CN115354006B - 反硝化脱氮的微生物复合菌群及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种反硝化脱氮的微生物复合菌群及其应用，属于微生物脱氮技术领域。该菌群包含有假单胞菌属、副球菌属、不动杆菌属和丛毛单胞菌属。各菌属之间具有协同作用，假单胞菌属和副球菌属可还原硝态氮，且副球菌属可以加速亚硝态氮的还原；不动杆菌属可以吸附其它各菌属，并形成微生物复合菌群；丛毛单胞菌属可以向共聚集体中分泌代谢产物，这些代谢产物可以用作反硝化潜在碳源，提高低碳氮比污水的反硝化脱氮效率。本发明公开了用于低碳氮比污水反硝化脱氮的复合菌群，具有脱氮效率高、脱氮性能稳定的特点，在低碳氮比污水脱氮领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于微生物脱氮技术领域，具体涉及一种反硝化脱氮的微生物复合菌群及其应用。
背景技术
在过去的几十年中，随着人类活动的加剧和含氮肥料的大规模使用，不可避免地导致了大量生物可利用氮，如硝态氮等进入到环境中。微生物反硝化作为全球氮循环过程的一个重要组成部分，其将土壤或水体中的硝态氮还原为氮气的过程为硝态氮在环境中的去除转化提供了有效途径。然而实际硝态氮污染频繁出现在低碳氮比的水体系统中(如地下水系统、水库水系统和污水处理厂厌氧反硝化系统等)，这就导致反硝化脱氮效率不高，而且还会存在一些硝态氮还原过程有毒有害中间产物的积累，如亚硝态氮和一氧化二氮。
为应对反硝化脱氮过程中碳氮比较低的情况，当前的常见做法是补充有机碳源(例如乙酸、乙酸钠、葡萄糖和淀粉等)，但这种方法成本太高，与可持续发展理念相违背。此外，亚硝态氮的存在不仅会危害水生生物的生存和人类的健康，它的积累还会影响污水处理系统中的功能微生物的正常运行。一氧化二氮则是潜在的温室气体，其所具有的温室效应潜能值是二氧化碳的300倍，且预计会成为21世纪最大的臭氧消耗物质。由此可见，低碳氮比反硝化脱氮与全球环境问题，包括水体的富营养化以及气候变化等都有密切的联系。因此，寻求低碳氮比条件下反硝化脱氮过程高速进行、且无中间产物积累的微生物体系是十分必要的。
发明内容
本发明提供一种反硝化脱氮的微生物复合菌群及其应用，尤其适用于低碳氮比污水中硝态氮的去除。
本发明的技术方案是，一种反硝化脱氮的微生物复合菌群，复合菌群包括假单胞菌属、副球菌属、不动杆菌属和丛毛单胞菌属。假单胞菌属、副球菌属、不动杆菌属、丛毛单胞菌属可以形成微生物共聚体。
进一步地，所述微生物复合菌群中，假单胞菌属、副球菌属、不动杆菌属和丛毛单胞菌属的菌落密度比为1.5～6.0∶2.8～20.0∶32.9～50.9∶20～48.0。
进一步地，假单胞菌、副球菌、不动杆菌和丛毛单胞菌的菌落密度分别为4.3×107CFU/mL、14.8×107CFU/mL、32.9×107CFU/mL和48.0×107CFU/mL。
本发明还涉及所述微生物复合菌群在污水处理中的应用。
进一步地，该污水为低碳氮比污水。
进一步地，碳氮比小于等于4。
进一步地，碳氮比为3.2，假单胞菌属、副球菌属、不动杆菌属和丛毛单胞菌属的菌落密度分别为4.3×107CFU/mL、14.8×107CFU/mL、32.9×107CFU/mL和48.0×107CFU/mL。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的微生物复合菌群中，假单胞菌属和副球菌属可还原硝态氮，且副球菌属可以促进亚硝态氮和一氧化二氮的积累量降低，甚至为0，不动杆菌属可以吸附其它各菌属，丛毛单胞菌属可以向共聚集体中分泌代谢产物，这些代谢产物可以用作反硝化微生物假单胞菌属和副球菌属的潜在碳源，提高低碳氮比污水的反硝化脱氮效率。假单胞菌属、副球菌属、不动杆菌属、丛毛单胞菌属可以形成微生物共聚体，具有协同作用，使得反硝化微生物可以将更多的碳源用于反硝化脱氮过程，大大提高硝态氮的还原效率，减少中间产物亚硝态氮和一氧化二氮积累。
