CN108998386A

CN108998386A - 一种应用于污泥深度脱水的噬菌型细菌

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Publication number: CN108998386A
Application number: CN201810747094.7A
Authority: CN
Inventors: 余冉; 张涛; 展漫军; 陈舟凯; 张诗文; 崔婷婷
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2018-12-14
Anticipated expiration: 2038-07-09
Also published as: CN108998386B

Abstract

本发明属于微生物技术领域，具体涉及一种应用于污泥裂解深度脱水的噬菌型细菌，该噬菌型细菌分类命名为蛭弧菌(Bdellovibrio sp.)SDWB02，已于2018年5月7日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，菌种保藏号为CGMCC No.15221，它对污泥中的微生物具有裂解作用，可用于污泥脱水，与传统污泥深度脱水技术对比，该生物裂解处理过程无需投加任何化学调理剂，对脱水处理设备无特殊要求，具有经济、简单、高效、卫生安全的特点；并且通过破坏污泥结构、裂解细胞，使污泥微生物细胞内含水释出，增强了脱水污泥的可生物降解性能，其滤液还可作为潜在碳源回流到污水生物处理系统中以节省外加碳源的投加量，有效提高污泥的后续资源化利用潜力。

Description

一种应用于污泥深度脱水的噬菌型细菌

技术领域

本发明属于微生物技术领域，具体涉及一种应用于污泥深度脱水的噬菌型细菌。

背景技术

目前剩余污泥的脱水减量方式主要分为物理、化学和生物方式。物理方式包括机械脱水、超声波破解法、微波协同脱水等，但所需能耗较大且对机械设备的要求较高。化学法包括氧化法、热酸碱法、解偶联法等。但这些污泥减量技术普遍会导致污泥沉降性能下降、污水处理系统需氧量增加、氮磷去除效果不理想、对设备有腐蚀性、二次污染等问题。而污泥的生物处理(如好氧与厌氧消化、微型动物摄食以及投加溶胞酶、抗菌素或微生物絮凝剂等)对阻碍细胞裂解的刚性细胞膜结构的破坏程度较大，可帮助释放胞内水、结合水和间隙水，并可通过生物捕食的生物链延长方式强化污泥物质与能量的减量转移。鉴于污泥细胞裂解是污泥有效脱水减量处理的关键步骤，污泥的生物裂解深度脱水减量技术作为一种能耗低、无二次污染的绿色生态工程技术已日益受到关注。

蛭弧菌(Bdellovibrio sp.)不仅可以侵噬悬浮细菌也可裂解生物膜，对大多数科、属的革兰氏阴性菌和少数革兰氏阳性菌，特别是许多致病菌属有很高的裂解活性，但不会侵染真核细胞，对动物与人体无致病性，可极大提高处理对象的卫生安全性，不会存在残留问题。虽然该类菌剂在疾病生态防治、农业种植、畜牧与水产养殖、水质净化、人畜卫生安全监控等方面得到了实际的研究和开发应用，但其在污泥脱水减量上的应用研究还鲜有报道。

蛭弧菌在自然界中存在的广泛性及其对宿主菌需求的非特异性、其独特的裂解细胞能力，显示其在污泥脱水、可生化性提高与减量过程中的巨大应用潜力，从而可降低污水处理厂运行成本，并且该技术兼顾生态与卫生安全性，有利于环境的生态文明建设与可持续发展。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种噬菌型细菌，该菌株可破坏污泥结构、分解细胞，使污泥微生物细胞内含水释出；

本发明的第二个目的是提供一种噬菌型细菌菌剂；

本发明的第三个目的是提供了噬菌型细菌菌剂的制备方法；

本发明的第四个目的是提供了一种噬菌型细菌或噬菌型细菌菌剂在污泥减量中的应用。

本发明的技术方案如下：

一种噬菌型细菌，其分类命名为蛭弧菌(Bdellovibrio sp.)SDWB02，已于2018年5月7日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，菌种保藏号为CGMCC No.15221。

