CN113388553B - 一种耐氨氮复合菌剂及其应用和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐氨氮复合菌剂及其应用和制备方法,含有申氏菌Shinella sp.CY‑9和鞘氨醇盒菌Sphingopyxis sp.CY‑10;其中申氏菌Shinella sp.CY‑9保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏编号为CCTCC M 2021681,鞘氨醇盒菌Sphingopyxis sp.CY‑10保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏编号为CCTCC M 2021682,具有耐高浓度氨氮的功能,能够在高氨氮条件下的好氧环境中实现同步硝化反硝化脱氮的过程,有效去除高氨氮废水中的氨氮、总氮,实现高效去除高浓度氨氮的目的,可用于处理垃圾渗滤液、工业废水、养殖废水等高氨氮废水脱氮。
Description
技术领域
本发明涉及微生物领域,具体涉及一种耐氨氮复合菌剂,还涉及耐氨氮复合菌剂的应用以及制备方法。
背景技术
近年来,化工废水、垃圾渗滤液等含高浓度的高氨氮废水(氨氮浓度>200mg/L)的排放量日益增多。高氨氮废水的危害远高于低浓度氨氮废水,如不经有效处理将造成严重的危害:(1)水中氨氮含量超过0.3mg/L,将导致水体富营养化,主要体现在赤潮、水华等现象,同水生植物竞争营养物质,引起生物链断裂,造成水体生态环境被破坏。(2)高氨氮会在水中会发生氨氧化作用,消耗水中的溶解氧,引起水中氧浓度快速降低,导致溶解氧浓度与有机物浓度比例失衡,造成水质下降,引起水体黑臭。(3)高氨氮有直接生物毒性,会直接引起水生动植物大量死亡,其次,氨氮会在微生物作用下转化为硝态氮和亚硝态氮,亚硝态氮会引起变性血红蛋白症甚至癌症,孕妇则直接引起胎儿致畸、头痛和手指发绀等,动物摄入亚硝酸盐过多还会引起不妊、流产和乳量下降等系列问题。(4)传统微生物面对高氨氮时表现出生物活性低、处理效果差和反应速度慢等问题,因此现有高氨氮废水多采用物理化学法处理,但其处理成本高,还会造成二次污染。
首先去除高氨氮废水中氨氮的物化方法(如吹脱法、蒸氨塔蒸馏法,折点加氯法和FENTON氧化法等)只是在特殊的化工行业有应用,传统生物脱氮技术主要包括A/O工艺,短程硝化反硝化工艺,硝化+厌氧氨氧化等工艺。这些生物脱氮技术都是利用了自养硝化菌的特性,达到去除氨氮的目的。生物法以其无污染、经济和安全等优点被认为是目前最经济有效的水体净化方法。
近年来,研究者发现了特殊的全好氧脱氮微生物,这类微生物具有同步硝化和反硝化的特性,在好氧条件下可在一个反应器中实现氨氮和总氮同步脱除,解决了硝化和反硝化过程的矛盾。但是大多数微生物在高浓度氨氮下生长受到抑制,因此亟需一种耐受高氨氮的微生物,能实现高氨氮的快速去除,为此类废水的净化带来了新的途径。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种耐氨氮复合菌剂;本发明的目的之二在于提供复合菌剂在制备氨氮去除剂中的应用;本发明的目的之三在于提供复合菌剂在制备总氮去除剂中的应用;本发明的目的之四在于提供复合菌剂去除垃圾渗滤液氨氮中的应用;本发明的目的之五在于提供所述耐氨氮复合菌剂的制备方法。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
1、一种耐氨氮复合菌剂,所述复合菌剂含有申氏菌Shinella sp.CY-9和鞘氨醇盒菌Sphingopyxis sp.CY-10,所述申氏菌Shinella sp.CY-9保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏编号为CCTCC NO:M 2021681;所述鞘氨醇盒菌Sphingopyxis sp.CY-10保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏编号为CCTCC NO:M 2021682。
本发明优选的,所述复合菌剂还含有粪产碱杆菌Alcaligenes faecalis、不动杆菌Acinetobacter和苍白杆菌Ochrobactrum sp.TAC-2。
本发明优选的,所述复合菌剂的申氏菌Shinella sp.CY-9、鞘氨醇盒菌Sphingopyxis sp.CY-10、粪产碱杆菌Alcaligenes faecalis、不动杆菌Acinetobacter和苍白杆菌Ochrobactrum sp.TAC-2的数量比为10~30%:10%~30%:5~20%:5~10%:10~30%。
2、所述复合菌剂在制备氨氮去除剂中的应用。
3、所述复合菌剂在制备总氮去除剂中的应用。
4、所述复合菌剂去除垃圾渗滤液氨氮中的应用。
