CN115637244B - 佩氏葡萄球菌及其在污水cod降解中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境微生物技术领域，具体涉及佩氏葡萄球菌及其在污水COD降解中的应用。本发明提供了一种葡萄球菌，该菌株为佩氏葡萄球菌(Staphylococcus petrasii subsp.Pragensis)，2022年08月15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”，其保藏号为CGMCC No.25537。该菌株在LB琼脂培养基中呈1～1.5mm的圆形或椭圆形的白色光滑不透明菌落；电镜下菌体为球型，成对或链状排列，革兰氏阳性菌。本发明的佩氏葡萄球菌生长迅速，适应范围广泛，不管是COD高达20000mg/L以上的LB溶液还是COD仅有400mg/L的厌氧出水都能快速适应并生长，降解效果好，降解率比活性污泥提高5.5％。
Description
技术领域
本发明涉及环境微生物领域，特别涉及佩氏葡萄球菌及其在污水COD降解中的应用。
背景技术
生物强化技术是指在受污染环境或者生物反应器中应用土著微生物、外来微生物或者基因工程菌来加速污染物去除的技术。生物强化技术根据特定的污染物有选择性地改变微生物系统中的群落结构，使之具备或者加强降解目标污染物的能力，具有目标明确、实施简单、成本低、见效快的优点。生物强化技术在石油污染海洋修复、重金属及石油污染土壤修复、地下水污染修复、市政以及工业污水处理等领域得到了广泛的研究和应用。食品加工厂废水有机物含量高，即使经过厌氧工艺处理，厌氧出水中仍然含有大量悬浮物，这些悬浮物主要成分是有机质，目前悬浮物的主要去除途径是絮凝沉淀和生物降解，生物降解主要发生在好氧阶段，如氧化塘，A/O工艺中的O段等，但是在去除有机物的过程中，磷、氮也被部分去除，同时A/O工艺污泥产生量较大，剩余污泥燃烧费用较高，对企业发展极为不利。厌氧氨氧化作为一种新型脱氮工艺，因不需要外部碳源和极低的污泥产量被誉为非常有前景的生物脱氮工艺。两个关键因素制约着Anammox的全面推广，1)是亚硝酸盐的稳定提供，2)厌氧氨氧化菌(AnAOB)，生长速率慢，倍增速度迟滞，对生长环境要求严苛，对一些有机污染物的耐受性差，启动困难。
葡萄球菌是葡萄球菌科的一个革兰氏阳性菌属。在显微镜下，它们呈球形，直径0.5～1μm，呈葡萄状簇状。葡萄球菌是兼性厌氧菌，至少有40种。大多数是无害的，通常生活在人类和其他生物的皮肤和粘膜上。
关于葡萄球菌的研究比较多，如专利CN103103142B公开一株科氏葡萄球菌可以直接利用亚硝酸盐氮作为底物，完成短程反硝化脱氮，CN106591197B公开了一种瓦氏葡萄球菌能提高培养介质的pH值、降低土壤有效铜的含量，CN107129954A公开一种降解苯酚的葡萄球菌(Staphylococcus caprae)对苯酚具有较强的降解能力，目前还没有关于佩氏葡萄球菌在污水处理领域方面的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了佩氏葡萄球菌及其在污水COD降解中的应用。
本发明提供了佩氏葡萄球菌及其在污水COD降解中的应用。本发明分离的佩氏葡萄球菌，生长迅速，适应范围广泛，不管是COD高达20000mg/L以上的LB溶液还是COD仅有400mg/L的厌氧出水都能快速适应并生长，降解效果好，降解率比活性污泥提高5.5％。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了佩氏葡萄球菌，其保藏编号为CGMCC No.25537。
本发明还提供了所述佩氏葡萄球菌(Staphylococcus petrasii)在污水COD降解中的应用。
在上述研究的基础上，本发明还提供了所述佩氏葡萄球菌(Staphylococcuspetrasii)在制备降解污水COD微生物菌剂中的应用。
本发明还提供了微生物菌剂，包括所述佩氏葡萄球菌以及可接受的辅料或助剂。
本发明还提供了所述微生物菌剂的制备方法，包括挑取所述佩氏葡萄球菌(Staphylococcus petrasii)接种于培养基培养；所述培养基包括LB培养基或发酵培养基；所述培养包括菌种活化或发酵培养。
在本发明的一些具体实施方案中，所述菌种活化后菌体的接种量为1％(v/v)；所述菌体的活菌数为2.0×109cfu/mL；所述菌种活化的温度为37℃，转速为150rpm，培养时间为24h。