一种噬菌型细菌菌剂，包含上述噬菌型细菌。

优选地，所述噬菌型细菌菌剂还包括培养液和宿主菌悬液。

优选地，所述宿主菌为革兰氏阴性菌。

一种噬菌型细菌菌剂的制备方法，包括以下步骤：

向营养肉汤培养液中加入蛭弧菌SDWB02种子液、宿主菌悬液，置于转速为120～220r/min、温度为25～35℃的摇床中培养3～5天。

优选地，所述蛭弧菌SDWB02种子液中蛭弧菌SDWB02的浓度为10⁶～10⁹pfu/ml；所述宿主菌悬液浓度为10⁴～10⁶个/ml；营养肉汤培养液、蛭弧菌SDWB02种子液、宿主菌悬液的体积比为：100:(15～30):(2～8)。

优选地，所述营养肉汤培养液的制备方法为：

将超纯水1000mL，蛋白胨9.5～10.5g/L，牛肉膏2.8～3.2g/L，氯化钠4.7～5.3g/L，加热后溶解，经过高压蒸汽灭菌，将其稀释500倍。

优选地，所述宿主菌悬液的制备方法为：将从污泥中筛选出来的革兰氏阴性菌，用营养肉汤培养后，离心，去上清，收集沉淀，无菌磷酸盐缓冲液溶解，制成宿主菌悬液。

上述的噬菌型细菌或噬菌型细菌菌剂在污泥脱水或裂解污泥微生物中的应用。

应用的具体方法为：向生物裂解反应池中收集的浓缩剩余污泥中投加所述噬菌型细菌菌剂，同时维持整个体系处于好氧状态，待裂解反应完成后，用板框压滤机对污泥进行压滤脱水减容减量。

优选地，所述污泥与噬菌型细菌菌剂的体积比为40～50:1，所述噬菌型细菌菌剂中蛭弧菌浓度为10⁶～10¹⁰pfu/ml。

相对于现有技术，本发明的优点如下，

本发明提供了一种新的蛭弧菌SDWB02，它对污泥中的微生物具有裂解作用，可用于污泥脱水，与传统污泥深度脱水技术对比，该生物裂解处理过程无需投加任何化学调理剂，对脱水处理设备无特殊要求，具有经济、简单、高效、卫生安全的特点；并且通过破坏污泥结构、分解细胞，使污泥微生物细胞内含水释出，增强了脱水污泥的可生物降解性能和热值，其滤液还可作为潜在碳源回流到污水生物处理系统中以节省外加碳源的投加量，有效提高污泥的后续资源化利用潜力。

附图说明

图1是蛭弧菌裂解宿主菌的双层琼脂平板图。

图2是经蛭弧菌裂解的污泥比阻随反应时间的变化曲线图。

图3是污泥生物裂解中试工艺流程图。

图4是经蛭弧菌裂解的污泥毛细吸水时间(CST)随反应时间的变化曲线图。

具体实施方式

实施例1：

蛭弧菌(Bdellovibrio sp.)SDWB02CGMCC No.15221是从江苏省某城市污水处理厂二沉池剩余污泥中分离得到，针对从江苏省某城市污水处理厂二沉池剩余污泥中所分离出的约200种蛭弧菌，进行污泥裂解的试验，对比它们在裂解污泥反应中对提高污泥脱水性能的能力，发现SDWB02蛭弧菌菌株对于降低污泥比阻，提高污泥脱水性能具有显著效果。

提取蛭弧菌SDWB02的DNA，测定其16S rRNA基因序列，测序公司为生工生物工程(上海)股份有限公司，测序结果参见SEQ ID NO:1，将基因序列登录美国国立生物技术信息中心网站(http://www.ncbi.nlm.nih.gov)，进行核苷酸序列Blast比对，得到与该菌株的16S rRNA基因序列同源的若干核苷酸序列，结果表明SDWB02菌株与蛭弧菌类生物(Bdellovibrio-and-like organisms)的16S rRNA基因序列的同源性在99％以上，因此经鉴定菌株SDWB02为蛭弧菌生物。

