CN115927073B - 一种具有脱氨氮协同农药去除功能的微生物制剂 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微生物技术领域，公开了一种施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)SKS‑22‑1，保藏于广东省微生物菌种保藏中心(GDMCC)，保藏编号为GDMCC No.62696。该微生物及其制备的微生物制剂能够降低氨氮和农药污染物浓度。

Description

一种具有脱氨氮协同农药去除功能的微生物制剂
技术领域
本发明属于环境微生物技术领域，尤其涉及一种具有脱氨氮协同农药去除功能的微生物制剂。
背景技术
高强度施用化学有效氮肥是农业生产中常见的行为。但大部分养分没有被作物吸收利用，仍残留在土壤中，以铵盐、硝酸盐和亚硝酸盐的形式积累。在我国南方的雨季，这些含氮化合物由于雨水的侵蚀从土壤中溶出，以地表径流的形式进入水体。水中过量的氨氮会导致藻类和其他生物的异常增殖，造成水体富营养化，水质恶化。另一方面，这些含氮化合物以淋溶的形式进入地下水，导致饮用水中硝酸盐和亚硝酸盐含量超标，危害人体健康。
微生物制剂具有微生物种类丰富、生境分布广泛、抗逆性强、繁殖迅速、代谢途径多样等特点。对保证自然生态系统中碳、氮等元素的循环平衡具有不可替代的作用。作为微生物的核心，它可以低成本、高效、可持续地通过硝化作用去除氨氮和亚硝酸盐。与传统的化学脱氮技术相比，微生物脱氮技术具有运行成本低、无二次污染和处理效果良好等优点，可大大降低投资成本和系统运行成本，已成为脱氮技术发展的主要趋势。近年来，国内外越来越多从土壤或污泥中分离的微生物被证明具有良好的生物脱氮功能。针对我国农田土壤和排水的具体应用场景，有机磷农药、拟除虫菊酯类农药和多环芳烃类化合物会抑制某些具有消化和反硝化功能的微生物的生长、代谢和毒性，增加了微生物水处理的难度和成本。因此，在筛选和使用高效生物脱氮的同时，研制对农业排水中的农药成份具有抵抗能力的微生物制剂具有重要的意义。
施氏假单胞菌在氨氮去除方面具备一定的应用价值，现有技术关于脱氨氮的施氏假单胞菌微生物制剂也有一些记载，例举如下：
1、中国专利CN110938568A提供了一株施氏假单胞菌菌株F2，其保藏编号为CGMCCNo.17258，在18h能够将25mg/L的亚硝酸盐降解到0mg/L，具有优异的亚硝酸盐降解能力。将筛选到的施氏假单胞菌和腐殖酸配合制备成菌剂使用，可以进一步显著提高水体中氨氮、亚硝酸盐的转化效率提升。2、中国专利CN111607543A提供了一株具有好氧反硝化功能的施氏假单胞菌，保藏号为：CGMCC No.20015，该菌株繁殖快、活性高、增殖底物广，在有氧环境中实现反硝化作用，使同步硝化反硝化发生几率大大增加，解决了总氮污染问题。
但是上述菌剂均无法在农药废水中有效去除氨氮，更无法降解含磷农药化合物。
发明内容
为了实现通过微生物技术对农田排水脱氨氮功能，本发明提供一种能够进行脱氨氮协同农药去除的异养硝化菌施氏假单胞菌Pseudomonas stutzeri SKS-22-1，保藏于广东省微生物菌种保藏中心(GDMCC)，保藏编号为GDMCC No.62696，该菌株自从河底污泥土壤中分离得到。所述的异养硝化菌Pseudomonas stutzeri SKS-22-1制剂接种到含有农药残留的农田排水中，进行快速脱氨氮污染物处理。
优选的，将所述异养硝化菌异养硝化菌P.stutzeri SKS-22-1制剂为液态制剂，含有活菌数数目为1×109-1×1010CFU/mL。
