CN111004744B - 一株除磷菌株及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物及环境工程技术领域，具体涉及一株除磷菌株及其应用。本发明所提供的除磷菌YJY19‑07经16SrDNA鉴定为节杆菌（Arthrobacter sp.），保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.18400。该菌株在高盐条件下可高效除磷，非常适合应用于有机物含量高、盐含量高的城市污水处理中，工艺简单，成本低，经过处理后的污水达到综合池排放标准，对操作人员无副作用。

Description

一株除磷菌株及其应用
技术领域
本发明属于生物及环境工程技术领域，具体涉及一株除磷菌株及其应用。
背景技术
磷是组成生命体的一种重要元素，也是生物生长所需的营养物质。工农业的迅速发展，人口的急剧增长，城市化进程的加快等因素的作用，加剧了氮、磷等营养物质向水体的排放量，造成植物过量生长和整个水体生态平衡的改变，加快了富营养化进程。水体富营养化严重降低了水资源的利用价值，对城市经济、自然环境构成严重威胁，在全球范围内，由于营养物质増多藻类爆发导致氧气耗尽而产生的＂死亡区域＂不断扩大，富营养化给旅游业、工业、农业及水产业都带来了极大的危害。因此，降低水环境中磷浓度，预防水体富营养化，是当今环境治理中的一项重要课题，其进展对环境保护具有十分重要的意义。
近年来世界各国对污水处理厂出水水质的要求不断提高。一方面水域水质恶化使得对部分城市污水处理厂出水水质要求更为严格；另一方面由于污水再生回用的需求，要求污水处理工艺出水水质进一步提升。因此，尽可能降低工艺出水中总氮和总磷含量，就成为各个污水处理厂所面临的一个迫切任务。目前，国内外的污水除磷技术主要分为化学法和生物法两大类。化学沉淀法除磷是利用阳离子与磷酸根结合生成沉淀的过程，处理难度较大，会产生大量含水化学污泥，药剂费用偏高，由此造成的残留金属离子的浓度也偏高，出水色度增加，活性污泥膨胀，而且不适用于磷浓度较低的情况。
地球上的淡水只占水资源总量的2.5％，可被人类利用的淡水仅为总水量的化0.1％，包括河流、湖泊等。加之生态环境的恶化及不合理的开发和利用，导致全球面临着越来越严重的淡水资源短缺问题。为了缓解淡水资源日益紧缺的局面，许多地区己经开始在工业生产和生活用水中推行海水直接利用，海水利用后产生的废水含有大量的无机盐，另外，很多工业生产也产生了大量高盐度的工业废水，造成了废水中的含盐量过高，高盐废水的排放所造成的环境问题己受到了高度重视。一般来说，高盐废水是指盐度大于1％的废水。高盐废水的处理难度极大，含有大量无机盐离子和高浓度磷。目前处理高盐度废水的方法有很多，主要采用的方法包括电解法、焚烧法、膜分离法或深井灌注法等。但是这些方法有一些不足之处需要解决，电解法和焚烧法运行费用高；采用膜分离法时，膜容易受到悬浮物等的堵塞；深井灌注法存在二次污染的问题，所以这些方法在实际中的推广受到限制。生物处理法无害、经济、高效，因此是首选的处理高盐度废水的方法。
高盐环境对微生物的生长会产生抑制作用，使微生物不能充分的发挥其处理作用，因此传统的生物处理法不适合于对高盐废水的处理。当环境中的盐度小于2％时，聚磷菌的除磷能力受盐度的影响较小，当生物除磷体系受到盐度为2％的废水的连续冲击时，聚磷菌的除磷能力被完全破坏。因此高盐环境下含磷废水的处理是一个丞待解决的难题。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供了一株除磷菌株及其应用。经研发获得的该菌株编号为YJY19-07，属于节杆菌属，在高盐条件下可高效除磷，非常适合应用于有机物含量高、盐含量高的城市污水处理中，工艺简单，成本低，经过处理后的污水达到综合池排放标准，对操作人员无副作用。根据本发明的方法，该菌株在盐度7％的高盐环境下除磷效果优异，24h除磷可达到98.65％。
菌株YJY19-07，革兰氏阳性，在牛肉膏蛋白胨培养基上培养时间越长菌体长度越短，培养初期(液体培养基大概36h前，固体培养基时间要更长些)形态呈现为杆状，后期(液体培养基大概36h后，固体培养基时间要更长些)形态呈现为大小均一的球状，有明显的球杆变化周期，菌落淡黄色，不透明，边缘整齐，显微镜下排列按一定角度呈“V”或“Y”型。