SEQ ID NO:1

ACCCTGGACTTTAAGCGGCGCACGGGTGCGTAACACGTGGGTAATCTGCCTTGAAGTCGAGGATAACTTTCCGAAAGGTTAGCTAATACTCGGGAAGCTTACGGAGACTTCGGTCTTTGTGAGAAAAGTAGGCCTCTATTTATAAGCTTACGCTTCGAGATGAGCCCGCGGCCCATCAGCTAGTTGGCGGTGTAACGGACCACCAAGGCAACGACGGGTACCTGGGCTGAGAGGACGATCAGACACACTGGAACTGACACACGGTCCCGACTCCTACGGGAGGCCTCAGTGTGGAATTTTCCGCAATGGGCGAAAGCCTGATGGATTCTTCTCCCGTGTGTGATGAAGGTTTTCGGATCGTAAAGCACTTTCGACCGGGACGAAAAACCTCTGGCTAACATCCAAAACCCTGACGGTACCGCGAGAAGAAGCACCGGCTAATTCTGCCCATTGTGCCGCATTCCCCCCTGCTGTGCCCCGGAGGATCGGAGTTATTGTCCGTATACCGCGTGGGCGGAGCTTTGTCTGTCACATGTTAAACGCCTCGGCTTAGCTGAGGAAGTGCACCGGCAACTACATAATGTGACGGGGGCTAATGACGGCGCGAATCCTTATGTATAGATGAAAACTTTTCTCTGCAGACGAACGTCTCCGGATTATGAGTCAGTATGAACTACTACTGTCGATGAGACTCCTCGACTTGAGGAGCGATCACCAACAGGTTACGCGCCCGTGCGCCGCTCAACTCAGGATGCCTATTTCGCGTTCGTGTTTGCTCGTGTTAGTCCTGATTC

实施例2：

作为用于培养SDWB02蛭弧菌菌株的培养基，可用液体培养法和双层琼脂平板法。

液体培养法：

每100ml1/500稀释营养肉汤培养液，加入蛭弧菌SDWB02种子液约15～30ml，宿主菌悬液2～8ml，所述蛭弧菌SDWB02种子液中蛭弧菌SDWB02的浓度为10⁶～10⁹pfu/ml；所述宿主菌悬液浓度为10⁴～10⁶个/ml；置于转速为120～220r/min、温度为25～35℃的摇床中培养3～5d。可以观察到混合液变澄清透明。

其中，1/500稀释营养肉汤培养液成分：超纯水1000mL，蛋白胨9.5～10.5g/L，牛肉膏2.8～3.2g/L，氯化钠4.7～5.3g/L，加热后溶解，再经过30min的高压蒸汽灭菌，将其稀释500倍，即可得到稀释的营养肉汤培养液；宿主菌悬液：从同一批污泥中筛选出来的革兰氏阴性菌，将其用营养肉汤培养后，离心，去上清，收集沉淀，沉淀用2ml无菌磷酸盐缓冲液溶解，制成宿主菌悬液。

双层琼脂平板法：

取蛭弧菌菌液，进行梯度稀释10^-1～10^-5，然后取原液和梯度稀释液各0.5mL与0.5mL相应宿主菌悬液加入到试管中混匀，30℃下保温20min，然后向试管中加入5mL保温在50℃呈液态的上层琼脂培养基，涡旋振荡使其混匀，而后快速倾至下层琼脂固体培养基，在桌面上轻轻旋转，使其均匀铺在下层平板上，待凝固后，30℃下倒置培养，通常3～5d后出现菌斑，如图1所示，并做连续观察。

其中，双层琼脂培养基成分如下，

下层营养琼脂培养基的配比为：超纯水1000mL，1/500稀释营养肉汤培养液2～4mL，CaCl₂质量浓度为0.25‰-0.35‰、MgCl₂质量浓度为0.40‰～0.50‰，琼脂粉质量浓度为1.0％～1.2％；上层营养琼脂培养基的配比为：超纯水1000mL，1/500稀释营养肉汤培养液2～4mL、CaCl₂质量浓度为0.25‰～0.35‰、MgCl₂质量浓度为0.40‰～0.50‰，琼脂粉质量浓度0.5％～0.6％。

