CN104560859B - 一种巴氏葡萄球菌及其制备方法和在处理污水中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种巴氏葡萄球菌及其制备方法和在处理污水中的应用。所述巴氏葡萄球菌是重组巴氏葡萄球菌，拉丁文学名为Staphylococcus pasteuri，命名为Biode nonbiodegradable菌株；保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏时间：2014年12月29日，保藏编号CGMCC No.10255。所述巴氏葡萄球菌中转化的外源基因邻苯二酚2,3‑双加氧酶基因的核苷酸序列如序列编号1所示，所述巴氏葡萄球菌的邻苯二酚2,3‑双加氧酶基因的氨基酸序列如序列编号2所示。所述巴氏葡萄球菌的邻苯二酚2,3‑双加氧酶基因前带有分泌型信号肽，其中信号肽的氨基酸序列如编号3所示。污水处理实验研究结果表明本发明的基因工程可以有效去除工业废水、垃圾渗滤液中的氨氮和苯系物，使出水质量达到国家要求标准。
Description
发明领域
本发明涉及高级氧化结合生物工程对可生化性差废水的处理工艺，具体地说是表达紫外结合臭氧联合表达pheB巴氏葡萄球菌剂处理可生化性差污水的处理工艺，还有其在可生化性差污水处理领域中的应用。
背景技术
目前，全球淡水资源短缺，水环境的质量持续恶化，废水回用是解决水资源危机，满足日益严格的水环境要求的有效方法。废水的可生化性是废水重要特征指标之一，也是废水回用处理工艺中的重要参数之一，准确判断废水的可生化性对于处理工艺的设计十分重要。废水的可生化性也称废水的生物可降解性，即废水中有机污染物被生物降解的难易程度，是废水的重要特性之一。可生化性差的工业污水的生物需氧量很低，一般小于500mg/L，其具有难处理、所含物质不易降解等特点。
高级氧化工艺通过产生羟基自由基来对污水中不能被普通氧化剂氧化的污染物进行氧化降解的过程。高级氧化工艺一般涉及到发生和利用游离羟基(HO·)作为强氧化剂破坏常规氧化不能氧化的化合物。高级氧化工艺与其他处理工艺联合处理生化性差污水是现在污水处理工艺的一个新的处理方案。经过高级氧化处理后，废水中的化合物被降解而并非浓缩或转移到其他相中，这样直接减少了污水处理系统中的难降解物质。同时高级氧化过程中不会产生二次废物，所以不需要后续废物处置或再生设施。
污水生物处理技术是用生物学的方法处理污水的总称，是现代污水处理应用中最广泛的方法之一，也是以后治理水污染的重要解决方案。应用基因工程手段对微生物进行特定的改造和驯化提高微生物对污水中含氮有机物的利用，对污水的氨氮和苯系物的处理效果。使经过工程菌处理过的生活污水中总氮和氨氮符合国家对污水处理厂污染物排放标准。本专利还涉及对特定的工程菌进行定向基因敲入，实现对生化性差的污水的个性化治理，提高经过高级氧化后的可生化性差污水的处理效果，提高了出水质量。
综上所述，通过高级氧化工艺结合巴氏葡萄球菌可达到对生化性差污水的良好处理效果，有效减少了系统中难降解物质的含量。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种巴氏葡萄球菌及其制备方法和在处理污水处理中的应用。具体技术方案如下：
一种巴氏葡萄球菌，所述巴氏葡萄球菌是重组巴氏葡萄球菌，拉丁文学名为Staphylococcus pasteuri，命名为Biode nonbiodegradable菌株；保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地点：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，保藏时间：2014年12月29日，保藏编号CGMCC No.10255。
所述巴氏葡萄球菌中转化的外源基因邻苯二酚2,3-双加氧酶基因(pheB)的核苷酸序列如序列编号1所示。
所述巴氏葡萄球菌的邻苯二酚2,3-双加氧酶基因的氨基酸序列如序列编号2所示。
所述巴氏葡萄球菌的邻苯二酚2,3-双加氧酶基因前带有分泌型信号肽，其中信号肽的氨基酸序列如编号3所示。
所述巴氏葡萄球菌的分类为放线菌属。
上述任一所述的巴氏葡萄球菌的制备方法，包括如下步骤：
(1)利用细菌分离技术分离具有氨氮去除效果的硝化细菌基因组；
(2)利用PCR技术克隆邻苯二酚2,3-双加氧酶基因(pheB)，与pSIM6载体连接后重组到硝化细菌基因组特定位点中；
(3)利用基因工程技术筛选出表达pheB基因的硝化细菌；
(4)利用发酵技术将步骤(3)的表达pheB基因的硝化细菌进行扩增，得到所述巴氏葡萄球菌。
上述任一所述的巴氏葡萄球菌的应用，将高级氧化反应系统与所述巴氏葡萄球菌联合，在不同条件下去除污水中的氨氮、腐殖酸及苯系物；
所述高级氧化反应系统为紫外和臭氧联合作用的高级氧化反应器；所述高级氧化反应器内安装有旋流曝气器，该旋流曝气器的曝气气流能带动系统中水流进行内循环，可以实现臭氧对难生化化合物的有效氧化，同时，也可有效地使臭氧均匀分布在系统中，增加了氧化效果；
所述污水是可生化性差的污水，其COD值＞20000、BOD值＜2000。
所述污水中氨氮的去除率为96.46～99.68％。
