CN115094013A - 一株嗜根寡养单胞菌、菌剂及其在废水处理中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一株嗜根寡养单胞菌、菌剂及其在废水处理中的应用，该菌株为嗜根寡养单胞菌(Stenotrophomonas rhizophila)JC‑1，于2022年7月18日保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌种保藏号为：CGMCC NO.25341。本发明的嗜根寡养单胞菌JC‑1在高盐条件下可高效降解废水中的对苯二酚及丙烯腈，并且对其他酚类化合物及氰化物也具有降解能力，解决了苯酚类化合物及氰化物对功能微生物的抑制作用强和降解效率低的问题，为工业废水中有机物的降解提供了高效的微生物种质资源。

Description

一株嗜根寡养单胞菌、菌剂及其在废水处理中的应用
技术领域
本发明属于微生物技术领域，具体涉及一株嗜根寡养单胞菌、菌剂及其在废水处理中的应用。
背景技术
含酚废水的来源广泛、成分复杂，如医药废水、焦化废水、化工及印染废水等，废水中含有的高浓度酚类化合物会对微生物的生长产生抑制作用，从而增加生物处理的难度。氰化物常被应用于电镀、冶金、金属加工等行业，因而形成氰化物利用废水；其他产品废水主要来源于化工、制药等行业，如农药、医药中间体加工，炼焦、炼钢行业废水、化纤合成、合成氨过程等。废水中的酚类和氰化物本身就属于难降解有毒物质，同时又对微生物有较大的毒性，严重抑制了微生物对COD和总氮的降解。因此含酚废水和含氰废水的处理也是这些行业亟待解决的问题。
在实际工业废水处理中，废水的组成并不单一的只存在一种污染物，常常含有其他复杂的有机和无机物。很多工业产生的废水中同时包含酚类和氰化物这两种污染物，例如：焦化废水，石油精炼废水，炼油厂废水等工业废水。对于多种污染物体系，最好的处理方法是能够一次性同时去除多种污染物，而不是分别在多种工艺阶段逐个去除，这样可以更好地节省成本，提高效率。
物理和化学的方法大多只能针对一种污染物组成，对含有多种物质的实际废水处理效果不理想。与物理化学法相比，生物降解法具有同时去除多种污染物、成本效益、减少二次污染等方面的优势。经微生物自身的代谢处理所得的终产物，大多为低毒和无毒的低碳产物，或为二氧化碳和水，几乎不会对环境造成危害，且应对不同组成的废水有不同种类的微生物与之对应，或一种微生物可同时降解多种污染物。因此，筛选出具有酚类和氰化物高效降解性能的微生物，是处理这类工业废水的有效途径，对于处理含酚、含氰废水及其他同时含有氰化物和含酚类工业废水具有重要的意义。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于一株嗜根寡养单胞菌、菌剂及其在废水处理中的应用，嗜根寡养单胞菌JC-1在高盐条件下可高效降解废水中的苯酚类化合物及氰化物。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一株嗜根寡养单胞菌，该菌株为嗜根寡养单胞菌(Stenotrophomonasrhizophila) JC-1，于2022年7月18日保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌种保藏号为：CGMCC NO.25341。
一种嗜根寡养单胞菌在高盐条件下降解废水中酚类化合物和氰化物中的应用。
一种利用嗜根寡养单胞菌生产的菌剂。
一种前述菌剂在高盐条件下降解废水中酚类化合物和氰化物中的应用。
优选地，前述高盐条件为废水中含盐类化合物的浓度为10~50g/L，盐类化合物为NaCl、NaNO3和NaSO4中的一种或多种。
优选地，前述酚类化合物为苯酚、对苯二酚、邻氨基苯酚、对氯苯酚、对硝基酚中的一种或多种；氰化物为氰化钠、乙腈、丙烯腈和对甲基苯甲腈中的一种或多种。
一种前述菌剂的制备方法，包括以下具体步骤：
S1、从LB固体培养基平板上挑取嗜根寡养单胞菌的单菌落，转接至LB液体培养基中，摇床振荡培养，培养至对数生长期；
S2、将处于对数生长期的嗜根寡养单胞菌菌液转接至种子罐中进行培养；