该菌株YJY19-07经16SrDNA鉴定为节杆菌属(Arthrobacter sp.)，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.18400。
本发明的除磷菌株YJY19-07是经过筛选获得，下面简要说明下其筛选过程：(1)优势菌株富集及驯化：于污水处理厂进行样品采集，并进行耐盐优势菌株富集；(2)菌种分离及纯化；(3)菌株筛选：通过限磷和过磷的葡萄糖-MOPS培养基进行蓝白斑初筛，将蓝斑菌株进行高盐环境除磷效果复筛，菌株验证；(4)菌株鉴定：将所得菌株YJY19-07的16SrDNA序列进行BLAST比对，该菌株的16SrDNA的核苷酸序列与节杆菌属菌株的核苷酸序列有大于99％的同源性。
经过试验验证，本发明的除磷菌株YJY19-07，在15-50℃范围内均具有除磷效果，30℃左右其活性最佳，除磷效果最好，可达98％以上；在pH5-11范围内，均有除磷效果，最适为pH为9左右，除磷率可达到98％以上；该菌株在盐浓度为0.15％-5％范围内，均具有非常好的除磷效果，当盐浓度大于5％时，除磷效果随着盐浓度的提高而下降，当盐度为7％时，除磷率为可达50％左右。综上所述，本发明的菌株除磷菌株YJY19-07可适应非常广的温度和pH范围，并且可耐高盐浓度，除磷效果非常优异，是一株非常适合工业应用的除磷菌株。
上述除磷菌株的应用方法为：将除磷菌株YJY19-07或其培养所得菌剂投入到含磷废水中。
更为具体的，上述除磷菌株YJY19-07培养所得菌剂的有效活菌数为1.5*1011-3.0*1011cfu/g，按照质量(g)/体积(m3)百分比，菌剂投加量为0.05‰-0.1‰；菌剂制备采用现有常规技术完成。
更优选的，投加菌种或菌剂时相应投加营养盐，可以辅助除磷菌更加快速生长繁殖，发挥作用。
优选的，营养盐包括硫酸镁，氯化钠，氯化钾，硫酸亚铁，硫酸锰，柠檬酸钠，氯化钙等。
优选的，按照质量(g)/体积(m3)百分比，营养盐投加量为：硫酸镁0.02-0.05％，氯化钠0.02-0.05％，氯化钾0.02-0.05％，硫酸亚铁0.02-0.05％，硫酸锰0.02-0.05％，柠檬酸钠0.02-0.05％，氯化钙0.015-0.04％。
更为优选的，按照质量(g)/体积(m3)百分比，营养盐投加量为：硫酸镁0.036％，氯化钠0.036％，氯化钾0.036％，硫酸亚铁0.0036％，硫酸锰0.0036％，柠檬酸钠0.0036％，氯化钙0.024％。
优选的，应用该菌株进行废水除磷时，调节废水溶氧为2-4mg/L，pH为7.0-9.0，温度控制在25-35℃。
更为优选的，菌剂投加前在培养罐中进行曝气活化24h最佳。
按照本发明的上述方法进行应用，当废水COD在300-500mg/L之间，停留时间为2天时，总磷可从5-6mg/L降至0.1-0.5mg/L。
本发明除磷菌株及菌剂克服了高盐环境对微生物的抑制作用，环境适应范围广，对pH值及温度的变化及高盐浓度有较强的适应性；应用时除磷效果好，降解效率高，对磷的去除率可达98％以上。另外，利用本发明的除磷菌进行生物强化除磷，可缩短生物强化除磷启动的时间，未经厌氧段，仍能达到良好的除磷效果，且长期运行的除磷效果依然良好且运行稳定。非常适合应用于有机物含量高、盐含量高的城市污水处理中，工艺简单，成本低，对操作人员无副作用。
保藏信息
保藏时间：2019年08月20日；
保藏单位名称：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心；
保藏编号：CGMCC No.18400；
保藏单位地址：北京市朝阳区北辰西路1号院中科院微生物研究所；
分类命名:节杆菌(Arthrobacter sp.)。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围，除特殊说明外，下述实施例中均采用常规现有技术完成。
下面实施例中所用的操作技术及原料药品都是常规的并被本领域所熟知的。
实施例1
将除磷菌株YJY19-07接种到LB培养基中，32℃，150rpm培养16h，按照5‰的接种量接种至废水合成培养基中，用NaOH分别将废水合成培养基中的pH调为3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13，同时设置未接菌株的空白对照组,pH自然(7.5-8左右)，其他条件相同，于32℃，150rpm培养，24h后取样检测菌株的除磷量。(由于pH对于磷是否降解没有影响，因此只设置一组对照组)
