CN110862941B - 一种用于降解废水的菌株及其复合菌剂和应用 - Google Patents

一种用于降解废水的菌株及其复合菌剂和应用 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是为了开发高效处理吡啶、喹啉或焦化废水的菌株，提供了一种用于降解废水的菌株及其复合菌剂和应用。发明类诺卡氏菌的保藏编号CGMCC NO.17038。复合菌剂类诺卡氏菌、微球菌和假单胞菌组成，类诺卡氏菌：微球菌：假单胞菌的个数比为1：(2～2.3)：(2～2.3)。该菌株通过以吡啶为唯一碳源和能量来源纯化分离所得，该菌株具有脱氮作用，并对酚类、含氮杂环化合物、苯系物及烷烃类化合物具有降解作用，实验表明其对吡啶、喹啉及焦化废水具有良好的降解效果。该复合菌剂与活性污泥的混合菌剂对焦化废水中的COD、杂环化合物和酚类物质具有良好的降解效果。

Description

一种用于降解废水的菌株及其复合菌剂和应用
技术领域
本发明属于环境污染治理技术领域，特别涉及一种用于降解废水的类诺卡氏菌株及其复合菌剂和应用。
背景技术
吡啶是六元氮杂环化合物，不易降解。吡啶广泛存在于印染废水、制药废水及工业废水中，由于其与水任意比互溶，极易通过扩散进入地下水系统，从而导致水环境或土壤环境的污染。吡啶危害水生生物及植物的生长，且对人类健康具有致癌、致畸、致突变的威胁。
喹啉是萘状氮杂环化合物，不易降解。喹啉是工业中经常使用的溶剂和原材料。因此，随着工业生产中废水的排放，喹啉已成为地表水、土壤及地下水中常见的污染物。喹啉能随水蒸气蒸发，其蒸汽对人的眼睛、鼻、喉和皮肤有刺激性，且对人类健康具有“三致”的威胁。
焦化废水是一种成分复杂的工业废水，其含有高浓度有机物如酚类、苯系物、杂环化合物、多环芳烃等，高浓度无机物如氨氮、氰化物、硫氰化物，焦化废水毒性大，危害人类健康。吡啶及喹啉就是焦化废水中常见的两种含氮杂环化合物。
目前对被吡啶、喹啉或焦化废水污染的水体治理方法主要有物理法、化学法和微生物法。与物理修复、化学修复相比较，微生物修复技术是一种发展较为成熟的修复技术，且此种修复技术具有安全、高效、低成本、操作简单且不产生二次污染的优势，是一种环境友好型的污染处理技术。针对吡啶废水污染的微生物修复技术，目前国内外研究者筛选出的申氏杆菌(Shinella zoogloeoides)BC026能在17小时内将浓度为400mg/L的吡啶完全降解；芽孢杆菌(Bacillus sp.)P38对浓度为505mg/L的吡啶废水具有92.7％的降解率；产硫酸杆菌(Thiobacillus sp.)和屈挠杆菌(Flexibacter)对浓度为1000mg/L的吡啶废水降解率分别为65.5％和64.1％；副球菌(Paracoccus sp.)KT-54能在0.5h内将1.150g/L以下的吡啶降解完全等。针对喹啉废水污染的微生物修复技术，目前筛选出的假单胞菌(Pseudomonas sp.)BW003能在3～8h内将浓度为192mg/L～911mg/L的喹啉有效地降解，降解率在96％～98％之间；恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)WS-5能将浓度为50mg/L～300mg/L的喹啉完全降解；皮氏伯克霍尔德氏菌(Burkholderia pickettii)浓度为100mg/L～350mg/L的喹啉完全降解等。对于焦化废水污染的微生物修复技术，目前国内外也已经筛选出了多种对其降解效果明显的微生物菌体或菌剂，如投加沈阳化工研究院有限公司研制的菌剂能对某厂好氧生化池焦化废水中COD、氰化物、总氮分别达到72.7％、82.5％、37.4％的降解率；一种由假单胞菌(Pseudomonas sp.)组成的菌剂对焦化废水中的挥发酚去除率达99.94％、COD去除率达85.60％；一株优势菌株B2对焦化废水的COD去除率对焦化废水中COD的降解率可达88.14％等。
但是，对于高效处理吡啶、喹啉或焦化废水的菌株还有待进一步开发。
发明内容