2、当向反硝化微生物假单胞菌属加入低碳氮比污水中时，体系中出现大量的亚硝态氮积累；继续向低碳氮比污水中加入反硝化能力较弱的副球菌属时，体系中不会有亚硝态氮和一氧化二氮的积累；继续向低碳氮比污水中加入不动杆菌属时，出现微生物共聚集的现象，这有利于实现胞外代谢产物被共聚集的其它微生物共享；最后向低碳氮比污水中加入丛毛单胞菌属时，发现丛毛单胞菌属可以向外界分泌胞外代谢3-羟基丁酸和琥珀酸，它们可以作为反硝化的潜在碳源，被假单胞菌属和副球菌属利用，实现高效反硝化脱氮。
附图说明
图1是实施例7中低碳氮比污水反硝化脱氮体系中各菌属及共聚集复合菌群的示意图。上面一排为各菌纯培养的示意图，下面一排为缺少对应菌株条件下或四株菌混合培养的示意图；
图2是实施例7中硝态氮的去除效率、亚硝态氮和一氧化二氮的积累百分比，总氮的去除效率；
图3是实施例7任意去除一株菌属后的菌群和四菌属均存在的菌群用于低碳氮比污水反硝化脱氮过程中硝态氮浓度的变化；
图4是实施例7任意去除一株菌属后的菌群和四菌属均存在的菌群用于低碳氮比污水反硝化脱氮过程中亚硝态氮浓度的变化；
图5是实施例7任意去除一株菌属后的菌群和四菌属均存在的菌群用于低碳氮比污水反硝化脱氮过程中一氧化二氮的积累百分比；
图6是实施例7任意去除一株菌属后的菌群和四菌属均存在的菌群用于低碳氮比污水反硝化脱氮过程中总氮的去除效率；
图7是实施例7共聚集复合菌群用于低碳氮比污水反硝化连续脱氮体系第30天时硝态氮的去除效率、亚硝态氮和一氧化二氮的积累百分比，总氮的去除效率。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
实施例1：
向碳氮比为2.0的模拟废水体系中添加假单胞菌Pseudomonas sp.MG1、副球菌属Paracoccus denitrificans、不动杆菌属Acinetobacter calcoaceticus、丛毛单胞菌属Comamonas nitrativorans 23310，使其菌落密度分别为4.3、14.8、32.9、48.0×107 CFU/mL，形成反硝化脱氮的微生物复合菌群进行反硝化处理，反硝化过程结束时，硝态氮的去除效率为71.2％，亚硝态氮和一氧化二氮的积累百分比分别为8.0％和1.2‰，总氮的去除效率为63.2％。
实施例2：
向碳氮比为3.2的模拟废水体系中添加假单胞菌Pseudomonas sp.MG1、副球菌属Paracoccus denitrificans、不动杆菌属Acinetobacter calcoaceticus EU04、丛毛单胞菌属Comamonas nitrativorans 23311，使其菌落密度分别为1.5、14.8、32.9、48.0×107CFU/mL，形成反硝化脱氮的微生物复合菌群进行反硝化处理，反硝化过程结束时，硝态氮的去除效率为65.3％，亚硝态氮和一氧化二氮的积累百分比分别为3.0％和4.9‰，总氮的去除效率为62.6％。
实施例3：
向碳氮比为4.0的模拟废水体系中添加假单胞菌Pseudomonas sp.MG1、副球菌属Paracoccus denitrificans、不动杆菌属Acinetobacter sp.A6、丛毛单胞菌属Comamonasnitrativorans 23312，使其菌落密度分别为4.3、2.8、32.9、48.0×107CFU/mL，形成反硝化脱氮的微生物复合菌群进行反硝化处理，反硝化过程结束时，硝态氮的去除效率为85.1％，亚硝态氮和一氧化二氮的积累百分比分别为39.7％和21.7‰，总氮的去除效率为45.4％。
实施例4：
向碳氮比为2.0的模拟废水体系中添加假单胞菌Pseudomonas sp.MG1、副球菌属Paracoccus sp.CY-b28、不动杆菌属Acinetobacter sp.A6、丛毛单胞菌属Comamonasnitrativorans 23313，使其菌落密度分别为4.3、14.8、50.9、48.0×107 CFU/mL，形成反硝化脱氮的微生物复合菌群进行反硝化处理，反硝化过程结束时，硝态氮的去除效率为63.4％，亚硝态氮和一氧化二氮的积累百分比分别为9.6％和10.6‰，总氮的去除效率为53.8％。
实施例5：