实施例3：

用本发明中的蛭弧菌SDWB02对剩余污泥中的优势菌群的裂解谱

本发明者从城市污水处理厂剩余污泥中筛选出了60株土著革兰氏阴性菌，主要包括鞘脂杆菌门、拟杆菌门、变形菌门、酸杆菌门、厚壁菌门、绿弯菌门等，将他们按01-60编号。并采用双层平板法测定了所发明的SDWB02蛭弧菌的裂解谱，检测结果见表1。

表1 60株菌对SDWB02蛭弧菌的敏感性

注：-表示不裂解；+表示出现噬菌斑，菌斑小，裂解能力弱；++表示裂解能力一般；+++表示裂解时间短，裂解能力很强，菌斑大。

由表1可见，本发明中的SDWB02蛭弧菌对城市污水处理厂二沉池剩余污泥中的优势细菌(如拟杆菌门、变形菌门、鞘脂杆菌门、厚壁菌门、绿弯菌门)中的大部分细菌具有高度裂解作用。

实施例4：

用本发明的蛭弧菌SDBW02对城市污水处理厂二沉池污泥进行裂解实验

(1)制备蛭弧菌菌剂

按照实施例2中的液体培养法提前制备蛭弧菌菌剂，待其培养液变澄清，浓度达到最高值附近时使用。

(2)污泥预处理

将二沉池污泥进行自然沉降，去上清，此时污泥的含水率一般在97％～98％之间，污泥pH测定为6.0-8.0之间，无需调节，将污泥搅拌均匀，每个3L玻璃瓶装1800ml污泥。

(3)投加蛭弧菌

对照组：三个平行样，每个平行样加1800ml污泥及200ml的超纯水，混匀；

实验组：三个平行样，分别添加1800ml污泥及200ml步骤(1)制备的蛭弧菌菌剂200ML，混匀；

将实验组和对照组都放入30℃，150r/min的恒温摇床中培养36h，每隔12h取样测定污泥比阻，测定结果如图2所示。

(4)试验结果：

污泥比阻(SRF)是用来表征污泥脱水性能的一个指标，比阻越小，污泥更容易脱水。从图3可以看出在12h附近污泥比阻能够降低48％左右。由此可以证明向污泥中投加本发明中的蛭弧菌可以显著提高污泥的脱水性能，并达到污泥减量化的目的。

实施例5：

蛭弧菌SDWB02对某城市污水处理厂的二沉池剩余污泥生物裂解试验

发明者利用本发明中的蛭弧菌SDWB02进行了城市污水处理厂二沉池剩余污泥的裂解试验。从该污水处理厂的二沉池中取一吨剩余污泥，于生物裂解反应池内进行反应，并在反应完成之后进行压滤。工艺流程图见图3。

现场实验步骤如下，待生物裂解反应池中充满剩余污泥，向污泥中投加蛭弧菌菌剂，所述污泥与蛭弧菌菌剂的体积比为40～50:1；所述蛭弧菌菌剂是按照实施例2中的液体培养法制备的蛭弧菌菌剂，其中蛭弧菌浓度为10⁶～10¹⁰pfu/ml；打开曝气机对混合物进行曝气，维持整个体系处于好氧状态。并在0h，12h，24h，36h定时采样，测定污泥的毛细吸水时间(CST)。并在裂解反应完成后，用板框压滤机对污泥进行压滤，取压滤成形的污泥泥饼测定其含水率。

试验结果：

毛细吸水时间(CST)是用于反应污泥中的自由水的过滤性能的参数，测定污泥中的自由水分在毛细吸水纸上渗透1cm距离里所需要的时间。结果见图4。从图4可以看出，在12h至36h，污泥的毛细吸水时间能够降低34％左右，显示污泥的脱水性能得到了极大提高。压滤所得滤饼，其含水率能够降低到60％以下。表明在添加混凝剂的条件下，本发明中的蛭弧菌SDWB02能够显著提高污泥的脱水性能。

需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述基础上做出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围。

序列表

<110> 东南大学

<120> 一种应用于污泥深度脱水的噬菌型细菌

<141> 2018-07-09

<160> 1

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 2

<211> 794

<212> DNA

<213> 蛭弧菌(Bdellovibrio sp.)

