CN109402026B - 一株高适应性亚硝化单胞菌及其在污水处理中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微生物处理污水领域，具体涉及一株高适应性亚硝化单胞菌及其在污水处理中的应用。为亚硝化单胞菌CZ‑4。该菌株于2018年11月22日保藏于中国典型培养物保藏中心，其分类命名为Nitrosomonas sp.CZ‑4，保藏编号为CCTCC NO：M 2018813。上述亚硝化单胞菌在好氧条件下，能够有效处理初始氨浓度0.7~300mg/L范围内的多种不同类型的污水。本发明的菌剂产品则可以一次发酵生产就能满足多种不同类型水及多种氨氮浓度的处理需求，且只需一次性投加，从而大大简化了菌剂生产与应用的工艺。

Description

一株高适应性亚硝化单胞菌及其在污水处理中的应用
技术领域
本发明涉及微生物处理污水领域，具体涉及一株高适应性亚硝化单胞菌及其在污水处理中的应用。
背景技术
氨氮是污水和污染地表水中的常见污染物，而氨氧化作用（微生物将氨氮氧化为亚硝氮的过程）是最高效、最常用的脱氨机制。但是由于微生物只能有效吸收分子氨，同时较高浓度的分子氨又会对微生物造成明显的毒性，故在处理不同浓度含氨污水时，需要使用不同的氨氧化菌剂：如在处理垃圾渗沥液（氨氮浓度>300mg/L）时，需要采用耐受高氨氮毒性的菌剂，而这类菌剂往往对低浓度分子氨的亲和力很弱而无法用于低氨水的处理；而在处理淡水养殖水（氨氮浓度<5mg/L）时，需要采用对低氨亲和力高的菌剂，而这类菌剂往往不能够耐受高分子氨的毒性而无法在高氨环境中应用。因此开发一种能够适应不同类型水的较大的氨氮浓度变幅的氨氧化菌，对于简化氨氧化菌剂的生产和应用工序，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点与不足，提供一株新型的适应不同类型污水（或污染地表水）的氨氧化菌，以及提供该菌在污水处理中的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一株高适应性的亚硝化单胞菌，为亚硝化单胞菌CZ-4。该菌株于2018年11月22日保藏于中国典型培养物保藏中心（地址：中国.武汉.武汉大学），其分类命名为Nitrosomonaseutropha CZ-4，保藏编号为CCTCC NO：M 2018813。
上述亚硝化单胞菌在好氧条件下，能够有效处理初始氨浓度0.7~300mg/L范围内的多种不同类型的污水（或污染地表水），包括垃圾渗沥液、印染废水、黑臭河水、黑臭湖水、淡水养殖水等。
本发明相对于现有技术具有如下优点和有益效果：传统的氨氧化菌剂产品，难以适应不同类型污水（或污染地表水）中较大的氨氮浓度变幅，因此需要生产适应不同类型水（及不同氨氮浓度）的菌剂产品，并在污水（或污染地表水）处理工程的不同阶段分别投加这些菌剂产品，才能使这些菌剂接力将氨氮转化去除。但本发明的菌剂产品则可以一次发酵生产就能满足多种不同类型水（及多种氨氮浓度）的处理需求，且只需一次性投加（不分阶段投加），从而大大简化了菌剂生产与应用的工艺。
附图说明
图1是对CZ-4菌对垃圾渗沥液的脱氨效果。
图2是CZ-4菌处理垃圾渗沥液时的亚硝氮积累情况。
图3是CZ-4菌对印染污水的脱氨效果。
图4是CZ-4菌对黑臭湖水的脱氨效果。
图5是CZ-4菌对黑臭河水的脱氨效果。
图6是CZ-4菌对黑臭河水的脱氨增效速度变化。
图7是CZ-4菌对南湖养殖水的脱氨效果。
图8是CZ-4菌对野芷湖养殖水的脱氨效果。
图9是CZ-4菌对巡司河水的脱氨与亚硝氮积累效果。
具体实施方式
以下实施例用于进一步说明本发明，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
下述实施例中所用到的培养基的配制如下：
BM培养基，向每1L蒸馏水中加入以下成分：0.5g MgSO4·7H2O，1.00g K2HPO4，2.00g NaCl，0.40g FeSO4·7H2O，1.50g NaHCO3，0.50g CaCl2·2H2O及1.00mL微量元素溶液，pH7.5。
HNM培养基，向每1L蒸馏水中加入以下成分：0.5g MgSO4·7H2O，1.00g K2HPO4，2.00g NaCl，0.40g FeSO4·7H2O，1.50g NaHCO3，0.50g CaCl2·2H2O，2.40g NH4Cl及1.00mL微量元素溶液，pH 8.0。
微量元素溶液，向每1L蒸馏水中加入以下成分：0.075g CuSO4·5H2O，0.3gZnSO4·7H2O，0.375g CoCl2·6H2O，0.300g MnCl2·2H2O，0.500g EDTA，0.220g NaMoO4·2H2O，0.014g H3BO4。
实施例1
将200μL取自湖南省郴州县垃圾填埋场垃圾渗沥液处理系统SBR池出水口的垃圾渗沥液置于5mL BM培养基中，于27℃、190rpm摇床富集培养7天，再通过3轮平板划线在HNM固体培养基（琼脂含量为1.5%）上获得单菌落。