向碳氮比为3.2的模拟废水体系中添加假单胞菌Pseudomonas sp.MG1、副球菌属Paracoccus sp.CY-b28、不动杆菌属Acinetobacter calcoaceticus、丛毛单胞菌属Comamonas nitrativorans 23314，使其菌落密度分别为4.3、14.8、32.9、20.0×107 CFU/mL，形成反硝化脱氮的微生物复合菌群进行反硝化处理，反硝化过程结束时，硝态氮的去除效率为62.1％，亚硝态氮和一氧化二氮的积累百分比分别为4.9％和8.0‰，总氮的去除效率为57.2％。
实施例6：
向碳氮比为4.0的模拟废水体系中添加假单胞菌Pseudomonas stutzeri SM12、副球菌属Paracoccus denitrificans、不动杆菌属Acinetobacter calcoaceticus EU04、丛毛单胞菌属Comamonas nitrativorans 23315，使其菌落密度分别为6.0、20.0、43.0、20.0×107CFU/mL，形成反硝化脱氮的微生物复合菌群进行反硝化处理，反硝化过程结束时，硝态氮的去除效率为53.2％，亚硝态氮和一氧化二氮的积累百分比分别为2.3％和6.0‰，总氮的去除效率为49.8％。
实施例7：
向碳氮比为3.2的模拟废水体系中添加假单胞菌Pseudomonas stutzeri SM12、副球菌属Paracoccus denitrificans、不动杆菌属Acinetobacter sp.A6、丛毛单胞菌属Comamonas nitrativorans 23316，使其菌落密度分别为4.3、14.8、32.9、48.0×107 CFU/mL；形成反硝化脱氮的微生物复合菌群进行反硝化处理，反硝化过程结束时，硝态氮的去除效率为98.4％，亚硝态氮和一氧化二氮的积累百分比分别为0和0，总氮的去除效率为98.4％，具体如图2所示。
实施例8：
向碳氮比为2.0的模拟废水体系中添加假单胞菌Pseudomonas stutzeri SM12、副球菌属Paracoccus denitrificans、不动杆菌属Acinetobacter calcoaceticus、丛毛单胞菌属Comamonas nitrativorans 23316，使其菌落密度分别为1.5、2.8、20.0、20.0×107CFU/mL；形成反硝化脱氮的微生物复合菌群进行反硝化处理，反硝化过程结束时，硝态氮的去除效率为59.6％，亚硝态氮和一氧化二氮的积累百分比分别为4.5和13.4，总氮的去除效率为55.1％。
实施例9：
向碳氮比为3.2的模拟废水体系中添加假单胞菌Pseudomonas stutzeri SM12、副球菌属Paracoccus sp.CY-b28、不动杆菌属Acinetobacter calcoaceticus、丛毛单胞菌属Comamonas nitrativorans 23316，使其菌落密度分别为4.3、10.0、32.9、30.0×107 CFU/mL；形成反硝化脱氮的微生物复合菌群进行反硝化处理，反硝化过程结束时，硝态氮的去除效率为68.7％，亚硝态氮和一氧化二氮的积累百分比分别为5.1和16.7，总氮的去除效率为63.6％。
实施例10：
向碳氮比为2.0的模拟废水体系中添加假单胞菌Pseudomonas stutzeri SM12、副球菌属Paracoccus sp.CY-b28、不动杆菌属Acinetobacter calcoaceticus EU04、丛毛单胞菌属Comamonas nitrativorans23316，使其菌落密度分别为6.0、20.0、50.9、48.0×107CFU/mL；形成反硝化脱氮的微生物复合菌群进行反硝化处理，反硝化过程结束时，硝态氮的去除效率为66.8％，亚硝态氮和一氧化二氮的积累百分比分别为2.9和10.4，总氮的去除效率为63.9％。
实施例11：
向碳氮比为4.0的模拟废水体系中添加假单胞菌Pseudomonas stutzeri SM12、副球菌属Paracoccus sp.CY-b28、不动杆菌属Acinetobacter sp.A6、丛毛单胞菌属Comamonas nitrativorans23316，使其菌落密度分别为4.3、14.8、43.0、20.0×107 CFU/mL；形成反硝化脱氮的微生物复合菌群进行反硝化处理，反硝化过程结束时，硝态氮的去除效率为79.5％，亚硝态氮和一氧化二氮的积累百分比分别为2.0和13.8，总氮的去除效率为77.5％。
实施例12：