培养基成分为葡萄糖0.3g/L，蛋白胨0.1g/L，酵母粉0.01g/L，乙酸钠0.5g/L，硫酸镁0.15g/L，氯化铵0.108g/L，磷酸氢二钾0.096g/L，氯化钠20g/L，废水溶解并分别调节至相应pH值。
初始磷含量为39.47mg/L，实验结束后经检测得到：pH3-13的实验组，除磷量分别为5mg/L、4.7mg/L、28.9mg/L、34.41mg/L、35.12mg/L、36.62mg/L、38.41mg/L、34.52mg/L、28.21mg/L、2.1mg/L、1.9mg/L；空白对照组几乎无变化。
pH在5-11范围内，均有除磷效果，最适为pH＝9时，除磷率达到97.3％。pH＝11时，除磷效果受到影响，pH>11时几乎没有效果。
实施例2
将除磷菌株YJY19-07接种到LB培养基中，32℃，150rpm培养16h，按照5‰的接种量接种至废水合成培养基中，分别置于15℃、25℃、28℃、30℃、32℃、35℃、37℃、45℃、50℃的摇床上150rpm培养，同时设置未接菌株的空白对照组，培养温度32℃，其他条件相同，于24h后取样检测菌株的除磷量。
培养基成分为葡萄糖0.3g/L，蛋白胨0.1g/L，酵母粉0.01g/L，乙酸钠0.5g/L，硫酸镁0.15g/L，氯化铵0.108g/L，磷酸氢二钾0.096g/L。
初始磷含量为40.16mg/L，实验结束后经检测得到：15-50℃的实验组，除磷量分别为38.43mg/L、38.59mg/L、38.64mg/L、39.07mg/L、38.52mg/L、37.69mg/L、37.49mg/L、37.48mg/L、30.71mg/L、30mg/L，空白对照组几乎无变化。
除磷菌剂在15℃-50℃范围内都具有除磷效果，只是降解速率不同，最适温度为30℃，磷的去除率达到97.3％，高于40℃活性受到影响。
实施例3
将除磷菌株YJY19-07接种到LB培养基中，32℃，150rpm培养16h，按照5‰的接种量接种至废水合成培养基中，用氯化钠分别将废水合成培养基中的盐度调为0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％，32℃，150rpm培养，同时设有未接菌的空白对照组，盐度自然，其他条件相同，24h后取样检测菌株的除磷量。
培养基成分为葡萄糖0.3g/L，蛋白胨0.1g/L，酵母粉0.01g/L，乙酸钠0.5g/L，硫酸镁0.15g/L，氯化铵0.108g/L，磷酸氢二钾0.096g/L。
初始磷含量为34.88mg/L，实验结束后经检测得到：盐度为0.5％-7％的实验组，除磷量分别为33.51mg/L、33.44mg/L、33.3mg/L、32.39mg/L、31.79mg/L、30.34mg/L、25.3mg/L、14.73mg/L。
在盐浓度为0.5％-5％范围内，除磷效果最好，当盐浓度大于5％时，除磷效果随着盐浓度的增加下降。
实施例4
某城市污水处理厂的总磷含量较高，并且由于城市污水普遍存在的低COD、高氨氮的问题，导致整体系统对总磷的去除效果较差，目前某城市污水处理厂的出水总磷在4-4.5mg/L左右，进水COD在100mg/L-260mg/L，NH4-N在60mg/L-80mg/L，高于国家限制。模拟现场AO工艺(厌氧好氧工艺)条件下，补充营养物质使进水COD控制在525g/m3，进水总磷在15-20mg/L，按0.1‰投加量进行菌剂(有效活菌数为2*1011cfu/g。)投加，在投加菌剂时按照废水的质量(g)体积(m3)百分比计，投加营养盐为：硫酸镁0.036％，氯化钠0.036％，氯化钾0.036％，硫酸亚铁0.0036％，硫酸锰0.0036％，柠檬酸钠0.0036％，氯化钙0.024％，以助其快速生长，发挥作用，调节缺氧池溶解氧在1-3mg/L，pH在7.5-8.5，温度控制在28℃，停留时间为1天，实现生化系统最终出水总磷指标为0.08mg/L，出水达标，降低运行成本。
实施例5
