CN114480225A - 一种生物强化处理高盐化工废水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境微生物领域，具体公开了一种生物强化处理高盐化工废水的方法。所述方法为将所述败血泛菌或其菌剂用于降解高盐化工废水中的氰类中间体；所述败血泛菌，其分类命名为败血泛菌(Pantoea septica)，菌株名为JG‑2，已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期为2021年12月6日，保藏编号为CGMCC No.24037。本发明所述败血泛菌能高效降解含氰类中间体的生产废水，24h内可将其降解99%以上，在污水处理中的应用中，该菌株耐受能力强，可以耐受高浓度的氰类中间体，且对盐浓度、pH等条件的适应范围广，具有较好的应用前景。

Description

一种生物强化处理高盐化工废水的方法

技术领域

本发明涉及环境微生物领域，具体涉及一种生物强化处理高盐化工废水的方法。

背景技术

随着工业的快速发展，化工、制药、食品等行业的含盐有机废水日常排放量每年都在增长。一般会使用化学、物理和生物方法来处理这类废水，可是高浓度含盐有机废水不能通过单一的生物强化法工艺完成处理。为了达到废水处理的预期效果，生物强化法的结合处理已成为行业的最新选择。生物强化技术是指在传统生物处理中引入特定微生物，增加有效浓度，增强降解能力，从而提高对有机物的去除率。因此，通过对微生物进行一些淘汰和培养，可以提高废水中微生物对盐的高度适应能力，在各项应用中开展高盐度有机废水的生化处理。

氰化合物广泛存在于自然界中，以氰脂、氰糖苷、脂肪族腈和芳香族腈等形式分布在许多高等植物和土壤微生物代谢体系中，有的作为氮源的储存形式，有的作为生长调节因子，还有的作为保护剂防御外来侵害。此外在塑料、纤维、杀虫剂、水处理剂和其它精细化学品的生产过程中都产生大量的有机腈化合物。氰化合物通过有机氰化反应产生，它是合成很多有机中间体例如腈类、氰醇、α氨基酸、α氨基腈、α氨基酮等以及手性化合物的重要途径。

氰类中间体广泛用于医药化学工业，同时又是一类具有强烈生物毒性的化合物，随着石油化工和人造纤维工业的发展，含有机氰化物的废水日益增多，其成分中均含氰基（CN-）基团，含氰废水毒性很大，有机氰废水还含有氮素、低聚物等有害因素，直接排放会对环境造成相当大的危害，影响动植物生存，甚至将对环境造成严重污染。目前国内外对含有机氰化物废水的处理方法主要为物化处理法、化学药剂氧化法、电解法、催化氧化法和生物处理法。生物分解在有机氰废水降解中占很大比重，生物修复高效、安全、花费少、应用范围广。

丙酮氰醇及其衍生物是一种非常重要的氰类中间体，在制药、天然产物、医学中都占有相当重要的地位。丙酮氰醇是生产丙烯腈的副产物, 可以溶于水及多种有机溶剂，并且它沸点较高不易挥发，是一种很有潜力的氰化试剂。丙酮氰醇衍生物通常由丙酮氰醇和芳香酰氯或者酸酐反应制得。芳甲酸氰基芳甲酯、芳甲酸-1,1-二氰基芳甲酯、3-氰基苯甲酸甲酯、4-(氰基甲氧基)苯甲酸甲酯作为重要的有机合成中间体，以氰醇为主要氰源，与酰氯采用一锅两步反应合成，在农药、染料和医药行业都有广泛的应用。人们在合成氰醇衍生物的过程中，要么直接采用剧毒的氰化剂做氰源，要么以这些剧毒氰化剂制得的衍生物作为氰源，无论是哪种方案，合成废水中都含有大量丙酮氰醇及少量剧毒衍生物。因此，研究丙酮氰醇及其衍生物的生物强化降解技术，对农产品安全生产和环境保护具有重要的前瞻意义。本发明所要解决的技术问题就是找到一株能够降解氰类中间体生产废水且在高盐极酸碱情况下还能快速实现其降解的微生物。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种能够降解氰类中间体生产废水且在高盐极酸碱情况下还能快速实现其降解的败血泛菌。