本发明的目的是为了开发高效处理吡啶、喹啉或焦化废水的菌株，提供了一种用于降解废水的菌株及其复合菌剂和应用。该菌株通过以吡啶为唯一碳源和能量来源纯化分离所得，该菌株具有脱氮作用，并对酚类、含氮杂环化合物、苯系物及烷烃类化合物具有降解作用，实验表明其对吡啶、喹啉及焦化废水具有良好的降解效果。该复合菌剂与活性污泥的混合菌剂对焦化废水中的COD、杂环化合物和酚类物质具有良好的降解效果。
为了实现本发明的目的，本发明的技术方案之一为，一种类诺卡氏菌(Nocardioides sp.)，保藏编号CGMCC NO.17038，保藏单位：中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏时间2018年12月27日，保藏单位地址：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。
本发明的技术方案之二为，一种复合菌剂，由上述的类诺卡氏菌(Nocardioidessp.)，保藏号为CGMCC No.13557的微球菌(Micrococcus sp.)和假单胞菌(Pseudomonassp.)组成；其中，类诺卡氏菌：微球菌：假单胞菌的个数比为1∶(2～2.3)∶(2～2.3)。
本发明的技术方案之三为，上述类诺卡氏菌应用于降解吡啶的方法为：
1)向含有吡啶的水中投入无机盐培养基MSM2和菌液，菌液投入体积为含有吡啶的水体积的4～6％，得到初始发酵液，初始发酵液中吡啶的浓度为200～400mg/L；
2)控制发酵液的pH为3.5±0.5、培养温度为35±1℃、摇床转速为170±20r/min，培养5～7天。
进一步的，上述类诺卡氏菌应用于降解吡啶的方法中，投入的菌液浓度为0.2～0.3gDCW/L；
进一步的，上述类诺卡氏菌应用于降解吡啶的方法中，所述MSM2的投入量为：
每升含有吡啶的水中加入MnSO4·H2O 0.006～0.009g，NaMoO4·2H2O 0.001～0.003g，CuSO4·5H2O 0.006～0.009g，K2HPO4 0.3～1.0g，NaH2PO4 0.3～1.0g，MgSO4·7H2O0.15～0.30g，CaCl2 0.005～0.013g，FeCl3·6H2O 0.015～0.23g。
本发明的技术方案之四为，上述类诺卡氏菌应用于降解喹啉的方法为：
1)向含有喹啉的水中投入无机盐培养基MSM2和菌液，菌液投入体积为含有喹啉的水体积的4～6％，得到初始发酵液，初始发酵液中喹啉的浓度为250～450mg/L；
2)控制发酵液的pH为3.5±0.5、培养温度为35±1℃、摇床转速为170±20r/min，培养5～7天。
进一步的，上述类诺卡氏菌应用于降解喹啉的方法中，投入的菌液浓度为0.2～0.3gDCW/L；
进一步的，上述类诺卡氏菌应用于降解喹啉的方法中，所述MSM2的投入量为：
每升含有喹啉的水中加入MnSO4·H2O 0.006～0.009g，NaMoO4·2H2O 0.001～0.003g，CuSO4·5H2O 0.006～0.009g，K2HPO4 0.3～1.0g，NaH2PO4 0.3～1.0g，MgSO4·7H2O0.15～0.30g，CaCl2 0.005～0.013g，FeCl3·6H2O 0.015～0.23g。
本发明的技术方案之五为，上述类诺卡氏菌应用于降解焦化废水的方法为：
1)向COD浓度为400～500mg/L、氨氮浓度≤70mg/L的焦化废水中投入菌液，并且在每升焦化废水中添加矿物元素，得到初始发酵液；
所述菌液的投入体积为焦化废水体积的10％～20％，菌液浓度为0.5gDCW/L～1.0gDCW/L；
矿物元素的添加量为：K2HPO4 0.3～1.0g，NaH2PO4 0.3～1.0g，MgSO4·7H2O 0.15～0.30g，CaCl2 0.005～0.013g，FeCl3·6H2O 0.015～0.23g；
2)控制发酵液的pH为5.5～8、摇床温度35±1℃、转速150～190r/min，反应5～7天。
发明的技术方案之六为，上述复合菌剂应用于降解焦化废水的方法为：
1)将COD浓度为350～750mg/L、氨氮浓度≤80mg/L的焦化废水经预处理除菌后，再调节焦化废水的N∶P＝5～7.3∶1，然后向焦化废水中接种复合菌剂和活性污泥，得到初始发酵液；