沾化一城市污水处理厂日处理量10000m3左右，水质指标不稳，进水COD在100mg/L-300mg/L，NH4-N在70mg/L-90mg/L，总磷在4mg/L-6mg/L。生化系统采用A2O工艺，经生化系统+后续絮凝处理后，处理后排水总磷降解量在1mg/L左右，总磷出水指标达不到污水处理厂的指标要求(P≤0.5mg/L)并且极不稳定，按0.05‰投加量进行菌剂投加好氧池，固体菌剂的有效活菌数为2*1011cfu/g。在投加菌剂时按照废水的质量(g)体积(m3)百分比计，投加营养盐为：硫酸镁0.036％，氯化钠0.036％，氯化钾0.036％，硫酸亚铁0.0036％，硫酸锰0.0036％，柠檬酸钠0.0036％，氯化钙0.024％，以助其快速生长，发挥作用，调节缺氧池溶解氧在2-4mg/L，pH在7.0-8.0，温度控制在25℃，实现生化系统最终出水总磷指标为0.2mg/L，出水COD在20-25mg/L，降低运行成本。
序列表
<110> 黄河三角洲京博化工研究院有限公司
<120> 一株除磷菌株及其应用
<141> 2019-12-16
<160> 1
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 1400
<212> DNA
<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
<400> 1
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gcttcatcgt tcgactgcat 1400

Claims (7)

1.一株除磷菌株，其特征在于，该菌株编号为YJY19-07，为节杆菌（Arthrobacter sp.），保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCCNo.18400。
2.权利要求1所述的除磷菌株应用于废水除磷。
3.权利要求1所述的一株除磷菌株的应用方法，其特征在于，将除磷菌株YJY19-07或其菌剂投入到含磷废水中。
4.根据权利要求3所述的一株除磷菌株的应用方法，其特征在于，菌株YJY19-07的菌剂的有效活菌数为1.5×1011-3.0×1011cfu/g，按照质量/体积百分比，其中，质量以g计，体积以m3计，菌剂投加量为0.05‰-0.1‰。
5.根据权利要求3所述的一株除磷菌株的应用方法，其特征在于，投加菌种或菌剂时相应投加营养盐，营养盐包括硫酸镁，氯化钠，氯化钾，硫酸亚铁，硫酸锰，柠檬酸钠，氯化钙。
6.根据权利要求5所述的一株除磷菌株的应用方法，其特征在于，按照质量/体积百分比，其中，质量以g计，体积以m3计，营养盐投加量为：硫酸镁0.02-0.05%，氯化钠0.02-0.05%，氯化钾0.02-0.05%，硫酸亚铁0.02-0.05%，硫酸锰0.02-0.05%，柠檬酸钠0.02-0.05%，氯化钙0.015-0.04%。
7.根据权利要求3所述的一株除磷菌株的应用方法，其特征在于，应用该菌株进行废水除磷时，调节废水溶氧为2-4mg/L，pH 为7.0-9.0，温度控制在25-35℃。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2012742A (en) * 1978-01-23 1979-08-01 Univ Nagoya Removal of organic and/or inorganic phosphorus compound(s)
CN108795799A (zh) * 2018-05-31 2018-11-13 山东省科学院生态研究所 一株用于控制土壤磷素流失的多功能节杆菌Fp64及其应用

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Greenhouse gas emission and microbial community dynamics during simultaneous nitrification and denitrification process;Qiang Kong等;《Bioresource Technology》;20160221;第210卷;第94-100页 *

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