本发明还要解决的技术问题是提供一种由上述败血泛菌制备得到的菌剂及其制备方法。

本发明还要解决的技术问题是提供一种生物强化处理高盐化工废水的方法。

为了解决上述第一个技术问题，本发明公开了一种败血泛菌，其分类命名为败血泛菌(Pantoea septica)，菌株名为JG-2，已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏日期为2021年12月6日，保藏编号为CGMCC No. 24037。

败血泛菌主要生物学特性：杆状，菌体两端钝圆，呈短链杆状排列，无荚膜，革兰氏染色阴性。培养24h后可形成小于菌体的圆形芽孢。该菌株在营养琼脂平板上形成圆形凸起的菌落，表面粗糙有蜡光，不透明。所述败血泛菌(Pantoea septica)的16s核糖体亚基基因序列如SEQ ID NO.1所示。

本发明所提供的败血泛菌(Pantoea septica)，能够以氰类中间体作为唯一碳源进行生长；当氰类中间体初始浓度4g/L时，将败血泛菌(Pantoea septica)制备的菌剂按10%的体积比接种到无机盐培养基中，24h后氰类中间体降解率可达到99%以上。

为了解决上述第二个技术问题，本发明公开了一种菌剂，由本发明所述败血泛菌制备所得。

本发明所述菌剂的制备方法为将所述败血泛菌在培养基上进行活化，挑取单菌落接种于LB培养基中，在30~37℃、150r/min下培养至对数期；再按1%~3%的体积比的接种量接种到无机盐培养基中在30~37℃、150r/min下培养，即得所述菌剂。

其中，所述LB培养基组分为：4g/L酵母粉、8g/L蛋白胨、8g/L氯化钠，pH 7-8。

其中，所述无机盐培养基组分为：NH₄Cl 0.2wt%，KH₂PO₄ 0.2wt%，MgSO₄ 0.06wt%，NaCl 0.04wt%，CaCO₃ 0.2wt%，pH 7-8。

为了解决上述第三个技术问题，本发明公开了一种生物强化处理高盐化工废水的方法，将所述败血泛菌和所述菌剂用于降解氰类中间体；所述氰类中间体为丙酮氰醇和/或丙酮氰醇衍生物。

在一些实施例中，所述技术为将所述败血泛菌或所述菌剂用于降解高盐化工废水中的氰类中间体。

在一些实施例中，将所述败血泛菌和所述菌剂按照1%~14%的体积比接种到含氰类中间体的高盐化工废水中；在一些实施例中，将所述败血泛菌和所述菌剂按照5%~10%的体积比接种到含氰类中间体的高盐化工废水中。

在一些实施例中，所述降解的温度为25~35℃。

在一些实施例中，所述高盐化工废水的pH为3~13；在一些实施例中，所述高盐化工废水的pH为6~10；在一些实施例中，所述高盐化工废水的pH为7~8。

在一些实施例中，所述高盐化工废水中盐含量为0%~10%w/w；在一些实施例中，所述高盐化工废水中盐含量为0.04%~10%w/w；在一些实施例中，所述高盐化工废水中盐含量为0.04%~7.5%w/w；在一些实施例中，所述高盐化工废水中盐含量为0.04%~5%w/w。

在一些实施例中，所述高盐化工废水中，氰类中间体含量为0.1~10g/L。

在一些实施例中，所述氰类中间体为丙酮氰醇、芳甲酸氰基芳甲酯、芳甲酸-1,1-二氰基芳甲酯、3-氰基苯甲酸甲酯和4-(氰基甲氧基)苯甲酸甲酯中的任意一种或多种组合。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优势：

本发明提供了一株能降解氰类中间体生产废水的败血泛菌，通过生物强化技术将所述败血泛菌剂投加到含氰类中间体的生产废水，可实现24h内将其高效降解99%以上，其作用温度为25~35℃，pH为3~13，盐浓度0%~10%（质量分数），在污水处理中的应用中，该菌株耐受能力强，可以耐受高浓度的氰类中间体，且对盐浓度、pH等条件的适应范围广，具有较好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本发明中败血泛菌(Pantoea septica)菌体的菌落形态图。