5、所述耐氨氮复合菌剂的制备方法,包括如下步骤:将菌株分别用含浓度为200~600mg/L氨氮的异养硝化培养基驯化,再在氨氮浓度大于200mg/L的异养硝化培养基下分别进行扩大培养,最后将菌株混合,富集培养至平稳期,即得复合菌剂。
本发明优选的,所述异养硝化培养基各组分浓度如下:(NH4)2SO4 2.0g/L,Na3C6H5O7 10.64g/L,维氏盐溶液50mL/L,所述维氏盐溶液各组分浓度如下:K2HPO4 5.0g/L,MgSO4·7H2O 2.5g/L,NaCl 2.5g/L,FeSO4·7H2O 0.05g/L,MnSO4·4H2O 0.05g/L,pH=7.0。
本发明优选的,所述平稳期时OD600值为1。
本发明优选的,所述驯化是将菌株分别依次在氨氮浓度为200mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L、600mg/L的异养硝化培养基上培养2d,培养条件为30℃、170r·min-1。
本发明的有益效果在于:本发明公开了耐氨氮复合菌剂,该复合菌剂在高浓度氨氮(浓度≥200mg/L)依然可以快速生长,并长时间保持高活性,实现在高氨氮条件下的高效脱氮;能够在高氨氮条件下的好氧环境中实现同步硝化反硝化脱氮的过程,有效去除高氨氮废水中的氨氮、总氮,实现高效去除高浓度氨氮(浓度≥200mg/L)的目的;本发明提供的复合菌剂使用方便、用量少,可直接投入水体中形成优势菌种高效去除水体中的总氮、氨氮,具有处理效率高、处理成本低的优势,同时解决传统生物脱氮处理中氨氮废水处理效果差、处理效率低以及处理成本高等问题。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚,本发明提供如下附图进行说明:
图1为复合菌剂在氨氮浓度为800mg/L时,对氨氮和总氮的去除曲线图;
图2为复合菌剂在硝态氮浓度为400mg/L时,对总氮的去除曲线图;
图3为复合菌剂对生活污水中氨氮去除曲线图。
图4为复合菌剂对垃圾渗滤液中氨氮去除曲线图。
本发明中申氏菌Shinella sp.CY-9和鞘氨醇盒菌Sphingopyxis sp.CY-10是从重庆巴南区重庆木犴生猪养殖场沼液废水中分离得到的菌株,送中国典型培养物保藏中心保藏,保藏编号分别为CCTCC NO:M 2021681和CCTCC NO:M 2021682,地址位于中国武汉武汉大学,保藏日期为2021年6月7日,分类命名为Shinella sp.CY-9和Sphingopyxis sp.CY-10。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明使用的培养基如下:
异养硝化培养基:(NH4)2SO4 2.0g/L,Na3C6H5O7 10.64g/L,维氏盐溶液50mL/L,其中维氏盐溶液各组分浓度如下:K2HPO4 5.0g/L,MgSO4·7H2O 2.5g/L,NaCl 2.5g/L,FeSO4·7H2O 0.05g/L,MnSO4·4H2O 0.05g/L,pH=7.0。
其余试剂为市售分析纯产品。
本发明实施例中使用的检测方法如下:菌液的OD600值采用UV2000分光光度计检测,波长为600nm。各污染物的监测分析方法参考《水和废水监测分析方法》(第四版,中国环境科学出版社,2002)。
实施例1、菌种的驯化
申氏菌Shinella sp.CY-9(CCTCC NO:M 2021681)高氨氮耐受性驯化:取2mL菌液接种于装有50mL灭菌后的异养硝化培养基的100mL血清瓶中,充分摇匀,30℃、170r·min-1条件下放入摇床中培养2d。在上述相同条件下连续传代培养,共传代5次,分别对应氨氮浓度为200mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L、600mg/L。
鞘氨醇盒菌Sphingopyxis sp.CY-10(CCTCC NO:M 2021682)高氨氮耐受性驯化:取2mL菌液接种于装有50mL灭菌后的异养硝化培养基的100mL血清瓶中,充分摇匀,30℃、170r·min-1条件下放入摇床中培养2d。在上述相同条件下连续传代培养,共传代5次,分别对应氨氮浓度为200mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L、600mg/L。
粪产碱杆菌Alcaligenes faecalis(CN109083287A)高氨氮耐受性驯化:取2mL菌液接种于装有50mL灭菌后的异养硝化培养基的100mL血清瓶中,充分摇匀,30℃、170r·min-1条件下放入摇床中培养2d,在上述相同条件下连续传代培养,共传代5次,分别对应氨氮浓度为200mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L、600mg/L。
