710065133
Authority: CN
Inventors: 姜嘉彤; 刘双江; 刘志培; 陈莉萍
Original assignee: Institute of Microbiology of CAS
Current assignee: Institute of Microbiology of CAS
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2007-10-17

Abstract

本发明公开了一株多食黄杆菌在低温污水处理中的应用。该应用是多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747在低温污水处理中的应用。低温污水处理的方法是将多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747接种于污水中在8℃至18℃下培养。本发明利用多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747在较低的温度下，可以有效去除污水中淀粉、蛋白、脂肪和BOD、COD，在含此类污染物的低温污水/废水(如生活污水)的生物处理中，具有很高的应用价值。

Description

一株多食黄杆菌在低温污水处理中的应用

技术领域

本发明涉及一株多食黄杆菌在低温污水处理中的应用，特别涉及多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747在低温污水处理中的应用。

背景技术

随着我国工、农业的迅速发展，环境污染问题日益成为我国社会发展过程中十分严重和迫切需要解决的问题，它不仅制约了我国的经济发展和人民生活水平的提高，而且严重限制了我国社会的可持续发展，对人民健康产生极大威胁，据中科院初步测算，我国当前由环境污染和生态破坏造成的损失已占到GDP总值的15％，环境问题，已成为吞噬经济成果的恶魔。

环境保护已成为当前国际关系、经济合作中的一个重要问题，也日益严重地影响着我国国民经济的可持续发展。在我国过去几十年的经济发展中，由于忽视了发展中的环境保护，目前环境状况十分严峻。近年来虽采取了大量控制措施，但环境质量下降的趋势仍在继续。废水的排放量还在增加，2005年全国废水排放总量450亿吨；2006年上半年，全国化学需氧量(COD)排放总量689.6万吨，同比增长3.7％；二氧化硫(SO₂)排放总量1274.6万吨，同比增长4.2％。“当前主要污染物排放总量削减任务十分艰巨。为此，各地区、各部门要进一步增强环境保护责任感、紧迫感，严格按照国务院要求，全面落实科学发展观，积极促进产业结构调整和经济增长方式的转变，加大污染治理的力度，加强环境监督管理，确保“十一五”总量削减目标的实现”。目前我国的污水处理率约70％，污水处理达标率更低，即使在污水处理做得最好的广东省，其处理达标率也仅为70％左右，我国的其他广大区域，特别是北方地区，冬天的污水水温(指进生物处理系统时)约在5-15℃，其处理效率比平常还要降低30％以上。

生活污水是来自家庭、机关、商业和城市公用设施及城市径流的污水。新鲜的城市污水可以渐渐陈腐和腐化使溶解氧含量下降，出现厌氧降解反应，产生硫化氢、硫醇、吲哚和粪臭素，使水具有恶臭。生活污水的成分99％为水，固体杂质不到1％，大多为无毒物质，其中无机盐有氰化物、硫酸盐、磷酸盐、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐和一些重碳酸墁等；有机物质有纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质和尿素等，另外还有各种洗涤剂和微量金属，后者如锌、铜、铬、锰、镍和铅等；生活污水中还含有大量的杂菌，主要为大肠菌群。另外生活污水中氮的磷的含量比较高，主要来源于商业污水、城市地面径流和粪便、洗涤剂等。

城市生活污水处理自200年前工业革命以来，越来越受到人们的重视。城市污水处理率已成为一个地区文明与否的一个重要标志。近200年来，城市污水处理已从原始的自然处理、简单的一级处理发展到利用各种先进技术、深度处理污水，并回用。处理工艺也从传统活性污泥法、氧化沟工艺发展到A/O、A²/O、AB、SBR(包括CCAS工艺)等多种工艺，以达到不同的出水要求。几十年的污水处理实践表明，环境生物技术是废水处理中最具有优越性的处理技术，也是目前最常用的处理技术，其最根本的优势在于“它是污染物消除技术而不是污染物分离技术”(BiotechnologyNewswatch，August 16，1993)。因而受到世界各国的高度重视。值得一提的是，几乎所有的城市生活污水处理都采用以微生物处理技术为核心的处理工艺。

在废水的生物处理技术中，不论是悬浮细胞法，或是活性污泥法或生物膜法或投加高效菌的生物强化法或其他方法，其关键核心是处理系统中的微生物，包括厌氧颗粒污泥及好氧活性污泥、生物膜以及投加的高效降解菌。目前所采用的各种生物处理系统中的微生物都是一些常温微生物，而常温微生物的生命本质决定了它们适宜温度范围通常在20-35℃之间，当温度降低到15℃或以下，其生命活动，包括生长繁殖及代谢活性，受到强烈抑制，也就难以有效降解污染物，因此冬季低温条件下处理效率的降低是目前生物处理技术的必然结果。

