CN115197886B

CN115197886B - 铜绿假单胞菌及其菌剂和在有机氮废水生物强化降解中的应用

Info

Publication number: CN115197886B
Application number: CN202211115575.9A
Authority: CN
Inventors: 邱沪生; 杨倩; 董晓梦; 孙佳佳; 刘真真
Original assignee: Jiangsu Puhou Environmental Engineering Co ltd
Current assignee: Jiangsu Puhou Environmental Engineering Co ltd
Priority date: 2022-09-14
Filing date: 2022-09-14
Publication date: 2022-12-06
Anticipated expiration: 2042-09-14
Also published as: CN115197886A

Abstract

本发明公开了一株铜绿假单胞菌及其菌剂和在有机氮废水生物强化降解中的应用，该菌株为铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa），菌株名为PC‑2，于2022年7月18日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，菌种保藏号为：CGMCC NO.25343。本发明的菌株不仅可高效快速降解有机氮废水，也可用于修复有机氮生产污染的水体等自然环境，可高效快速去除水体中该类有机氮的残留量。

Description

铜绿假单胞菌及其菌剂和在有机氮废水生物强化降解中的应用

技术领域

本发明属于微生物技术领域，具体涉及一株铜绿假单胞菌及其菌剂和在有机氮废水生物强化降解中的应用。

背景技术

有机氮产品是用途广泛的重要化工原料，主要包括甲胺、乙胺、芳香胺、醇胺等，其在生产过程中会产生部分毒性较高的废水，需先对其进行有效的预处理才能进入生化系统。有机氮废水属有毒有害、难生物降解的高氮低碳型废水。目前国内对成分复杂的高浓度有机氮废水的处理鲜有成功的运行实例，国外也仅有个别国家成功运用废水厌氧技术处理高浓度含甲胺废水，且大多属于专利技术，尚未公开。国外已知的用于规模处理高浓度有毒、有害化工废水的主要方法是湿式氧化法、膜分离法、吸附法和焚烧法等，由于运行费用较高，国内很少采用。

随着现代合成工业的发展，大量的外源性化合物进入工业废水和市污水。这些化合物具有一定的毒性或抑制作用，限制了微生物的活性，特别是在低温条件下，微生物的吸附性能和活性污泥的沉降将受到影响，并且微生物群体也将改变。外源性化合物由于结构复杂性和生物陌生性，能降解的土著微生物种类甚少，甚至某些特殊污染物没有有效微生物可以降解，造成出水水质差，系统稳定性受到影响。通过生物强化技术，可以增强微生物对特定污染物的降解能力，提高降解速率，增加系统应对外源污染物的处理能力。

有机氮废水对环境和人体健康会产生潜在的危害，很多研究者也对其生物降解特性展开了研究。但是有机氮废水水质波动大，呈现一定的强酸碱性，通常采用物化预处理结合生物的手段才能处理达标排放。因此，本发明目标找到一株既能够耐受高浓度有机氮废水而且还能适应废水pH条件下快速实现其降解的微生物，不仅对环境保护具有重要的意义，也能在一定程度上节约企业在预处理工程的成本。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一株铜绿假单胞菌及其菌剂和在有机氮废水生物强化降解中的应用，可高效快速降解有机氮废水中的乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪污染物。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

铜绿假单胞菌，该菌株为铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa），菌株名为PC-2，于2022年7月18日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，菌种保藏号为：CGMCC NO. 25343。

一种铜绿假单胞菌在降解有机氮生产废水中有机氮污染物中的应用。

一种利用铜绿假单胞菌生产的菌剂。

一种上述菌剂在降解有机氮生产废水中有机氮污染物中的应用。

优选地，前述有机氮污染物为乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪中的一种或多种，有机氮污染物在有机氮生产废水中的含量为0.05~10.0g/L；有机氮废水温度为20~30℃，pH为4~10。