S3、将种子罐培养后的菌液接种至发酵罐中扩大培养，发酵液出罐后包装即可得到降解菌剂。
优选地，前述步骤S1中，LB液体培养基的组份如下：蛋白胨10g/L、酵母提取物5g/L和NaCl 10g/L；LB固体培养基的制备方法为：在LB液体培养基中加入2%的琼脂，即得到LB固体培养基；培养条件为转速160~180rpm，温度25~35℃。
优选地，前述步骤S2中，种子罐的培养基成分为：葡萄糖8g/L、酵母提取物5g/L、NaCl 5g/L、K2HPO4 1g/L、CaCO3 2g/L、MgSO4 0.2g/L、对苯二酚0.5g/L和丙烯腈0.5g/L，pH值7.2~7.5；控制种子罐温度为25~35℃、搅拌速度为180~250rpm，溶氧DO控制在2~4mg/L，培养时间24~60h。
优选地，前述步骤S3中，菌液的接种量为2%~6%；发酵罐的培养基成分与种子罐相同，发酵条件：搅拌速度180~240rpm，培养温度30~35℃，溶氧DO 4~6mg/L，发酵时间96~108h；发酵结束后发酵液中有效活菌数为10 9个/mL以上。
本发明的有益之处在于：
（1）本发明的嗜根寡养单胞菌JC-1可以耐受高浓度的盐，在高盐条件下可高效降解废水中的对苯二酚及丙烯腈，并且对其他酚类化合物及氰化物也具有降解能力，解决了苯酚类化合物及氰化物对功能微生物的抑制作用强和降解效率低的问题，为工业废水中有机物的降解提供了高效的微生物种质资源；
（2）本发明的处理工艺操作简单，解决了同时存在多种污染物时采用多种工艺阶段逐个去除的问题，节省了处理成本，提高了处理效率。
附图说明
图1是本发明中菌株JC-1的菌落形态；
图2是本发明中菌株JC-1的革兰氏染色照片；
图3是本发明中菌株JC-1对对苯二酚和丙烯腈的降解效果；
图4是本发明中菌株JC-1对在不同盐浓度下的降解效果；
图5是本发明中菌剂在工业废水处理中的应用效果。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
实施例1
降解菌株的驯化分离与鉴定：
1. 降解菌株的驯化分离
取某化工厂污水处理系统曝气池的活性污泥10mL，转入90 mL 无机盐液体培养基中，30℃、180 r/min 恒温摇床振荡富集培养24 h。配制无机盐培养基，控制培养基中对苯二酚浓度分别为200mg/L、400mg/L、600mg/L、800mg/L和1000mg/L；丙烯腈浓度分别为100mg/L、200mg/L、300mg/L、400mg/L、和500mg/L，按5%接种量接入富集培养液，在30℃，180rpm条件下驯化培养。取1 mL驯化后的菌液，经梯度稀释后，涂布至含有0.5 g/L苯酚和0.2g/L的丙烯腈的R2A培养基平板上，于30℃下恒温培养，待菌落长出后，根据菌落的形态、大小及颜色进行分离筛选，分离纯化后接至R2A培养基斜面上，于4℃冰箱保存备用。
无机盐培养基成分：对苯二酚0.5g/L、丙烯腈0.5g/L、NaCl 1.0g/L、（NH4）2SO41.0g/L、K2HPO4 1.5 g/L、KH2PO4 0.5g/L、MgSO4•7H2O 0.2g/L和水1L，pH 7.0，固体培养基中加入 2% 的琼脂，培养基121℃灭菌30min。
R2A培养基成分：葡萄糖0.5g/L、可溶性淀粉0.5g/L、酪蛋白0.5g/L、酵母提取物0.5g/L、胰蛋白胨0.5g/L、MgSO4•7H2O 0.05g/L、KH2PO4 0.3g/L、丙酮酸钠 0.3 g/L、对苯二酚0.5g/L、丙烯腈0.2g/L和水1L，pH 7.2，培养基中加入 2% 的琼脂，培养基121℃灭菌30min。
2. 降解菌株的鉴定
经驯化培养，筛选到一株可以高效降解对苯二酚和丙烯腈的菌株，命名为JC-1。对菌株JC-1进行革兰氏染色鉴定。
菌株JC-1在LB平板上的菌落形态呈菌落为圆形，土黄色，表面光滑，边缘整齐，湿润，有光泽（见图1）。主要生物学特征为无芽孢、短杆状细菌，革兰氏染色阴性（见图2）。
实施例2
菌株JC-1对对苯二酚及丙烯腈的降解：