在环境污染状况日益加剧同时国家排放标准也日益严格的情况下，低温条件下污水处理效率低下的问题虽然已引起了关注与重视，但是目前还没有很好的解决思路与办法。为了提高冬季低温条件下的污水处理系统的效率，国内外目前采用的方法除了加温和保温措施外，并无其他方法；而加温和保温措施不仅增加了设备的投资，而且也提高了运行管理费用，更主要是在大规模的污水处理厂难以实施。为了解决冬季低温处理效率降低的问题，最根本的出路在于研究和开发在低温条件下仍然具有高效降解污染物能力的低温微生物菌种。

微生物学的最新研究与发展表明，低温环境如南极、北极、冰川等地也存活着大量的微生物，它们在低温条件下仍能够进行较快速的生长，低温微生物根据其生长温度可以分为两大类：(1)嗜冷菌(psychrophiles)和耐冷菌(psychrotrophs)。嗜冷菌指的是生长温度范围在-2-20℃，最适生长温度10℃左右的微生物，该类微生物在5-15℃条件下仍然具有快速生长繁殖、维持高活性代谢水平的能力；耐冷菌指的是生长温度范围在7-30℃，最适生长温度20℃左右的微生物，该类微生物在15-25℃条件下仍然具有快速生长繁殖、维持高活性代谢水平的能力。这些微生物的生长温度范围与我国广大北方地区的冬季污水/费水水温相吻合，是一类可开发利用的、宝贵的水处理菌种资源。

多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747：革兰氏阴性，菌体细胞呈杆状，一般长2-5μm，宽约0.8μm，好氧，嗜冷，无鞭毛，不滑动，菌落橙色，圆形，光滑，边缘整齐。最适生长温度为11℃，20℃时即不能生长，在NaCl浓度3.5％以上时不能生长。过氧化物酶、氧化酶阳性，可还原硝酸盐为亚硝酸盐，可利用蛋白胨、酸水解酪素、硝酸钠、氯化胺作为氮源，但不能利用L-谷氨酸。下列试验为阴性：精氨酸水解、鸟氨酸脱羧、色氨酸脱氨、产吲哚、Voges-Proskauer反应、Simmon柠檬酸试验。利用葡萄糖、果糖、木糖、甘露醇和麦芽糖时不产酸。可降酪素、七叶苷、几丁质、海藻酸盐、羧甲基纤维素、果胶(不能降解白明胶)、吐温-80、琼脂、DNA、尿素、尿酸和黄嘌呤。可利用以下物质作为唯一碳源生长：葡萄糖、纤维二糖、麦芽糖、果糖、山梨糖、蔗糖、乳糖、鼠李糖、甘露糖、海藻糖、蜜二糖、阿拉伯糖。DNAG+C含量为35.2mol％。培养基要求，PYG培养基：peptone 5g，牛肉浸膏3g，酵母提取物0.2g，葡萄糖5g，氯化钠0.5g，MgSO₄·7H₂O 1.5g，加蒸馏水溶解后定容至1000ml，pH调节在6.5-7.0。该菌株具有如序列表中序列1所示的16S rRNA基因序列。

发明内容

本发明的目的是提供一种多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747的新用途，即在低温污水处理中的应用。

本发明还提供利用多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747进行低温污水处理的方法。

本发明所提供低温污水处理的方法是利用多食黄杆菌(Flavobacteriumomnivorum)AS 1.2747，在低温条件下进行污水处理，具体方法是将多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747接种于污水中在8℃至18℃下培养。

所述多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747在污水中培养的温度优选为10-15℃。

所述多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747接种浓度不低于10⁵，为了减少成本的投入，所述接种浓度可为10⁵-10⁸cfu/mL，优选为10⁷cfu/mL。

所述低温污水可为生活污水、淀粉厂污水、蓄禽养殖污水或屠宰场污水，优选为生活污水。

所述多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747的16S rRNA基因具有如序列表中序列1所示的核苷酸序列。

本发明利用多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747耐受低温生长环境的特点，将其用于低温污水处理，实验证明，将多食黄杆菌(Flavobacteriumomnivorum)AS 1.2747接入生活污水中，在较低的温度下(8-18摄氏度)该菌株生长良好，可以有效去除污水中淀粉、蛋白、脂肪和BOD、COD，在含此类污染物的低温污水/废水(如生活污水)的生物处理中，具有很高的应用价值。