所述污水中COD去除率为96.88～99.46％，总氮去除率为97.45～99.98％，BOD去除率为96.47～99.84％。
所述污水包括生活污水、工业废水、垃圾渗滤液或其浓缩液。
本发明通过应用基因工程操作技术，构建了高效去除苯系物的硝化细菌，即巴氏葡萄球菌。实验表明重组到基因组的外源基因没有影响硝化细菌的复制。污水处理实验研究结果表明重组硝化细菌可以有效去除工业废水、垃圾渗滤液中的氨氮和苯系物，使出水质量达到国家要求标准。
附图说明
图1是重组载体构建图、重组基因检测、表达以及硝化细菌的生长曲线图；其中A为重组载体构建图、B为重组基因检测图，C为重组硝化细菌(巴氏葡萄球菌)生长曲线图；
图2是高级氧化工艺处理可生化性差污水的示意图；A为腐殖酸含量的变化，B为COD变化，C为氨氮变化，D为总氮变化；
图3是重组硝化菌处理经过高级氧化处理后的可生化性污水的效果图；A为腐殖酸含量的变化，B为COD变化，C为氨氮变化，D为总氮变化。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1载体构建图、重组基因检测、表达以及硝化细菌的生长曲线图
1、重组载体构建图：利用PCR技术将pheB基因插入pSIM6载体中，构建rpSIM6-pheB重组质粒。构建示意图如图1的A所示。
2、rpSIM6-pheB重组质粒重组入硝化细菌基因组中。PCR术检测pheB基因是否转入硝化细菌，结果如图1的B所示。
3、OD法测定重组硝化细菌的生长曲线。结果如图1的C所示。
从结果中可以看出，与对照组相比，重组工程菌的生长没有因为基因的重组而受到影响。外源基因pheB在硝化细菌中的得到了有效的表达。
实施例2重组硝化细菌对工业废水MBR浓缩液的处理效果
将发酵后冻干的重组硝化细菌菌剂(50kg)加入到工业废水处理工艺中MBR浓缩液的污水处理系统中(50吨)，对照组为不加重组硝化细菌菌剂工业废水处理工艺中MBR浓缩液的污水处理系统中。加入菌剂后适当减少出水量，72小时后恢复原出水量，测定各个污水处理系统的COD、腐殖酸、苯系物以及氨氮含量。
从图2中可以得出经过高级氧化处理过的可生化性差的污水，加入重组硝化细菌菌剂增强了污水处理效果，各项指标远远高于国家要求标准。
实施例3重组硝化细菌对垃圾渗滤液浓缩液的处理效果
将发酵后冻干的重组硝化细菌菌剂(50kg)加入到工业废水处理工艺中MBR浓缩液的污水处理系统中(50吨)，对照组为不加重组硝化细菌菌剂工业废水处理工艺中MBR浓缩液的污水处理系统中。加入菌剂后适当减少出水量，72小时后恢复原出水量，测定各个污水处理系统的COD、多环芳烃、苯系物以及氨氮含量。
从图3中可以得出经过高级氧化处理过的可生化性差的污水，加入重组硝化细菌菌剂增强了垃圾渗滤液浓缩液的处理效果，各项指标远远高于国家要求标准。
Claims (10)
1.一种巴氏葡萄球菌，其特征在于，所述巴氏葡萄球菌是重组巴氏葡萄球菌，在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏编号为CGMCC No.10255。
2.根据权利要求1所述的巴氏葡萄球菌，其特征在于，所述巴氏葡萄球菌中转化的外源基因邻苯二酚2,3-双加氧酶基因的核苷酸序列如序列编号1所示。
3.根据权利要求1或2所述的巴氏葡萄球菌，其特征在于，所述巴氏葡萄球菌的邻苯二酚2,3-双加氧酶基因的氨基酸序列如序列编号2所示。
4.根据权利要求3所述的巴氏葡萄球菌，其特征在于，所述巴氏葡萄球菌的邻苯二酚2,3-双加氧酶基因前带有分泌型信号肽，其中信号肽的氨基酸序列如编号3所示。
5.根据权利要求1、2、4任一所述的巴氏葡萄球菌，其特征在于，所述巴氏葡萄球菌的分类为放线菌属。
6.权利要求1至5任一所述的巴氏葡萄球菌的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)利用细菌分离技术分离具有氨氮去除效果的硝化细菌基因组；
(2)利用PCR技术克隆邻苯二酚2,3-双加氧酶基因，与pSIM6载体连接后重组到硝化细菌基因组特定位点中；
(3)利用基因工程技术筛选出表达pheB基因的硝化细菌；
(4)利用发酵技术将步骤(3)的表达pheB基因的硝化细菌进行扩增，得到所述巴氏葡萄球菌。
7.权利要求1至5任一所述的巴氏葡萄球菌的应用，其特征在于，将高级氧化反应系统与所述巴氏葡萄球菌联合，在不同条件下去除污水中的氨氮、腐殖酸及苯系物；
所述高级氧化反应系统为紫外和臭氧联合作用的高级氧化反应器；所述高级氧化反应器内安装有旋流曝气器；
所述污水是可生化性差的污水，其COD值＞20000、BOD值＜2000。
8.根据权利要求7所述的巴氏葡萄球菌的应用，其特征在于，所述污水中氨氮的去除率为96.46～99.68％。
9.根据权利要求7所述的巴氏葡萄球菌的应用，其特征在于，所述污水中COD去除率为96.88～99.46％，总氮去除率为97.45～99.98％，BOD去除率为96.47～99.84％。
10.根据权利要求7～9任一所述的巴氏葡萄球菌的应用，其特征在于，所述污水包括生活污水、工业废水、垃圾渗滤液或其浓缩液。
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