在本发明的一些具体实施方案中，所述发酵培养基配方包括：葡萄糖4g/L，豆粕37.5g/L，玉米粉25g/L，氯化钠2g/L，硫酸锰0.17g/L，消泡剂1mL/L，pH 6.6～7.0。
在本发明的一些具体实施方案中，所述发酵培养的搅拌速度为120rpm，温度为37℃，空气流量30L/min，压力0.05MPa，好氧发酵24h。
本发明还提供了所述微生物菌剂、所述制备方法得到的微生物菌剂在污水COD降解中的应用。
本发明还提供了降解污水COD的方法，包括在污水中接种所述佩氏葡萄球菌(Staphylococcus petrasii)和/或所述微生物菌剂的步骤。
本发明提供的佩氏葡萄球菌，生长迅速，适应范围广泛，不管是COD高达20000mg/L以上的LB溶液还是COD仅有400mg/L的厌氧出水都能快速适应并生长，降解效果好，降解率比活性污泥提高5.5％。
生物保藏说明
生物材料：LBSW22-04，分类命名：佩氏葡萄球菌(Staphylococcus petrasii)，于2022年8月15日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏编号为CGMCC No.25537。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1示LBSW22-04菌落形态；
图2示菌落显微镜下形态；
图3示COD随时间的降解趋势；
图4示COD降解菌在污水中的应用。
具体实施方式
本发明公开了佩氏葡萄球菌及其在污水COD降解中的应用，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种佩氏葡萄球菌，利用生物加强技术，提高厌氧出水COD降解率。
为实现上述目的，本发明自主筛选、分离一株葡萄球菌，经鉴定为佩氏葡萄球菌Staphylococcus petrasii，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，菌种名称：LBSW22-04，保藏编号为CGMCC No.25537，保藏日期为2022年08月15日。
所述的保藏编号为CGMCC No.25537佩氏葡萄球菌LBSW22-04显微镜下细胞呈椭圆形或球形，无芽孢，无鞭毛；菌株革兰氏染色呈阳性，兼性厌氧；菌株在37℃恒温培养箱中培养24h，可形成表面光滑、有凸起、边缘整齐的乳白色菌落，菌落直径为1～1.5mm。。
本发明提供一种佩氏葡萄球菌LBSW22-04在污水COD降解中的应用：
所述应用，其特征在于，所述佩氏葡萄球菌的生物菌剂制备方法为：
将保藏编号为CGMCC No.25537的佩氏葡萄球菌接种至300mL LB液体培养基中，于37℃震荡摇床中150rpm培养24h；将上述制备好的液体种子按照1％(v/v)的接种量接入装液量为70％的50L发酵罐中扩大培养，搅拌速度为120rpm，发酵温度为37℃，空气流量30L/min，压力0.05MPa，发酵时间为24h；
进一步的，所述制备方法，其特征在于，所述发酵培养基包括以下组分的原料制备而成：葡萄糖4g/L、豆粕37.5g/L、玉米粉25g/L、氯化钠2g/L、硫酸锰0.17g/L，消泡剂1mL/L，pH 6.6～7.0。
进一步的，所述应用，其特征在于，所述佩氏葡萄球菌24小时COD降解率为22.5％。
进一步的，所述应用，其特征在于，所述佩氏葡萄球菌的添加量为2.0％(v/v)。
进一步的，所述的应用，其特征在于，所述佩氏葡萄球菌接种于污水中COD含量的变化规律是先增大后减小，驯化周期为3天。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明分离的佩氏葡萄球菌，生长迅速，适应范围广泛，不管是COD高达20000mg/L以上的LB溶液还是COD仅有400mg/L的厌氧出水都能快速适应并生长，降解效果好，降解率比活性污泥提高5.5％。
本发明所用原料及试剂均可由市场购得。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
实施例1：COD降解菌筛选