采用Genomic Rapid Bacterial Genomic DNA Isolation Kit（上海生工）提取所分离菌株的基因组DNA，通过PCR扩增16S rDNA并测序进行分子生物学鉴定。PCR扩增所用上游引物、下游引物分别为：
上游引物27F：5’-AGA-GTTTGATCATGGCTCAG-3’，
下游引物1492R：5’-TAC-GGTTACCTTGTTACGACTT-3’。
PCR产物的纯化和测序均由上海生工完成，测序结果如SEQ ID NO.3所示。16SrDNA测序结果显示所分离菌株为亚硝化单胞菌（Nitrosomonas eutropha），将其命名为亚硝化单胞菌CZ-4。该菌株于2018年11月22日保藏于中国典型培养物保藏中心（地址：中国.武汉.武汉大学），其分类命名为Nitrosomonas eutropha CZ-4 ，保藏编号为CCTCC NO：M2018813。
实施例2
采用接种环挑取2～3环亚硝化单胞菌CZ-4单菌落至50mL液体HNM培养基中，31℃、190rpm摇床培养7天后即得菌种悬液。再将50mL亚硝化单胞菌CZ-4菌种悬液接种到1L HNM培养基中，31℃、190rpm摇床培养72小时后得到接种液。再将1L接种液接种至7L HNM培养基中，31℃，发酵罐转速100rpm，溶氧>3mg/L，培养72小时后得到发酵液菌剂，下述实施例中的发酵液菌剂均通过该条件得到。
取1mL发酵液菌接种至100mL 垃圾渗沥液中，再于27℃、190rpm摇床培养，期间取样测定氨氮、亚硝氮等指标。对照组为不加菌的垃圾渗沥液。
结果显示，将CZ-4菌剂接种到垃圾渗沥液中后，其脱氨速度较不接种菌剂的增幅高达14mg/L/h（图1）；且在脱氨的同时，实验组能够大量积累亚硝氮（亚硝氮积累量对氨氮去除量对占比超过90%），说明脱氨的主要机制为氨氧化作用（图2）。图1、2结果表明CZ-4菌株具有氨氧化能力，能够适应垃圾渗沥液中的较高浓度氨氮。
实施例3
取0.1mL发酵液菌接种至100mL 印染污水中，再于27℃、190rpm摇床培养，期间取样测定氨氮。对照组为不加菌的印染污水。
结果显示，将CZ-4菌剂接种到印染污水中后，其脱氨速度较不接种菌剂的增幅高达1.3mg/L/h（图3）。图3结果表明CZ-4菌株能够适应印染污水中的较高浓度氨氮。
实施例4
取0.1mL发酵液菌接种至100mL 武汉市卢湾湖水（黑臭水）中，再于27℃、190rpm摇床培养，期间取样测定氨氮。对照组为不加菌的黑臭湖水。
结果显示，将CZ-4菌剂接种到黑臭湖水中后，其脱氨速度较不接种菌剂的增幅达到0.35mg/L/h（图4）。图4结果表明KHN-CZ01菌株能够适应黑臭湖水中的较低浓度氨氮。
实施例5
取0.1mL发酵液菌接种至100mL 郸城洺河水（黑臭水）中，再于27℃、190rpm摇床培养，期间取样测定氨氮。对照组为不加菌的黑臭河水。
结果显示，将CZ-4菌剂接种到黑臭河水中后，其脱氨速度较不接种菌剂的增幅可达0.6mg/L/h（图5），且增效速度在逐步增加（第二天高于第一天，图6）。图5、6结果表明CZ-4菌株能够适应黑臭河水中的较低浓度氨氮生长代谢。
实施例6
取0.1mL发酵液菌接种至100mL 武汉市南湖水（养殖水）中，再于27℃、190rpm摇床培养，期间取样测定氨氮。对照组为不加菌的养殖湖水。
结果显示，将CZ-4菌剂接种到养殖湖水中后，其脱氨速度较不接种菌剂的增幅高达0.22mg/L/h（图7）。图7结果表明CZ-4菌株能够适应养殖湖水中的低浓度氨氮。
实施例7
取0.1mL发酵液菌接种至100mL 武汉市野芷湖水（养殖水）中，再于27℃、190rpm摇床培养，期间取样测定氨氮。对照组为不加菌的养殖湖水。
结果显示，野芷湖养殖湖水的初始氨浓度仅为0.7mg/L，但接种菌剂12小时后，其氨氮浓度仍下降至 约0.1mg/L（图8）。图8结果表明CZ-4菌株能够适应野芷湖养殖湖水中的极低浓度氨氮。
实施例8
取100mL发酵液菌接种至1吨 武汉市巡司河水（黑臭水）中，曝气充氧使溶氧控藻在3~5mg/L，期间取样测定氨氮。对照组为不加菌的黑臭河水。
结果显示，实验组的氨氮浓度降幅与亚硝氮浓度增幅基本相当，且均明显高于对照组（图9）。图9结果表明CZ-4菌株能够适应巡司河黑臭水中的较低浓度氨氮。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
序列表
<110> 湖北工业大学
<120> 一株高适应性亚硝化单胞菌及其在污水处理中的应用
<141> 2018-12-14
<160> 3
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 20
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<400> 1
agagtttgat catggctcag 20
<210> 2
<211> 22
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<400> 2