附图说明

图1为多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747的生长曲线

具体实施方式

下述实施例中的方法，如无特别说明，均为常规方法。

下述实施例中的百分含量，如无特别说明，均为质量百分含量。

实施例1、多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747的培养及生长曲线测定

以无菌操作将相应菌种接到培养基中，将多食黄杆菌(Flavobacteriumomnivorum)AS 1.2747按10⁴cfu/mL的量接种于装有200ml PYG培养基(细菌peptone5g，牛肉浸膏3g，酵母提取物0.2g，葡萄糖5g，氯化钠0.5g，MgSO₄·7H₂O 1.5g，加蒸馏水溶解后定容至1000ml，pH调节在6.5-7.0，12℃，15min蒸汽灭菌)的500ml的锥形瓶中，接种后，在低温摇床上控制温度为12℃，转速150rpm，间隔一定时间取样(5mL)测定培养物的浊度(OD₆₀₀)，绘制生长曲线。结果如图1所示，结果表明，在12℃下，多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747的延缓期约36小时，然后进入对数生长期，经过约60小时的培养就可达到最大的生长量，OD₆₀₀可达1.4以上(图1)。

实施例2、多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747的降解酶类

根据生活污水以淀粉、蛋白和脂肪为主要污染物的特点，在0-30℃范围内定性测定了多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747的相关酶类活性。淀粉酶的测定采用淀粉平板——碘-碘化钾法，如果菌株可在淀粉平板上形成大于菌落的透明圈，在说明该菌株含有淀粉酶；蛋白酶的测定采用酪蛋白水解法，如果菌株可以水解酪蛋白释放氨基酸则说明该菌株具有蛋白酶的活性；脂肪酶的测定采用平板——吐温法，如果菌株能在吐温平板上形成透明圈，则说明该菌株含有脂肪酶。结果表明(表1)，多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747含有蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶，这些酶的存在，有利于菌株在处理系统中发挥其降解污染物的功能和作用。

表1.多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747的特性测定结果

菌株名称	温度范围(℃)	最适温度(℃)	淀粉酶	蛋白酶	脂肪酶
菌株名称	温度范围(℃)	最适温度(℃)	淀粉酶	蛋白酶	脂肪酶	多食黄杆菌(Flavobacteriumomnivorum)AS 1.2747	4-20	11	+	+	+

实施例3、多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747对淀粉的降解

配制淀粉培养基：Na₂HPO₄，2.0g；KH₂PO₄，1.0g；MgSO₄·7H₂O，0.1g；(NH₄)₂SO₄，0.5g；NaCl，10g；可溶性淀粉，6.8g；无机盐溶液，5mL；H₂O，1000mL；pH 7.2。所述无机盐溶液为：EDTA 0.5g，ZnSO₄·7H₂O 0.22g，CaCl₂ 0.055g，MnCl₂·4H₂O 0.051g，FeSO₄·7H₂O 0.0499g，(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O 0.011g，CuSO₄·5H₂O 0.0157g，CoCl₂·6H₂O0.0161g，用水定容至1000mL，pH 6.0。培养基以100mL分装于250mL的三角瓶中，121℃灭菌30min。

冷却后用接种环挑取少量多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747按10⁴cfu/mL的量接种于上述淀粉培养基中，与12℃摇床培养(150rpm)，不定期取样(5mL)测定菌株生长量及淀粉剩余量。菌株生长的测定以波长600nm处的浊度表示；淀粉的测定采用碘-碘化钾显色分光度法。培养10天的结果如表2所示。结果表明，多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747对淀粉都具有很好的降解能力，经过10天的培养对淀粉的降解率达到47％以上，可以用于污水中淀粉的处理，通过对菌的接种量和反应时间的调整，可以进一步提高其效果。

表2.多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747对淀粉的降解

菌株	菌株生长(OD600)	淀粉剩余量(g/L)	淀粉去除率(％)
菌株	菌株生长(OD600)	淀粉剩余量(g/L)	淀粉去除率(％)	多食黄杆菌(Flavobacteriumomnivorum)AS 1.2747	0.42	3.6	47.1

实施例4、多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747对模拟生活污水的处理效果实验

根据生活污水以淀粉、蛋白和脂肪为主要污染物，以及它的COD含量约为300mg/L、且C∶N∶P约为100∶5∶1的特点，配制模拟生活污水：以葡萄糖+淀粉(各50％)、NH₄Cl+蛋白胨(各50％)、K₂HPO₄以及5mL/L的无机盐溶液配制成COD为300mg/L的模拟生活污水(葡萄糖0.15g/L，淀粉0.15g/L，酵母粉0.01g/L，NH₄Cl 0.01g/L，KH₂PO₄ 0.005g/L，无机盐溶液5mL/L)。其中，无机盐溶液同实施例3的无机盐溶液。该模拟生活污水COD为300mg/L，BOD含量为285mg/L、淀粉含量为150mg/L，蛋白含量为10mg/L。

对多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747进行生活污水处理的模拟试验，具体步骤如下所述：