一种上述菌剂处理有机氮生产废水的方法，在有机氮废水中投加体积比为5%~10%的菌剂。

一种上述菌剂的制备方法，包括以下具体步骤：

S1、将试管种接种于LB培养基中，振荡培养至对数期，得到菌种；

S2、将培养好的菌种接种入种子罐，培养至对数生长期，得到种子液；

S3、将种子液接种入生产罐培养，发酵完成后培养液出罐，得到菌剂。

优选地，前述LB培养基的组分为：4g/L酵母粉、8g/L蛋白胨、8g/L氯化钠，pH 7.0-7.5；培养条件：温度30~35℃，转速180r/min。

优选地，前述菌种和种子液的接种量均为5%~15%；种子罐培养基与生产罐培养基的组分均为：葡萄糖1%、(NH₄)₂SO₄ 0.05%、MgSO₄ 0.01%、蛋白胨0.05%，pH 7.2~7.5；在种子罐和生产罐的培养过程中无菌空气的通气量为1：0.6~1.2，搅拌速度为180~240r/min，培养温度为20~40℃，全流程培养时间为48~60h；发酵结束后菌体数量达到108个/mL以上。

本发明的有益之处在于：

（1）本发明所提供的铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)能够以乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪作为唯一碳源进行生长；当有机氮污染物初始浓度为10.0g/L时，将铜绿假单胞菌制备的菌剂接种到无机盐培养基中，24h后对乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪的降解率均可达到99%以上；将铜绿假单胞菌接种污染水体系24h后，体系中乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪有机氮污染物的残留量降低了99％以上，表明铜绿假单胞菌不仅可高效快速降解有机氮废水，也可用于修复有机氮生产污染的水体等自然环境，可高效快速去除水体中该类有机氮的残留量；

（2）pH在4.0~10.0范围内，铜绿假单胞菌对乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪的降解率都在95%以上，表明该菌株对酸碱性适用性较强；在20~40℃范围内，铜绿假单胞菌对乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪的降解率均在95%以上，表明该菌株的可降解温度范围广。

附图说明

图1为本发明中铜绿假单胞菌菌体的菌落形态图；

图2为铜绿假单胞菌对有机氮污染物的降解率图；

图3为pH对铜绿假单胞菌降解效率的影响；

图4为温度对铜绿假单胞菌降解效率的影响；

图5为铜绿假单胞菌在处理实际有机氮生产废水的实验中，污染物降解率随时间变化的曲线。

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

菌株的分离和鉴定：

取乙醇胺富集菌液，进行梯度稀释。稀释液涂布于含乙醇胺的无机盐固体培养基中，无机盐固体培养基配方为(NH₄)₂SO₄1.0g/L、KHPO₄0.2g/L、MgSO₄•7H₂O 1.0g/L、NaCl1.0g/L、15g琼脂，pH7.0，30℃培养7天。从中挑取单菌落验证其降解效果，将降解效率较高的一株菌株保存，编号为PC-2，进行后续实验。

铜绿假单胞菌的主要生理学特征为菌体形状呈杆状，革兰氏染色为阴性，具端鞭毛，无荧光特性；在LB培养基上的菌落呈黄绿色润泽，扁平湿润，边缘不整齐，表面光滑（见图1），能够以乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪作为唯一碳源进行生长。

实施例2

菌剂的制备：

（1）将试管种接种于LB培养基中，振荡培养至对数期；LB培养基的组分为：4g/L酵母粉、8g/L蛋白胨、8g/L氯化钠，pH 7.0-7.5；培养条件：温度30~35℃，转速180r/min；

（2）将上述培养好的菌种按10%的接种量接种入500L种子罐，培养至对数生长期，得到种子液；种子罐所用的培养基配方为：葡萄糖1%、(NH₄)₂SO₄ 0.05%、MgSO₄ 0.01%、蛋白胨 0.05%，pH 7.2-7.5；

（3）将种子液按10%的接种量接入生产罐培养，生产罐所用培养基与种子罐培养基相同；在种子罐和生产罐的培养过程中无菌空气的通气量为1：0.6~1.2，搅拌速度为180~240转/分，培养温度为30℃，全流程培养时间为48~60小时，发酵结束后菌体数量达到10⁸个/mL以上，发酵完成后培养液出罐直接用塑料包装桶或包装瓶分装成液体剂。

实施例3

菌株PC-2对有机氮污染物的降解效果：

将上述鉴定为铜绿假单胞菌的菌株PC-2，以10%的接种量分别接种至含不同有机氮污染物（乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪）的培养基中，培养基中各污染物的初始浓度均为10.0g/L，培养基组分为：(NH₄)₂SO₄ 1.0 g/L、KHPO₄ 0.2g/L、MgSO₄•7H₂O 1.0g/L、NaCl 1.0 g/L，pH 7.0-7.5，在30℃、180r/min条件下摇床中培养。24h后测定各污染物含量，如图2所示。

由图2可知，铜绿假单胞菌对乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪的降解率分别为100%、100%、99.65%、99.20%。