从山东省滨州市博兴县某污水处理厂中取AO池污泥和排水口污泥。取10g污泥加入到90mL带玻璃珠的无菌水中，摇床中震荡30min，继续在超净工作台梯度稀释至10-4，取100μL涂布在LB平板上，37℃恒温培养箱中培养24小时，在超净工作台中挑取形态大小不同的单克隆到15mL新鲜的LB液体培养基中，35℃恒温培养箱中培养24小时，每株菌保藏甘油管3管，剩余菌液备用。
COD降解功能初筛：对上述获得菌液进行COD检测，参照快速消解分光光度法进行测定，步骤如下：1)菌液2mL 5000rpm离心5min；2)COD检测范围是100～1000mg/L，菌液离心上清液需要稀释50倍使用；3)取稀释液2.5mL，加入D，E试剂(连华cod消解仪自带)各一管；4)在COD消解仪上，165℃消解10min，自来水中25℃冷却10min后加入2.5mL蒸馏水，混匀，继续在自来水中25℃冷却10min；5)在610nm处测吸光度，从标准曲线上查找COD含量；以水作为参比液，LB培养基为阴性对照，进行相同试验。
选取COD低于阴性对照的菌株作为候选菌株进行下一步试验，共分离COD降解菌10余株，其中编号WN7-2效果最好，将所筛得菌株WN7-2于LB平板划线，37℃恒温培养箱中培养24h，可形成表面光滑、有凸起、边缘整齐的乳白色菌落，菌落直径为1～1.5mm，菌落形态如图1所示，显微镜下细胞呈椭圆形或球形，无芽孢，无鞭毛，显微镜形态如图2所示，属于佩氏葡萄球菌(Staphylococcus petrasii)，将其命名为LBSW22-04。
实施例2微生物菌剂制备
LB培养基配方为：氯化钠1％，酵母粉0.5％，蛋白胨1％，琼脂1.8％(固体)蒸馏水余量，pH6.8～7.0，121℃灭菌20min。
菌种活化：在超净工作台中，挑取斜面保藏的保藏编号为CGMCCNo.25537的菌种至300mL LB液体培养基中，置于37℃震荡摇床中150rpm培养24h；
50L发酵罐：将上述制备好的活化菌种(2.0×109cfu/mL)按照1％(v/v)的接种量接入装液量为70％的50L发酵罐中扩大培养，搅拌速度为120rpm，发酵温度为37℃，空气流量30L/min，压力0.05MPa，好氧发酵24h；
发酵培养基配方为：葡萄糖4g/L、豆粕37.5g/L、玉米粉25g/L、氯化钠2g/L、硫酸锰0.17g/L，消泡剂1mL/L，pH 6.6～7.0。
实施例3佩氏葡萄球菌在污水COD降解中的应用
3.1COD 24小时降解率
取6个250mL锥形瓶分别加入厌氧出水100mL，加入培养24小时编号为WN5-3、H13-3、H16-1、J4及LBSW22-04的活化菌种2mL，以2mL LB培养基做空白对照，在磁力搅拌器上以500rpm搅拌5min，每瓶取2mL检测初始COD含量，封口膜封口放入摇床，150rpm 37℃震荡培养24小时，培养完成后取2mL溶液检测24小时COD含量，计算24小时COD降解率。
经过检测，结果如表1所示，空白对照24小时COD降解率为11.6％，降解率最高为LBSW22-04，24小时COD降解率达到22.5％，比对照组高10.9％，COD降解效果显著。之后又检测了不同菌株对LB培养基COD的降解效果，结果如表2所示，LBSW22-04对COD高达20000mg/L以上的LB溶液有很好的降解效果。
表1COD 24小时降解率检测
表2不同菌株对LB培养基COD的降解
| 名称 | LB | WN5-3 | LBSW22-04 | H13-3 | H16-1 | J4 |
| COD(mg/L) | 23557.15 | 24798.7 | 18935.8 | 20648.25 | 19016.15 | 21625.85 |
3.2佩氏葡萄球菌接种量试验
取250mL三角瓶5个，分别加入厌氧出水100mL，99mL，98mL，97mL，95mL；对应的分别加入佩氏葡萄球菌LBSW22-03 0mL，1mL，2mL，3mL和5mL，得到佩氏葡萄球菌接种量分别为0％，1％，2％，3％和5％，保鲜膜封口放入摇床，150rpm 37℃震荡培养24小时，培养完成后取2mL溶液检测COD含量。
结果如表3所示，佩氏葡萄球菌接种量越多降解率越高，当接种量为2％时，接种液COD(529mg/L)已经超过厌氧出水COD(496mg/L)，较高的COD影响出水水质，因此接种量不宜超过2％，从经济和降解率考虑，选择2％的接种量。
表3佩式葡萄球菌接种量实验结果
3.3COD随时间的变化规律