图2为败血泛菌对氰类中间体的降解率图。

图3为pH对败血泛菌降解效率的影响。

图4为盐浓度对败血泛菌降解效率的影响。

图5为败血泛菌(Pantoea septica)在处理实际含氰类中间体废水的实验中，氰类中间体降解率随时间变化的曲线。

具体实施方式

下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

下述实施例中所述接种量，如无特殊说明，均为按照体积比接种。

实施例1 菌株的分离与纯化

取10mL活性污泥加入到含丙酮氰醇5g/L的无机盐培养基中，活性污泥来自于江苏长期处理氰类中间体生产废水的污水处理厂生化池。在32℃、150r/min条件下进行富集培养。以3%的接种量转入到新的含丙酮氰醇的无机盐液体培养基中，经过3次连续转接，获得富集液。所述的无机盐培养基组分为：NH₄Cl 0.2wt%，KH₂PO₄ 0.2wt%，MgSO₄ 0.06wt%，NaCl0.04wt%，CaCO₃ 0.2wt%，pH 7-8。

取富集液进行梯度稀释，取10^-5稀释后的液体0.5mL涂布于含丙酮氰醇的固体培养基，挑取单菌落分离纯化，得到纯菌，再接种至液体培养中验证其降解含氮化合物能力。最后得到一株能够高效降解氰类中间体的菌株，如图1所示。经过鉴定为败血泛菌(Pantoea septica)JG-2；所述的固体培养基组分为：NH₄Cl 0.2wt%，KH₂PO₄ 0.2wt%，MgSO₄ 0.06wt%，NaCl 0.04wt%，CaCO₃ 0.2wt%，琼脂2%，pH 7-8。

实施例2菌株的鉴定

将纯化的败血泛菌进行16s rDNA测序，测序比对结果为败血泛菌(Pantoea septica)，命名为JG-2。其主要生理学特征为革兰氏染色阴性，在营养琼脂平板上形成圆形凸起的菌落，表面粗糙有蜡光，不透明。能够以氰类中间体作为唯一碳源进行生长。取少许菌样进行结晶紫染色，在X 1000倍油镜下观察到菌体两端钝圆，呈短链杆状排列，无荚膜，菌株的生理生化鉴定按照《常见细菌系统鉴定手册》进行。

实施例3菌剂的制备

将所述菌株在LB培养基上进行活化，挑取单菌落接种于LB培养基中，在32℃、150r/min下震荡培养至对数期；按3%（V/V）的接种量接种于无机盐培养基中在32℃、150r/min下震荡培养得到相应菌剂；所述的LB培养基组分为：4g/L酵母粉、8g/L蛋白胨、8g/L氯化钠，pH 7-8；所述的无机盐培养基组分为： NH₄Cl 0.2wt%，KH₂PO₄ 0.2wt%，MgSO₄ 0.06wt%，NaCl 0.04wt%，CaCO₃ 0.2wt%，pH 7-8。

实施例4 菌株JG-2对氰类中间体的降解实验

将在培养基中培养到对数期的败血泛菌的菌株JG-2，以5%的接种量分别接种至含不同氰类中间体（丙酮氰醇及其衍生物芳甲酸氰基芳甲酯、芳甲酸-1,1-二氰基芳甲酯、3-氰基苯甲酸甲酯和4-(氰基甲氧基)苯甲酸甲酯）的培养基中，所述培养基中，各氰类中间体的初始浓度均为4g/L，NH₄Cl 0.2wt%，KH₂PO₄ 0.2wt%，MgSO₄ 0.06wt%，NaCl 0.04wt%，CaCO₃0.2wt%，pH 7-8，在32℃、150r/min条件下摇床中培养。24h后测定各氰类中间体含量，如图2所示。败血泛菌对丙酮氰醇、芳甲酸氰基芳甲酯、芳甲酸-1,1-二氰基芳甲酯、3-氰基苯甲酸甲酯和4-(氰基甲氧基)苯甲酸甲酯的降解率分别达到99%、99%、98%、98%和99%。