不动杆菌Acinetobacter(CN109083287A)高氨氮耐受性驯化:取2mL菌液接种于装有50mL灭菌后的异养硝化培养基的100mL血清瓶中,充分摇匀,30℃、170r·min-1条件下放入摇床中培养2d。在上述相同条件下连续传代培养,共传代5次,分别对应氨氮浓度为200mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L、600mg/L。
苍白杆菌Ochrobactrum sp.TAC-2(CN109083287A)高氨氮耐受性驯化:取2mL菌液接种于装有50mL灭菌后的异养硝化培养基的100mL血清瓶中,充分摇匀,30℃、170r·min-1条件下放入摇床中培养2d。在上述相同条件下连续传代培养,共传代5次,分别对应氨氮浓度为200mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L、600mg/L。
实施例2、菌种的扩大培养
申氏菌Shinella sp.CY-9的扩大培养方法:取10~20mL经过高氨氮驯化后的菌液接种于装有300mL灭菌后的有氨氮浓度为300mg/L的异养硝化培养基的500mL三角瓶中,充分摇匀,30℃、170r·min-1条件下放入摇床中培养4d,OD600值大于1.0。
鞘氨醇盒菌Sphingopyxis sp.CY-10的扩大培养方法:取10~20mL经过高氨氮驯化后的菌液接种于装有300mL灭菌后的氨氮浓度为300mg/L的异养硝化培养基的500mL三角瓶中,充分摇匀,30℃、170r·min-1条件下放入摇床中培养4d,OD600值大于1.0。
粪产碱杆菌Alcaligenes faecalis(CICC 22642)的扩大培养方法:取10~20mL经过高氨氮驯化后的菌液接种于装有300mL灭菌后的氨氮浓度为200mg/L的异养硝化培养基的500mL三角瓶中,充分摇匀,30℃、170r·min-1条件下放入摇床中培养4d,OD600值大于1.0。
不动杆菌Acinetobacter(CICC 10695)的扩大培养方法:取10~20mL经过高氨氮驯化后的菌液接种于装有300mL灭菌后的氨氮浓度为200mg/L的异养硝化培养基的500mL三角瓶中,充分摇匀,30℃、170r·min-1条件下放入摇床中培养4d,OD600值大于1.0。
苍白杆菌TAC-2Ochrobactrum sp.TAC-2的扩大培养方法:取10~20mL经过高氨氮驯化后的菌液接种于装有300mL灭菌后的氨氮浓度为200mg/L的异养硝化培养基的500mL三角瓶中,充分摇匀,30℃、170r·min-1条件下放入摇床中培养4d,OD600值大于1.0。
实施例3、复合菌剂的制备
取实施例2所得申氏菌Shinella sp.CY-9(CCTCC NO:M 2021681)菌液1~2ml,鞘氨醇盒菌Sphingopyxis sp.CY-10(CCTCC NO:M 2021682)菌液1~4ml,粪产碱杆菌Alcaligenes faecalis(CICC 22642)菌液1~4ml,不动杆菌Acinetobacter(CICC 10695)菌液1~3ml,苍白杆菌Ochrobactrum sp.TAC-2菌液2~5ml,混合,得到种子液,制得的种子液中申氏菌Shinella sp.CY-9、鞘氨醇盒菌Sphingopyxis sp.CY-10、粪产碱杆菌Alcaligenes faecalis、不动杆菌Acinetobacter和苍白杆菌Ochrobactrum sp.TAC-2的数量比为10~30%:10%~30%:5~20%:5~10%:10~30%。
取20mL种子液接种于装有1000mL灭菌后的异养硝化培养基的2000mL三角瓶中,充分摇匀,30℃、170r·min-1条件下放入摇床中培养4d,当OD600值升至1.0之后达到平稳期,得到复合菌剂。
实施例4、复合菌剂去除高氨氮效果
配置氨氮浓度为800mg/L的异养硝化培养基,取100ml于250ml血清瓶中,用微量移液器向瓶中加入2mL复合菌剂菌液(OD600=1.0-2.4),采用封口膜密封,放入摇床设定在30℃、170r·min-1条件下放入摇床中培养,然后每隔24h测定菌液的OD600值确定菌体生长情况,同时测定培养基中氨氮和总氮的含量,确定氨氮和总氮的去除效果,由图1可知,在30℃条件下复合菌剂氨氮去除率达到100%,总氮去除率可达88.13%。
实施例5、复合菌去除总氮效果
配置硝态氮为400mg/L的反硝化培养基,取100ml于250ml血清瓶中,用微量移液器向瓶中加入2mL复合菌剂菌液(OD600=1.0-2.4),采用橡胶垫铝盖密封,放入摇床设定在30℃、170r·min-1条件下放入摇床中培养,然后每隔24h测定菌液的OD600值确定菌体生长情况,同时测定培养基中的总氮,确定总氮的去除效果,由图2可知,复合菌剂总氮去除率达到95%。
实施例6、复合菌剂处理生活污水实验