配置无机盐培养基，使培养基中对苯二酚及丙烯腈终浓度分别为1000mg/L和500mg/L，调至培养基pH为7。挑取实施例1中筛选获得的降解菌株JC-1单菌落接种于50mLLB培养基中，于30℃、160rpm条件下培养至对数生长期，将所得菌液离心，收集菌体细胞，用无菌水重悬后，制成OD 600nm=1.0的菌悬液作为种子液。按体积5%（V/V）的接种量接种到含对苯二酚及丙烯腈的培养基中，30℃、160 rpm 的恒温震荡箱中培养，定时取样，检测降解情况，降解效果如图3所示。
由图3可知，菌株JC-1可有效降解对苯二酚和丙烯腈，对1000mg/L的对苯二酚，24h时降解率为72%，48h时降解率达到92%；对500mg/L的丙烯腈，24h时降解率为63%，48h时降解率可达97%。由此说明，菌株JC-1可快速高效的降解对苯二酚和丙烯腈。
实施例3
菌株JC-1对其他苯酚类化合物及氰化物的降解：
在无机盐培养基中分别添加终浓度为200mg/L的苯酚类化合物苯酚、邻氨基苯酚、对氯苯酚、对硝基酚和氰化物氰化钠、乙腈、丙烯腈、对甲基苯甲腈作为唯一碳源，将实施例2中获得的种子液以5%的接种量接种到含不同碳源的各无机盐培养基中，以不加碳源的无机盐培养基作为对照，30℃、160rpm条件下振荡培养，每隔12h取样，测定OD 600值，与对照相比，如果OD 600 值增大，则证明菌株能够利用该底物。
表1菌株JC-1的降解效果
Figure 600853DEST_PATH_IMAGE001
通过表1可以看出，菌株JC-1除了对对苯二酚及丙烯腈具有高效的降解效果外，对其他苯酚类化合物及氰化物也能利用，因此，菌株JC-1对苯酚、邻氨基苯酚、对氯苯酚、对硝基酚和氰化物氰化钠、乙腈、丙烯腈、对甲基苯甲腈均具有降解性。
实施例4
菌株JC-1对盐浓度的耐受性：
按5%的接种量将实施例中的种子液接种到对苯二酚和丙烯腈浓度分别为为1000mg/L、500mg/L的无机盐培养液中，调节无机盐培养基中NaCl浓度分别为10g/L、20g/L、30g/L、40g/L、50g/L，培养基pH均为7，置于恒温振荡器在30℃，160rpm条件下培养24h，取样测定培养基中对苯二酚和丙烯腈浓度并计算降解率，结果见图4。
根据图4可知，在10~50 g/L的NaCl浓度范围内，菌株JC-1具有较高的降解效率，表明菌株JC-1具有良好的耐盐性，为高盐度工业废水处理提供了有利条件。
实施例5
降解菌剂的制备：
（1）将本发明斜面保存的菌株JC-1，接种至LB固体培养基于30℃活化培养；
（2）活化后挑取单菌落接种至LB液体培养基（LB液体培养基组分：蛋白胨10g/L、酵母提取物5g/L和NaCl 10g/L），30℃、180rpm振荡培养至对数生长期；
（3）将处在对数生长期的JC-1菌液转接至种子罐中进行培养，控制种子罐温度为30℃、搅拌速度为220rpm，溶氧DO控制在4mg/L，培养60h；种子罐的培养基成分为：葡萄糖8g/L、酵母提取物5g/L、NaCl 5g/L、K2HPO4 1g/L、CaCO3 2g/L、MgSO4 0.2 g/L、对苯二酚0.5g/L、丙烯腈0.5g/L，pH值7.2；
（4）将种子罐培养后的菌液以5%的接种量转接至发酵罐中扩大培养，发酵罐培养基成分与种子罐的相同，控制发酵条件：搅拌速度为220 rpm，培养温度为30℃，溶氧DO6mg/L、发酵108h；发酵结束后发酵液中有效活菌数为109个/mL以上，所得发酵液出罐后包装即可得到降解菌剂。
实施例6
降解菌剂在含酚含氰废水处理中的应用：
将实施例5得到的高效降解菌JC-1菌液按照5%的接种量接种至模拟工业废水W1、W2和W3中，对照组接种活性污泥，每隔12h取样，测定污染物浓度并计算降解率，结果如图5所示。
模拟含酚废水W1：对苯二酚1000mg/L、氯化钠20g/L、NH4SO4 1.0 g/L，KH2PO4 0.5g/L，MgSO4•7H2O 0.2 g/L。
模拟含氰废水W2：丙烯腈500mg/L、氯化钠20g/L、NH4SO4 1.0 g/L，KH2PO4 0.5 g/L，MgSO4•7H2O 0.2 g/L。