所述复合菌剂的接种体积为焦化废水体积的10～30％，复合菌剂的浓度为0.5～1.5DCW/L；
复合菌剂中类诺卡氏菌：微球菌：假单胞菌的个数比为1∶(2～2.3)∶(2～2.3)；
所述活性污泥的接种量为焦化废水体积的25～30％；
矿物元素的添加量为：K2HPO4 0.3～1.0g，NaH2PO4 0.3～1.0g，MgSO4·7H2O 0.15～0.30g，CaCl2 0.005～0.013g，FeCl3·6H2O 0.015～0.23g；
2)控制发酵液的pH为7±0.5、摇床温度30±1℃、转速110～140r/min，培养2～3天。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、本发明的类诺卡氏菌具有脱氮作用，尤其对吡啶和喹啉具有较好的降解效果，可应用于含吡啶和/或喹啉的废水和土壤的处理。
2、本发明的类诺卡氏菌在好氧生化降解焦化废水的过程中发挥明显的作用，对焦化废水中的挥发酚类、含氮杂环类化合物降解效果显著，且对废水中的苯系物及烷烃类化合物也有明显降解效果。
3、本发明的复合菌剂对处理焦化废水具有更好的降解作用和更短的降解时间。
附图说明
图1、本发明的类诺卡氏菌扫描电镜图。
具体实施方式
本发明筛选出的类诺卡氏菌(Nocardioides sp.)通过以吡啶为唯一碳源和能量来源纯化分离所得，且菌株经16SrDNA鉴定而命名。
类诺卡氏菌(Nocardioides sp.)的微生物学特征：单个菌体呈短杆状，长1.943±0.2μm，宽约781.6±10nm；革兰氏阳性菌；菌落为圆形、凸起、表面干燥、呈粉末状、颜色呈白色；生理生化特征包括：甲基红试验阴性、乙酰甲基醇试验阴性、产氨试验阴性、油脂水解试验阳性、硝酸盐还原试验阳性、接触酶试验阳性。
假单胞菌购自于南通凯恒生物科技发展有限公司；https：//detail.1688.com/ offer/546491429160.html？spm＝a2615.7691456.autotrace- offerGeneral.10.43c770e5f4HVcc
活性污泥的来源：活性污泥来自鞍钢焦化废水处理过程的好氧池活性污泥，污泥沉降比SV30＝80％，悬浮固体浓度SS＝14.6g/L，挥发性悬浮固体浓度VSS＝10.4g/L。
MSM2的配方如下：
MnSO4·H2O 0.008g，NaMoO4·2H2O 0.002g，CuSO4·5H2O 0.008g，K2HPO4 0.5g，NaH2PO4 0.5g，MgSO4·7H2O 0.25g，CaCl2 0.01g，FeCl3·6H2O 0.02g，含吡啶或喹啉的水1000mL。
实施例1
类诺卡氏菌降解吡啶。
1)向含有200mg吡啶的1L水中投入无机盐培养基MSM2和0.04L浓度为0.2gDCW/L的类诺卡氏菌菌液，得到初始发酵液；
2)控制发酵液的pH为3～3.5、培养温度为35±1℃、摇床转速为190r/min，培养5、6、7天。
吡啶降解率分别为58％，70％，75％。
实施例2
类诺卡氏菌降解吡啶。
1)向含有300mg吡啶的1L水中投入无机盐培养基MSM2和0.05L浓度为0.25gDCW/L的类诺卡氏菌菌液，得到初始发酵液；
2)控制发酵液的pH为3.5～4、培养温度为35±1℃、摇床转速为170r/min，培养5、6、7天。
吡啶降解率分别为57％，68％，72％。
实施例3
类诺卡氏菌降解吡啶。
1)向含有400mg吡啶的1L水中投入无机盐培养基MSM2和0.06L浓度为0.3gDCW/L的类诺卡氏菌菌液，得到初始发酵液；
2)控制发酵液的pH为3.5～4、培养温度为35±1℃、摇床转速为150r/min，培养5、6、7天。
吡啶降解率分别为60％，74％，78％。
实施例4
类诺卡氏菌降解喹啉。
1)向含有250mg喹啉的1L水中投入无机盐培养基MSM2和0.04L浓度为0.2gDCW/L的类诺卡氏菌菌液，得到初始发酵液；
2)控制发酵液的pH为3～3.5、培养温度为35±1℃、摇床转速为190r/min，培养5、6、7天。
喹啉降解率分别为75％，83％，88％。
实施例5
类诺卡氏菌降解喹啉。