用接种针挑取少许斜面培养的多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS1.2747接种于含100mL上述模拟生活污水的250mL三角瓶中，12℃摇床培养，不定期取样(5mL)测定菌株在模拟生活污水中的生长情况以及COD的去除效果。菌株生长的测定以波长600nm处的浊度表示；COD的测定采用国标法(GB11914-89)、淀粉的测定采用碘-碘化钾法、蛋白的测定采用Bradford法、BOD₅的测定采用5天标准法测定了培养前后的各项指标。培养3天后的检测结果表3所示，结果表明，在12℃的条件下，多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747能够非常好地适应模拟生活污水，经过三天的培养，细胞浓度可以达到很高的水平，对COD的去除效果也很好，达到了90％以上的去除率，完全可以用于低温生活污水处理系统中，如果应用于实际，在大接种量(如10％)的情况下，处理能力将得到进一步提高。

表3.多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747对模拟生活污水的处理效果

指标	剩余量(mg/L)	去除率(％)
指标	剩余量(mg/L)	去除率(％)	菌株生长(OD₆₀₀)CODBOD₅淀粉蛋白	0.1022713102	-919593.380

序列表

<160>1

<210>1

<211>1466

<212>DNA

<213>多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)

<400>1

gatgaacgct agcggcaggc ttaacacatg caagtcgagg ggtatagttc ttcggaatta 60

gagaccggcg cacgggtgcg taacgcgtat gcaatctacc tttcacagag ggatagccca 120

gagaaatttg gattaatacc tcatagtata gcagtttcgc atgaaaccac tattaaagat 180

ttatcggtga aagatgagca tgcgtcccat tagttagttg gtaaggtaac ggcttaccaa 240

gacaacgatg ggtaggggtc ctgagaggga gatcccccac actggtactg agacacggac 300

cagactccta cgggaggcag cagtgaggaa tattggacaa tgggcgcaag cctgatccag 360

ccatgccgcg tgcaggatga cggtcctatg gattgtaaac tgcttttata cgagaagaaa 420

cactccgacg tgtcggagct tgacggtatc gtaagaataa ggatcggcta actccgtgcc 480

agcagccgcg gtaatacgga ggatccaagc gttatccgga atcattgggt ttaaagggtc 540

cgtaggcggt cagataagtc agtggtgaaa gcccatcgct caacggtgga acggccattg 600

atactgtctg acttgaatta ttaggaagta actagaatat gtagtgtagc ggtgaaatgc 660

ttagagatta catggaatac caattgcgaa ggcaggttac tactaatata ttgacgctga 720

tggacgaaag cgtgggtagc gaacaggatt agataccctg gtagtccacg ccgtaaacga 780

tggatactag ctgttgggcg caagttcagt ggctaagcga aagtgataag tatcccacct 840

ggggagtacg ttcgcaagaa tgaaactcaa aggaattgac gggggcccgc acaagcggtg 900

gagcatgtgg tttaattcga tgatacgcga ggaaccttac caaggcttaa atgtagattg 960

accggtttgg aaacagatct ttcgcaagac aatttacaag gtgctgcatg gttgtcgtca 1020

gctcgtgccg tgaggtgtca ggttaagtcc tataacgagc gcaacccctg ttgttagttg 1080

ccagcgagtc aagtcgggaa ctctaacaag actgccagtg caaactgtga ggaaggtggg 1140

gatgacgtca aatcatcacg gcccttacgc cttgggctac acacgtgcta caatggccgg 1200

tacagagagc agccactggg cgaccaggag cgaatctata aaaccggtca cagttcggat 1260

cggagtctgc aactcgactc cgtgaagctg gaatcgctag taatcggata tcagccatga 1320

tccggtgaat acgttcccgg gccttgtaca caccgcccgt caagccatgg aagctggggg 1380

tgcctgaagt cggtgaccgc aaggagctgc ctagggtaaa actggtaact agggctaagt 1440

cgtaacaagg tagccgtacc ggaagg 1466

Claims

1、多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS 1.2747在低温污水处理中的应用。

2、一种低温污水处理的方法是将多食黄杆菌(Flavobacterium omnivorum)AS1.2747接种于污水中在8℃至18℃下培养。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述多食黄杆菌(Flavobacteriumomnivorum)AS 1.2747在污水中培养的温度为10-15℃。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述多食黄杆菌(Flavobacteriumomnivorum)AS 1.2747接种浓度不低于10⁵。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述多食黄杆菌(Flavobacteriumomnivorum)AS 1.2747接种浓度为为10⁵-10⁸cfu/mL，优选为10⁷cfu/mL。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述污水为生活污水。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述多食黄杆菌(Flavobacteriumomnivorum)AS 1.2747的16S rRNA基因具有如序列表中序列1所示的核苷酸序列。