模拟含酚、含氰废水W3：对苯二酚500mg/L、苯酚500mg/L、丙烯腈500mg/L、氯化钠20g/L、NH4SO4 1.0 g/L，KH2PO4 0.5 g/L，MgSO4•7H2O 0.2 g/L。
如图5所示，常规污泥对废水中污染物的降解效果不明显，去除率仅为11%，而投加本发明的JC-1菌液后，可有效去除废水中的污染物，对苯二酚和丙烯腈的去除率均为90%以上，在对苯二酚和丙烯腈同时存在的情况下去除率仍可达到88%。因此，菌株JC-1生产的菌剂可以应用到含酚废水、含氰废水或同时含有酚类及氰化物的工业废水处理中。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一株嗜根寡养单胞菌，其特征在于，该菌株为嗜根寡养单胞菌(Stenotrophomonasrhizophila) JC-1，于2022年7月18日保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌种保藏号为：CGMCC NO.25341。
2.一种权利要求1所述的嗜根寡养单胞菌在高盐条件下降解废水中酚类化合物和氰化物中的应用。
3.一种利用权利要求1所述的嗜根寡养单胞菌生产的菌剂。
4.一种权利要求3所述的菌剂在高盐条件下降解废水中酚类化合物和氰化物中的应用。
5.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述高盐条件为废水中含盐类化合物的浓度为10~50g/L，所述盐类化合物为NaCl、NaNO3和NaSO4中的一种或多种；所述酚类化合物为苯酚、对苯二酚、邻氨基苯酚、对氯苯酚、对硝基酚中的一种或多种；所述氰化物为氰化钠、乙腈、丙烯腈和对甲基苯甲腈中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述高盐条件为废水中含盐类化合物的浓度为10~50g/L，所述盐类化合物为NaCl、NaNO3和NaSO4中的一种或多种；所述酚类化合物为苯酚、对苯二酚、邻氨基苯酚、对氯苯酚、对硝基酚中的一种或多种；所述氰化物为氰化钠、乙腈、丙烯腈和对甲基苯甲腈中的一种或多种。
7.一种权利要求3所述的菌剂的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1、从LB固体培养基平板上挑取嗜根寡养单胞菌的单菌落，转接至LB液体培养基中，摇床振荡培养，培养至对数生长期；
S2、将处于对数生长期的嗜根寡养单胞菌菌液转接至种子罐中进行培养；
S3、将种子罐培养后的菌液接种至发酵罐中扩大培养，发酵液出罐后包装即可得到降解菌剂。
8.根据权利要求7所述的菌剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，LB液体培养基的组份如下：蛋白胨10g/L、酵母提取物5g/L和NaCl 10g/L；LB固体培养基的制备方法为：在LB液体培养基中加入2%的琼脂，即得到LB固体培养基；培养条件为转速160~180rpm，温度25~35℃。
9.根据权利要求7所述的菌剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，种子罐的培养基成分为：葡萄糖8g/L、酵母提取物5g/L、NaCl 5g/L、K2HPO4 1g/L、CaCO3 2g/L、MgSO40.2g/L、对苯二酚0.5g/L和丙烯腈0.5g/L，pH值7.2~7.5；控制种子罐温度为25~35℃、搅拌速度为180~250rpm，溶氧DO控制在2~4mg/L，培养时间24~60h。
10.根据权利要求7所述的菌剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，菌液的接种量为2%~6%；发酵罐的培养基成分与种子罐相同，发酵条件：搅拌速度180~240rpm，培养温度30~35℃，溶氧DO 4~6mg/L，发酵时间96~108h；发酵结束后发酵液中有效活菌数为10 9个/mL以上。
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