tacggttacc ttgttacgac tt 22
<210> 4
<211> 1445
<212> DNA
<213> Nitrosomonas eutropha
<400> 4
gatggcgggg gcctttaaca tgcaagtcga acggcagcgg gggcttcggc ctgccggcga 60
gtggcgaacg ggtgagtaat gcatcggaac gtgtccttaa gtggggaata acgcatcgaa 120
agatgtgcta ataccgcata tctctcagga ggaaagcagg ggatcgaaag accttgcgct 180
aaaggagcgg ctgatgtctg attagctagt tggtggggta aaagcttacc aaggcaacga 240
tcagtagctg gtctgagagg acgaccagcc acactgggac tgagacacgg cccagactcc 300
tacgggaggc agcagtgggg aattttggac aatgggcgaa agcctgatcc agccatgccg 360
cgtgagtgaa gaaggccttc gggttgtaaa gctcttttag tcggaaagaa agagtcatag 420
taaatagcta tgatttatga cggtaccgac agaaaaagca ccggctaact acgtgccagc 480
agccgcggta atacgtaggg tgcgagcgtt aatcggaatt actgggcgta aagggtgcgc 540
aggcggcctt gtaagtcaga tgtgaaagcc ccgggcttaa cctgggaatt gcgtttgaaa 600
ctacaaagct agagtgcagc agaggggagt ggaattccat gtgtagcagt gaaatgcgta 660
gagatgtgga agaacaccga tggcgaaggc agctccctgg gttgacactg acgctcatgc 720
acgaaagcgt ggggagcaaa caggattaga taccctggta gtccacgccc taaactatgt 780
caactagttg tcggatctaa ttaaggattt ggtaacgtag ctaacgcgtg aagttgaccg 840
cctggggagt acgatcgcaa gattaaaact caaaggaatt gacggggacc cgcacaagcg 900
gtggattatg tggattaatt cgatgcaacg cgaaaaacct tacctaccct tgacatgctt 960
ggaatctaat ggagacataa gagtgcccga aagggagcca agacacaggt gctgcatggc 1020
tgtcgtcagc tcgtgtcgtg agatgttggg ttaagtcccg caacgagcgc aacccttgtc 1080
gctaattgct atcattttaa tgagcacttt agcgagactg ccggtgacaa accggaggaa 1140
ggtggggatg acgtcaagtc ctcatggccc ttatgggtag ggcttcacac gtaatacaat 1200
ggcgcgtaca gagggttgcc aatccgcgag gaggagccaa tctcagaaag cgcgtcgtag 1260
tccggatcgg agtctgcaac tcgactccgt gaagtcggaa tcgctagtaa tcgcggatca 1320
gcatgccgcg gtgaatacgt tcccgggtct tgtacacacc gcccgtcaca ccatgggagt 1380
gattttcacc agaagcaggt agtttaaccg caaggagggc gctttcccac cggtggggtc 1440
accct 1445

Claims (5)

1.一株高适应性的亚硝化单胞菌，其分类命名为Nitrosomonas eutropha CZ-4 ,其特征在于，保藏编号为CCTCC NO：M 2018813。
2.权利要求1所述的亚硝化单胞菌在污水脱氨氮中的应用。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述亚硝化单胞菌在好氧条件下用于脱除污水中的氨氮。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述污水中的初始氨浓度0.7~300mg/L。
5.根据权利要求3或4所述的应用，其特征在于，所述的污水为垃圾渗沥液、印染废水、黑臭河水、黑臭湖水或淡水养殖水。
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