取100ml生活污水于250ml血清瓶中,用微量移液器向瓶中加入2ml复合菌剂菌液(OD600=1.0-2.4),采用胶垫铝盖密封,放入摇床设定在30℃、170r·min-1条件下放入摇床中培养,然后每隔24h测定菌液的OD600值及氨氮浓度,确定氨氮的去除效果,结果如图3所示。结果显示,复合菌剂能够高效去除生活污水中的氨氮,去除率可达到100%。
实施例7、复合菌剂处理垃圾渗滤液实验
取100ml垃圾渗滤液(取自重庆璧山生活垃圾填埋场,重庆市璧山区正兴镇尖山子村)于250ml血清瓶中,用微量移液器向瓶中加入2mL复合菌剂菌液(OD600=1.0-2.4),采用胶垫铝盖密封,放入摇床设定在5℃、170r·min-1条件下放入摇床中培养,然后每隔24h测定废水中氨氮的含量,确定氨氮的去除效果,结果如图4所示。结果显示,复合菌剂可高效去除垃圾渗滤液中的氨氮,去除率可达到89%。
在实验中发现,在其它条件不变的情况下,申氏菌Shinella sp.CY-9(CCTCC NO:M2021681)比例在10~30%,鞘氨醇盒菌Sphingopyxis sp.CY-10(CCTCC NO:M 2021682)比例在10%~30%,粪产碱杆菌Alcaligenes faecalis(CICC 22642)比例在5~20%,不动杆菌Acinetobacter(CICC 10695)比例在5~10%,苍白杆菌Ochrobactrum sp.TAC-2比例在10~30%,均能达到本发明的实验效果。
复合菌剂与废水体积比为1~10%时,均能达到本发明的实验效果,综合考虑时间因素和经济性因素,复合菌剂体积为废水体积2.0~4.0%的比例时,高氨氮去除的效果最佳。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种耐氨氮复合菌剂,其特征在于:所述复合菌剂含有申氏菌(Shinellasp.)CY-9和鞘氨醇盒菌(Sphingopyxissp.)CY-10,所述申氏菌(Shinellasp.)CY-9保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏编号为CCTCC NO:M2021681;所述鞘氨醇盒菌(Sphingopyxissp.)CY-10保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏编号为CCTCC NO:M2021682。
2.根据权利要求1所述耐氨氮复合菌剂,其特征在于:所述复合菌剂还含有编号为CICC22642的粪产碱杆菌(Alcaligenesfaecalis)、编号为CICC 10695的不动杆菌(Acinetobacter)和苍白杆菌(Ochrobactrumsp.)TAC-2。
3.根据权利要求2所述耐氨氮复合菌剂,其特征在于:所述复合菌剂的申氏菌(Shinellasp.)CY-9、鞘氨醇盒菌(Sphingopyxissp.)CY-10、粪产碱杆菌(Alcaligenesfaecalis)、不动杆菌(Acinetobacter)和苍白杆菌(Ochrobactrumsp.)TAC-2的数量比为10~30%:10%~30%:5~20%:5~10%:10~30%。
4.权利要求2或3所述复合菌剂在制备氨氮去除剂中的应用。
5.权利要求2或3所述复合菌剂在制备总氮去除剂中的应用。
6.权利要求2或3所述复合菌剂去除垃圾渗滤液中氨氮的应用。
7.权利要求1~3任一项所述耐氨氮复合菌剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将菌株分别用含浓度为200~600mg/L氨氮的异养硝化培养基驯化,再在氨氮浓度大于200mg/L的异养硝化培养基下分别进行扩大培养,最后将菌株混合,富集培养至平稳期,即得复合菌剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于:所述异养硝化培养基各组分浓度如下:(NH4)2SO42.0g/L,Na3C6H5O710.64g/L,维氏盐溶液50mL/L,所述维氏盐溶液各组分浓度如下:K2HPO45.0g/L,MgSO4·7H2O2.5g/L,NaCl2.5g/L,FeSO4·7H2O0.05g/L,MnSO4·4H2O0.05g/L,pH=7.0。
9.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于:所述平稳期时OD600值为1。
10.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于:所述驯化是将菌株分别依次在氨氮浓度为200mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L、600mg/L的异养硝化培养基上培养2d,培养条件为30℃、170r·min-1。
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