实施例4

pH对菌株PC-2降解效率的影响：

将上述鉴定为铜绿假单胞菌的菌株PC-2，以10%的接种量分别接种至含不同有机氮污染物（乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪）的培养基中，培养基中各污染物的初始浓度均为10.0 g/L，培养基组分为：(NH₄)₂SO₄ 1.0 g/L、KHPO₄ 0.2g/L、MgSO₄•7H₂O 1.0g/L、NaCl 1.0 g/L，用1mol/L的盐酸及氢氧化钠调节pH值分别调至4.0、5.0、7.0、9.0、10.0，在30℃、180r/min摇床中培养，24h后测定测定各污染物含量，如图3所示。

由图3可知，pH在4.0-10.0范围内铜绿假单胞菌对乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪的降解率都在95%以上，表明该菌株对酸碱性适用性较强。

实施例5

温度对菌株PC-2降解效率的影响：

将上述鉴定为铜绿假单胞菌的菌株PC-2，以10%的接种量分别接种至含不同有机氮污染物（乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪）的培养基中，培养基中各污染物的初始浓度均为10.0 g/L，培养基组分为：(NH₄)₂SO₄ 1.0 g/L、KHPO₄ 0.2g/L、MgSO₄•7H₂O 1.0g/L、NaCl 1.0 g/L，pH 7.0-7.5，分别置于20℃、25℃、30℃、35℃、40℃，180r/min摇床中培养，24h后测定各污染物含量，如图4所示。

由图4可知，在20~40℃范围内菌株PC-2对有机氮污染物的降解率先上升后略有下降，在30℃时，降解率均达到99%以上。结果表明铜绿假单胞菌对乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪的可降解温度范围较广。

实施例6

菌株PC-2在实际废水中的降解应用：

处理水质来源为有机氮类化工生产污水处理厂进水，处理量为5L，将菌株PC-2制备的菌剂按照10%体积比的投加量投加至污水中，原污水pH 10.0左右，乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪浓度分别为5.0g/L、5.0g/L、2.5g/L、2.0g/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。

由图5可知，投加PC-2菌株废水中的乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪的降解率分别达到99.42%、99.23%、99.45%、99.36%。以上实验数据表明，铜绿假单胞菌PC-2在实际有机氮废水中具有良好的应用前景。

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

1.铜绿假单胞菌，其特征在于，所述铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）命名为PC-2，于2022年7月18日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，菌种保藏号为：CGMCC NO. 25343。

2.一种权利要求1所述的铜绿假单胞菌在降解有机氮生产废水中有机氮污染物中的应用，其特征在于，所述有机氮污染物为乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪中的一种或多种，有机氮污染物在有机氮生产废水中的含量为0.05~10.0g/L；所述有机氮生产废水的温度为20~30℃，pH为4~10。

3.一种利用权利要求1所述的铜绿假单胞菌生产的菌剂。

4.一种权利要求3所述的菌剂在降解有机氮生产废水中有机氮污染物中的应用，其特征在于，所述有机氮污染物为乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪中的一种或多种，有机氮污染物在有机氮生产废水中的含量为0.05~10.0g/L；所述有机氮生产废水的温度为20~30℃，pH为4~10。

5.一种利用权利要求3所述的菌剂处理有机氮生产废水的方法，其特征在于，在有机氮生产废水中投加体积比为5%~10%的菌剂，有机氮生产废水中的有机氮污染物为乙醇胺、乙二胺、三乙烯二胺、N-羟乙基哌嗪中的一种或多种。

6.一种权利要求3所述的菌剂的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

7.根据权利要求6所述菌剂的制备方法，其特征在于，所述LB培养基的组分为：4g/L酵母粉、8g/L蛋白胨、8g/L氯化钠，pH 7.0-7.5；培养条件：温度30~35℃，转速180r/min。

8.根据权利要求6所述菌剂的制备方法，其特征在于，所述菌种和种子液的接种量均为5%~15%；种子罐培养基与生产罐培养基的组分均为：葡萄糖1%、(NH₄)₂SO₄ 0.05%、MgSO₄0.01%、蛋白胨0.05%，pH 7.2~7.5；在种子罐和生产罐的培养过程中无菌空气的通气量为1：0.6~1.2，搅拌速度为180~240r/min，培养温度为20~40℃，全流程培养时间为48~60h；发酵结束后菌体数量达到10⁸个/mL以上。