从上述3.2可知，添加菌液增加了污水中COD的含量，COD在污水中的变化情况如何，COD需要多久才能降下来，这是一个非常重要的因素。因此对上述3.1中的菌株，进行COD随时间变化规律研究。取500mL三角瓶5个，分别加入厌氧出水200mL；对应的分别加入相应的菌液4mL，保鲜膜封口放入摇床，150rpm 37℃震荡培养，分别在培养0小时，24小时，48小时和72小时取2mL溶液检测COD含量。
结果如表4、图3所示，接种2％的菌液后，厌氧出水中COD随时间变化规律是先增大后减小，在48小时瓶内污水COD略高于原水COD(556.5mg/L)，前48小时菌种降解的COD主要来源于添加的培养基，因此增加接种量可以提高COD降解率，但是同样存在提高COD的风险，因此建议前3天不要进水，以培养菌种为主，3天后逐渐增加进水。
表4COD随时间的变化趋势实验结果
3.4COD降解菌在污水中的应用
试验用5L PP塑料胶桶进行，所用污水为厌氧出水，共设3组，1#小桶(对照组):厌氧出水5L，活性污泥(ss含量为5800mg/L)2％(v/v)，2#小桶:厌氧出水5L，COD降解菌LBSW22-04 2％，3#小桶厌氧出水5L，蒸馏水2％，曝气泵CT-402进行曝气，流量为100mL/min，第3天开始换水，每24小时换水一次，每天9:00取样检测COD含量，16:00换水。
结果如图4、表5所示，添加COD降解菌LBSW22-04的2#试验桶COD降解最明显，平均降解率为15.2％，比活性污泥平均降解率(9.7％)提高5.5％。
表5COD降解的数据
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。
Claims (11)
1.葡萄球菌，其特征在于，其保藏编号为CGMCC No.25537。
2.如权利要求1所述的葡萄球菌在污水COD降解中的应用。
3.如权利要求1所述的葡萄球菌在制备降解污水COD微生物菌剂中的应用。
4.微生物菌剂，其特征在于，包括如权利要求1所述的葡萄球菌以及可接受的辅料或助剂。
5.如权利要求4所述微生物菌剂的制备方法，其特征在于，包括挑取所述葡萄球菌接种于培养基培养；
所述培养基包括发酵培养基；
所述培养包括菌种活化或发酵培养。
6.如权利要求5所述微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述发酵培养基包括LB培养基。
7.如权利要求6所述微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述菌种活化后菌体的接种量为1％（v/v）；所述菌体的活菌数为2.0×109 cfu/mL。
8.如权利要求7所述微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述发酵培养基配方包括：葡萄糖4 g/L，豆粕37.5 g/L，玉米粉25 g/L，氯化钠2 g/L，硫酸锰0.17 g/L，消泡剂1 mL/L，pH 6.6~7.0。
9.如权利要求8所述微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述发酵培养的搅拌速度为120 rpm，温度为37℃，空气流量30 L/min，压力0.05 MPa，好氧发酵24 h。
10.如权利要求4所述的微生物菌剂、权利要求5~9任一项所述制备方法得到的微生物菌剂在污水COD降解中的应用。
11.降解污水COD的方法，其特征在于，包括在污水中接种如权利要求1所述的葡萄球菌和/或如权利要求5~9任一项制备方法得到的微生物菌剂的步骤。
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Denomination of invention: Staphylococcus aureus and its application in COD degradation of wastewater Effective date of registration: 20230625 Granted publication date: 20230516 Pledgee: Binzhou boxing sub branch of Qilu Bank Co.,Ltd. Pledgor: Shandong Lvbang Biotechnology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980045630 |