实施例5 pH对降解效率的影响

将在培养基中培养到对数期的败血泛菌的菌株JG-2，以5%的接种量接到含有不同氰类中间体（丙酮氰醇及其衍生物芳甲酸氰基芳甲酯、芳甲酸-1,1-二氰基芳甲酯、3-氰基苯甲酸甲酯和4-(氰基甲氧基)苯甲酸甲酯）的培养基中，所述培养基中，各氰类中间体的初始浓度均为4g/L，NH₄Cl 0.2wt%，KH₂PO₄ 0.2wt%，MgSO₄ 0.06wt%，NaCl 0.04wt%，CaCO₃0.2wt%，pH 7-8，用1mol/L的盐酸及氢氧化钠调节pH值分别调至3、6、8、10、13，在32℃、150r/min摇床中培养，24h后测定各氰类中间体化合物含量，如图3所示。pH在3-13范围内败血泛菌对丙酮氰醇、芳甲酸氰基芳甲酯、芳甲酸-1,1-二氰基芳甲酯、3-氰基苯甲酸甲酯和4-(氰基甲氧基)苯甲酸甲酯的降解率都在90%以上；表明该菌株对废水pH具有高适应性。

实施例6 盐浓度对降解效率的影响

将在培养基中培养到对数期的败血泛菌的菌株JG-2，以5%的接种量接到含有不同氰类中间体化合物（丙酮氰醇及其衍生物芳甲酸氰基芳甲酯、芳甲酸-1,1-二氰基芳甲酯、3-氰基苯甲酸甲酯和4-(氰基甲氧基)苯甲酸甲酯）的培养基中，所述培养基中，各氰类中间体的初始浓度均为4 g/L，NH₄Cl 0.2wt%，KH₂PO₄ 0.2wt%，MgSO₄ 0.06wt%，NaCl 0.04wt%，CaCO₃ 0.2wt%，pH 7-8，调节培养基中氯化钠浓度分别至0.5%、2.5%、5%、7.5%、10%，在32℃、150r/min摇床中培养，24h后测定各氰类中间体化合物含量，如图4所示。盐浓度在0%-10%范围内败血泛菌对丙酮氰醇、芳甲酸氰基芳甲酯、芳甲酸-1,1-二氰基芳甲酯、3-氰基苯甲酸甲酯和4-(氰基甲氧基)苯甲酸甲酯的降解率都在88%左右；以上结果表明改菌株对废水盐浓度具有高耐受性。

实施例7 菌株JG-2在实际氰类中间体废水的降解应用

处理水质来源为丙酮氰醇及其衍生物生产污水处理厂进水，处理量为5L，将菌株JG-2制备的菌剂按照10%(V/V)的投加量投加至污水中，原污水pH 10左右，全盐浓度10g/L，丙酮氰醇浓度3.6g/L，芳甲酸氰基芳甲酯1.7g/L，芳甲酸-1,1-二氰基芳甲酯1.4g/L，3-氰基苯甲酸甲酯1.0g/L，4-(氰基甲氧基)苯甲酸甲酯0.5g/L，曝气处理使其溶氧在2mg/L以上，24h后跟踪其降解情况，如图5所示。废水中的丙酮氰醇在8h之内浓度从3.6g/L降到了1.4g/L，降解效果达到了60%，经过24h，浓度下降到0.01g/L，降解率已达到99.7%。芳甲酸氰基芳甲酯、芳甲酸-1,1-二氰基芳甲酯、3-氰基苯甲酸甲酯和4-(氰基甲氧基)苯甲酸甲酯的降解率都在99%以上。以上实验数据表明，败血泛菌JG-2在实际氰类中间体废水中具有良好的应用效果。