向碳氮比为3.2的模拟废水体系中添加假单胞菌Pseudomonas stutzeri CZW027、副球菌属Paracoccus denitrificans、不动杆菌属Acinetobacter sp.A6、丛毛单胞菌属Comamonas nitrativorans 23316，使其菌落密度分别为6.0、20.0、32.9、30.0×107 CFU/mL；形成反硝化脱氮的微生物复合菌群进行反硝化处理，反硝化过程结束时，硝态氮的去除效率为88.4％，亚硝态氮和一氧化二氮的积累百分比分别为6.8和20.7，总氮的去除效率为81.6％。
实施例13：
向碳氮比为4.0的模拟废水体系中添加假单胞菌Pseudomonas stutzeri CZW027、副球菌属Paracoccus sp.CY-b28、不动杆菌属Acinetobacter calcoaceticus EU04、丛毛单胞菌属Comamonas nitrativorans 23316，使其菌落密度分别为4.3、10.0、20.0、48.0×107 CFU/mL；形成反硝化脱氮的微生物复合菌群进行反硝化处理，反硝化过程结束时，硝态氮的去除效率为76.7％，亚硝态氮和一氧化二氮的积累百分比分别为7.4和6.7，总氮的去除效率为69.3％。
实施例14：
向碳氮比为3.2的模拟废水体系中添加假单胞菌Pseudomonas stutzeri CZW027、副球菌属Paracoccus sp.CY-b28、不动杆菌属Acinetobacter sp.A6、丛毛单胞菌属Comamonas nitrativorans 23316，使其菌落密度分别为1.5、2.8、32.9、20.0×107CFU/mL；形成反硝化脱氮的微生物复合菌群进行反硝化处理，反硝化过程结束时，硝态氮的去除效率为88.0％，亚硝态氮和一氧化二氮的积累百分比分别为3.8和9.5，总氮的去除效率为84.2％。
实施例15：
向碳氮比为2.0的模拟废水体系中添加假单胞菌Pseudomonas stutzeri W12、副球菌属Paracoccus denitrificans、不动杆菌属Acinetobacter calcoaceticus EU04、丛毛单胞菌属Comamonas nitrativorans23316，使其菌落密度分别为1.5、10.0、50.9、30.0×107CFU/mL；形成反硝化脱氮的微生物复合菌群进行反硝化处理，反硝化过程结束时，硝态氮的去除效率为64.0％，亚硝态氮和一氧化二氮的积累百分比分别为5.8和11.9，总氮的去除效率为63.1％。
上述实施例1～实施例15中反硝化反应的温度为30℃，反应时间为24h，反硝化过程结束时，硝态氮和亚硝态氮采用《水和废水监测分析方法(第四版)》中方法进行测量，一氧化二氮采用GC-ECD法测定。
需要说明的是假单胞菌、副球菌属、不动杆菌属、丛毛单胞菌属不局限于上述实施例中涉及的菌种。
将实施例7中的反硝化脱氮的微生物复合菌群用于低碳氮比污水反硝化连续脱氮体系第30天时的指标见图7，其中硝态氮的去除效率为95.7％、亚硝态氮积累百分比为0，一氧化二氮积累百分比为0，总氮的去除效率为95.7％。
同时，以实施例7为基础，分别设置不加菌属空白对照、仅加入单一菌属培养的对比例，以及仅缺少假单胞菌属、副球菌属、不动杆菌属或丛毛单胞菌属的对比例，其余条件同实施例7，图1是低碳氮比污水反硝化脱氮体系中各菌属及共聚集复合菌群的示意图。上排为各菌纯培养的示意图，下排为缺少对应菌株条件下或四株菌混合培养的示意图；反硝化过程中硝态氮浓度、亚硝态氮浓度、一氧化二氮累积百分比和总氮去除率进行统计，具体见图1及图3～图6。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种反硝化脱氮的微生物复合菌群在低碳氮比污水处理中的应用，其特征在于：碳氮比为3.2，复合菌群为假单胞菌属、副球菌属、不动杆菌属和丛毛单胞菌属，其在污水中的菌落密度分别为4.3×107 CFU/mL、14.8×107 CFU/mL、32.9×107 CFU/mL和48.0×107CFU/mL。
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