1)向含有350mg喹啉的1L水中投入无机盐培养基MSM2和0.05L浓度为0.25gDCW/L的类诺卡氏菌菌液，得到初始发酵液；
2)控制发酵液的pH为3.5～4、培养温度为35±1℃、摇床转速为170r/min，培养5、6、7天。
喹啉降解率分别为78％，84％，91％。
实施例6
类诺卡氏菌降解喹啉。
1)向含有450mg喹啉的1L水中投入无机盐培养基MSM2和0.06L浓度为0.3gDCW/L的类诺卡氏菌菌液，得到初始发酵液；
2)控制发酵液的pH为3.5～4、培养温度为35±1℃、摇床转速为150r/min，培养5、6、7天。
喹啉降解率分别为80％，90％，96％。
实施例7
类诺卡氏菌降解焦化废水。
1)向1L含有初始焦化废水COD浓度453mg/L、氨氮浓度61mg/L的焦化废水中投入0.1L浓度为0.5gDCW/L的类诺卡氏菌的菌液，并且在焦化废水中添加矿物元素：K2HPO40.5g，NaH2PO4 0.5g，MgSO4·7H2O 0.25g，CaCl2 0.025g，FeCl3·6H2O 0.02g，得到初始发酵液；
2)控制发酵液的pH为5.5～6、摇床温度35±1℃、转速190r/min，培养5、6、7天。
培养5天，COD降解率为48.32％，氨氮降解率为71.18％；培养6天，COD降解率为52.73％，氨氮降解率为75.42％；培养7天，COD降解率为59.18％，氨氮降解率为83.64％。
实施例8
复合菌剂结合活性污泥降解废水。
1)焦化废水首先进行离心沉淀，去除沉淀物；离心上清液用普通滤纸过滤一遍；所得滤液再通过0.45微米的滤膜进行抽滤，滤液即为预处理除菌后的焦化废水。
2)预处理除菌后的焦化废水的水质为：COD为374.35mg/L，氨氮浓度为27.1mg/L，再用磷酸氢二钾调节废水中的磷元素含量，使焦化废水N∶P＝5∶1。
3)向1L废水中投入微生物菌剂(LYM)、矿物元素和活性污泥，得到初始发酵液；LYM的接种量0.1L，浓度为0.5DCW/L，其中，类诺卡氏菌∶微球菌∶假单胞菌的接种体积比＝1∶2∶2；矿物元素的添加量为：K2HPO4 0.5g，NaH2PO4 0.5g，MgSO4.7H2O 0.25g，CaCl2 0.025g，FeCl3.6H2O 0.02g；活性污泥的添加量为0.3L。
4)控制初始发酵液的pH为6.5～7、摇床温度30±1℃、转速140r/min，培养2～3天。
培养2天，COD去除率为56.3％，氨氮去除率为95％；培养3天，COD去除率为69.7％，氨氮去除率为100％。
实施例9
复合菌剂结合活性污泥降解废水。
1)焦化废水首先进行离心沉淀，去除沉淀物；离心上清液用普通滤纸过滤一遍；所得滤液再通过0.45微米的滤膜进行抽滤，滤液即为预处理除菌后的焦化废水。
2)预处理除菌后的焦化废水的水质为：COD为730mg/L，再用磷酸氢二钾调节废水中的磷元素含量，使焦化废水N∶P＝7∶1。
3)向1L废水中投入微生物菌剂(LYM)、矿物元素和活性污泥，得到初始发酵液；LYM的接种量0.3L，浓度为1.5DCW/L，其中，类诺卡氏菌∶微球菌∶假单胞菌的接种体积比＝1∶2.3∶2.3；矿物元素的添加量为：K2HPO4 0.5g，NaH2PO4 0.5g，MgSO4.7H2O 0.25g，CaCl20.025g，FeCl3.6H2O 0.02g；活性污泥的添加量为0.25L。
4)控制初始发酵液的pH为7～7.5、摇床温度30±1℃、转速110r/min，培养2～3天。
培养3天，COD去除率为95.4％。培养3天，COD去除率为100％。
对比例1
微生物降解废水的方法。
方法同实施例9，区别在于：接种的菌种以类诺卡氏菌取代微生物菌剂，接种量0.3L，浓度为1.5DCW/L。
培养4天，COD降解率为68.6％。
对比例2
微生物降解废水的方法。
方法同实施例9，区别在于：接种的菌种以微球菌取代微生物菌剂，接种量0.3L，浓度为1.5DCW/L。
培养4天，COD降解率为59.1％。
对比例3
微生物降解废水的方法。
方法同实施例9，区别在于：接种的菌种以假单胞菌取代微生物菌剂，接种量0.3L，浓度为1.5DCW/L。
培养4天，COD降解率为39.5％。

Claims (6)