本发明提供了一种生物强化处理高盐化工废水的方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

序列表

<110> 江苏聚庚科技有限公司

<120> 一种生物强化处理高盐化工废水的方法

<160> 1

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 1442

<212> DNA

<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum

<400> 1

gagcaaggcg gcagctacca tgcagtcgaa cggcagcaca gaagagcttg ctcttcgggt 60

ggcgagtggc ggacgggtga gtaatgtctg ggaaactgcc cgatggaggg ggataactac 120

tggaaacggt agctaatacc gcataacgtc gcgagaccaa agtgggggac cttcgggcct 180

cacaccatcg gatgtgccca gatgggatta gctagtaggt ggggtaacgg ctcacctagg 240

cgacgatccc tagctggtct gagaggatga ccagccacac tggaactgag acacggtcca 300

gactcctacg ggaggcagca gtggggaata ttgcacaatg ggcgcaagcc tgatgcagcc 360

atgccgcgtg tatgaagaag gccttcgggt tgtaaagtac tttcagcggg gaggaaggcg 420

atgcggttaa taaccgcgtc gattgacgtt acccgcagaa gaagcaccgg ctaactccgt 480

gccagcagcc gcggtaatac ggagggtgca agcgttaatc ggaattactg ggcgtaaagc 540

gcacgcaggc ggtctgtcaa gtcggatgtg aaatccccgg gcttaacctg ggaactgcat 600

tcgaaactgg caggctagag tcttgtagag gggggtagaa ttccaggtgt agcggtgaaa 660

tgcgtagaga tctggaggaa taccggtggc gaaggcggcc ccctggacaa agactgacgc 720

tcaggtgcga aagcgtgggg agcaaacagg attagatacc ctggtagtcc acgccgtaaa 780

cgatgtcgac ttggaggctg tttccttgag aagtggcttc cggagctaac gcgttaagtc 840

gaccgcctgg ggagtacggc cgcaaggtta aaactcaaat gaattgacgg gggcccgcac 900

aagcggtgga gcatgtggtt taattcgatg caacgcgaag aaccttacct actcttgaca 960

tccagagaac ttgccagaga tgccctggtg ccttcgggaa ctctgagaca ggtgctgcat 1020

ggctgtcgtc agctcgtgtt gtgaaatgtt gggttaagtc ccgcaacgag cgcaaccctt 1080

atcctttgtt gccagcgatt cggtcgggaa ctcaaaggag actgccggtg ataaaccgga 1140

ggaaggtggg gatgacgtca agtcatcatg gcccttacga gtagggctac acacgtgcta 1200

caatggcgca tacaaagaga agcgacctcg cgagagcaag cggacctcat aaagtgcgtc 1260

gtagtccgga tcggagtctg caactcgact ccgtgaagtc ggaatcgcta gtaatcgtgg 1320

atcagaatgc cacggtgaat acgttcccgg gccttgtaca caccgcccgt cacaccatgg 1380

gagtgggttg caaaagaagt aggtagctta accttcggga gggcgctacc acttgattct 1440

gc 1442

Claims (10)

1.一株败血泛菌，其分类命名为败血泛菌(Pantoea septica)，菌株名为JG-2，已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期为2021年12月6日，保藏编号为CGMCC No. 24037。

2.一种菌剂，其特征在于，由权利要求1所述败血泛菌制备所得。

3.权利要求2所述菌剂的制备方法，其特征在于，将权利要求1所述败血泛菌活化后接种于LB培养基中，在30~37℃、150r/min下培养至对数期；再按1%~3%的体积比接种到无机盐培养基中在30~37℃、150r/min下培养，即得所述菌剂。

4.一种生物强化处理高盐化工废水的方法，其特征在于，将权利要求1所述败血泛菌，或权利要求2所述菌剂，或权利要求3所述方法制备得到的菌剂用于降解氰类中间体；所述氰类中间体为丙酮氰醇和/或丙酮氰醇衍生物。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述败血泛菌或所述菌剂用于降解高盐化工废水中的氰类中间体。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述降解的温度为25~35℃。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述高盐化工废水的pH为3~13。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述高盐化工废水中，盐含量为0.04%~10%w/w。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述高盐化工废水中，氰类中间体含量为0.1~10g/L。

10.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述氰类中间体为丙酮氰醇、芳甲酸氰基芳甲酯、芳甲酸-1,1-二氰基芳甲酯、3-氰基苯甲酸甲酯和4-(氰基甲氧基)苯甲酸甲酯中的任意一种或多种组合。

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