<400> 2

accctggact ttaagcggcg cacgggtgcg taacacgtgg gtaatctgcc ttgaagtcga 60

ggataacttt ccgaaaggtt agctaatact cgggaagctt acggagactt cggtctttgt 120

gagaaaagta ggcctctatt tataagctta cgcttcgaga tgagcccgcg gcccatcagc 180

tagttggcgg tgtaacggac caccaaggca acgacgggta cctgggctga gaggacgatc 240

agacacactg gaactgacac acggtcccga ctcctacggg aggcctcagt gtggaatttt 300

ccgcaatggg cgaaagcctg atggattctt ctcccgtgtg tgatgaaggt tttcggatcg 360

taaagcactt tcgaccggga cgaaaaacct ctggctaaca tccaaaaccc tgacggtacc 420

gcgagaagaa gcaccggcta attctgccca ttgtgccgca ttcccccctg ctgtgccccg 480

gaggatcgga gttattgtcc gtataccgcg tgggcggagc tttgtctgtc acatgttaaa 540

cgcctcggct tagctgagga agtgcaccgg caactacata atgtgacggg ggctaatgac 600

ggcgcgaatc cttatgtata gatgaaaact tttctctgca gacgaacgtc tccggattat 660

gagtcagtat gaactactac tgtcgatgag actcctcgac ttgaggagcg atcaccaaca 720

ggttacgcgc ccgtgcgccg ctcaactcag gatgcctatt tcgcgttcgt gtttgctcgt 780

gttagtcctg attc 794

Claims

1.一种噬菌型细菌，其特征在于，所述噬菌型细菌分类命名为蛭弧菌(Bdellovibriosp.)SDWB02，已于2018年5月7日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，菌种保藏号为CGMCC No.15221。

2.一种噬菌型细菌菌剂，其特征在于，包含权利要求1所述的噬菌型细菌。

3.如权利要求2所述的噬菌型细菌菌剂，其特征在于，所述噬菌型细菌菌剂还包括培养液和宿主菌悬液。

4.如权利要求3所述的噬菌型细菌菌剂，其特征在于，所述宿主菌为革兰氏阴性菌。

5.如权利要求3所述的噬菌型细菌菌剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

向营养肉汤培养液中加入所述蛭弧菌SDWB02种子液、宿主菌悬液，置于转速为120～220r/min、温度为25～35℃的摇床中培养3～5天。

6.如权利要求5所述的噬菌型细菌菌剂的制备方法，其特征在于，所述蛭弧菌SDWB02种子液中蛭弧菌SDWB02的浓度为10⁶～10⁹pfu/ml；所述宿主菌悬液浓度为10⁴～10⁶个/ml；营养肉汤培养液、蛭弧菌SDWB02种子液、宿主菌悬液的体积比为：100:(15～30):(2～8)。

7.如权利要求5所述的噬菌型细菌菌剂的制备方法，其特征在于，所述营养肉汤培养液的制备方法为：

8.如权利要求5所述的噬菌型细菌菌剂的制备方法，其特征在于，所述宿主菌悬液的制备方法为：将从污泥中筛选出来的革兰氏阴性菌，用营养肉汤培养后，离心，去上清，收集沉淀，无菌磷酸盐缓冲液溶解，制成宿主菌悬液。

9.如权利要求1-8任一项所述的噬菌型细菌或噬菌型细菌菌剂在污泥脱水或裂解污泥微生物中的应用。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，具体方法为：待生物裂解反应池中充满剩余污泥，向污泥中投加所述噬菌型细菌菌剂；打开曝气机对混合物进行曝气，维持整个体系处于好氧状态，裂解反应完成后，用板框压滤机对污泥进行压滤。