1.一种用于降解废水的菌株，其特征在于，所述菌株为类诺卡氏菌(Nocardioides sp.)，保藏编号为CGMCC NO. 17038。
2.一种用于降解废水的复合菌剂，其特征在于，由权利要求1的类诺卡氏菌、保藏编号为CGMCC No.13557的微球菌（Micrococcus sp.）和假单胞菌组成；其中，类诺卡氏菌：微球菌：假单胞菌的个数比为1：（2~2.3）：（2~2.3）。
3.一种权利要求1所述的类诺卡氏菌的应用，其特征在于，所述应用为降解吡啶，具体方法为：
1）向含有吡啶的水中投入无机盐培养基MSM2和菌液，菌液投入体积为含有吡啶的水体积的4~6%，得到初始发酵液，初始发酵液中吡啶的浓度为200~400mg/L；
2）控制发酵液的pH为3.5±0.5、培养温度为35±1℃、摇床转速为170±20r/min，培养5~7天；
其中，投入的菌液浓度为0.2~0.3gDCW/L；
所述MSM2的投入量为：
每升含有吡啶的水中加入MnSO4·H2O 0.006~0.009g，NaMoO4·2H2O 0.001~0.003g，CuSO4·5H2O 0.006~0.009g，K2HPO4 0.3~1.0g，NaH2PO4 0.3~1.0g，MgSO4·7H2O 0.15~0.30g，CaCl2 0.005~0.013g，FeCl3·6H2O 0.015~0.23g。
4.一种权利要求1所述的类诺卡氏菌的应用，其特征在于，所述应用为降解喹啉，具体方法为：
1）向含有喹啉的水中投入无机盐培养基MSM2和菌液，菌液投入体积为喹啉的水体积的4~6%，得到初始发酵液，初始发酵液中喹啉的浓度为250~450mg/L；
2）控制发酵液的pH为3.5±0.5、培养温度为35±1℃、摇床转速为170±20r/min，培养5~7天；
其中，投入的菌液浓度为0.2~0.3gDCW/L；
所述MSM2的投入量为：
每升含有吡啶的水中加入MnSO4·H2O 0.006~0.009g，NaMoO4·2H2O 0.001~0.003g，CuSO4·5H2O 0.006~0.009g，K2HPO4 0.3~1.0g，NaH2PO4 0.3~1.0g，MgSO4·7H2O 0.15~0.30g，CaCl2 0.005~0.013g，FeCl3·6H2O 0.015~0.23g。
5.一种权利要求1所述的类诺卡氏菌的应用，其特征在于，所述应用为降解焦化废水，具体方法为：
1）向COD浓度为400~500mg/L、氨氮浓度≤70mg/L的焦化废水中投入菌液，并且在每升焦化废水中添加矿物元素，得到初始发酵液；
2）控制发酵液的pH为5.5~8、摇床温度35±1℃、转速150~190r/min，反应5~7天；
所述菌液的投入体积为焦化废水体积的10%~20%，菌液浓度为0.5gDCW/L~1.0gDCW/L；
矿物元素的添加量为：K2HPO4 0.3~1.0g，NaH2PO4 0.3~1.0g，MgSO4·7H2O 0.15~0.30g，CaCl2 0.005~0.013g，FeCl3·6H2O 0.015~0.23g。
6.一种权利要求2所述的复合菌剂的应用，其特征在于，所述应用为降解焦化废水，具体方法为：
1）将COD浓度为350~750mg/L、氨氮浓度≤80mg/L的焦化废水经预处理除菌后，再调节焦化废水的N:P=5~7.3:1，然后向焦化废水中接种复合菌剂和活性污泥，得到初始发酵液；
2）控制发酵液的pH为7±0.5、摇床温度30±1℃、转速110~140r/min，培养2~3天；
所述复合菌剂的接种体积为焦化废水体积的10~30%，复合菌剂的浓度为0.5~1.5DCW/L；
所述复合菌剂中类诺卡氏菌：微球菌：假单胞菌的个数比为1:（2~2.3）:（2~2.3）；
所述活性污泥的接种量为焦化废水体积的25~30%；
矿物元素的添加量为：K2HPO4 0.3~1.0g，NaH2PO4 0.3~1.0g，MgSO4·7H2O 0.15~0.30g，CaCl2 0.005~0.013g，FeCl3·6H2O 0.015~0.23g。
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