优选的，农田排水样本中包含的污染物特征值与范围为：氨氮0.2-10mg/L，总氮0.5-40mg/L，硝态氮0.1-20mg/L，COD-cr 10-150mg/L，总磷0.1-2mg/L，饱和溶解氧为30％-60％。
或者将所述异养硝化菌P.stutzeri SKS-22-1吸附在固态载体上，形成复合制剂。
优选的，所述载体选择棒状秸秆生物碳，直径8mm，长10-20mm。
优选的，活菌在载体上的吸附量为1×108CFU/g。
优选的，处理的农田排水样本中的包含的污染物的特征值与范围为：氨氮10-50mg/L，总氮16-200mg/L，硝态氮5-100mg/L，COD-cr 10-300mg/L，总磷0.1-100mg/L，饱和溶解氧为60-90％，含有1-20mg/L的有机磷类或(和)拟除虫菊酯类农药或(和)多环芳烃化合物。
优选地，
所述施氏假单胞菌P.stutzeri SKS-22-1液态制剂的制备方法：在1000L的水溶液中加入1000mL浓氨水，2500g氯化镁，800g氧化钙，600g氯化钾500mL浓磷酸，调节pH7.4混合后灭菌。冷却至30℃时，按体积3％的接种量，接入菌种；30℃条件下控制发酵溶氧30％培养48h，流加100L 10％的葡萄糖溶液，使用KOH控制pH7.4继续培养24h后，浓缩制得液态制剂。
本发明的主要技术优势体现在以下几个方面：
一种对农田排水脱氨氮功能的异养硝化菌制剂能够在高浓度的有机磷农药、拟除虫菊酯类农药、多环芳烃化合物存在的农田排水系统中高效稳定地进行生物脱氮。微生物-活性炭复合制剂对农药废水的脱氨率较高，并且能够去除多种农药化合物。另外，制备的微生物-载体复合菌剂，菌株分泌多糖能够牢固的附着在多孔载体表面，不易脱落失活。且载体能够较好地缓冲水质波动和环境因素变化对菌体生物膜的冲击。该种微生物-载体复合菌剂，可以直接放置在被农药等化学品污染的农田排水渠和河道中使用，具有天然物无污染、使用成本低和的优势，具有稳定的除氨氮效率。本发明菌剂在高温和低温条件下，均能够高效发挥作用，应用范围更加广阔。
附图说明
图1：异养硝化菌P.stutzeri SKS-22-1在NH4Cl为唯一氮源的平板上培养5天后的菌落图(标尺长为1.0cm)。硝化菌平板成分(w/w)：0.15％NH4Cl，0.3％MgCl2，0.1％K2HPO4，0.1％CaCl2，1.5％琼脂，pH自然。
图2：异养硝化菌P.stutzeri SKS-22-1的16S rDNA全长序列。
图3：异养硝化菌P.stutzeri SKS-22-1与棒状秸秆生物碳载体的固态制剂(标尺长为1.0cm)。
图4：异养硝化菌P.stutzeri SKS-22-1与多孔玄武岩石的固态制剂(标尺长为1.0cm)。
图5：硝化菌P.stutzeri SKS-22-1负载于棒状秸秆生物碳固态载体与农业排水样品混合脱氮效果图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
含有活菌数数目为1×1010CFU/mL的施氏假单胞菌P.stutzeri SKS-22-1液态制剂100mL，与10L农业排水样品混合。样品中的氨氮含量为10mg/L，总磷0.8mg/L，硝态氮10mg/L，有机磷类农药氯吡硫磷的含量为5mg/L。在30摄氏度下通气处理，饱和溶解氧为40％，48小时时脱氨率为95％，总磷无，有机磷类农药氯吡硫磷脱除率为98.9％。
实施例2
含有活菌数数目为1×109CFU/mL的施氏假单胞菌P.stutzeri SKS-22-1液态制剂200mL，与15L农业排水样品混合。样品中的氨氮含量为50mg/L，总磷0.3mg/L，硝态氮2mg/L，溴氰菊酯的含量为10mg/L。在20摄氏度下通气处理，饱和溶解氧为60％，48小时时脱氨率为86％，总磷无，溴氰菊酯的脱除率为97.3％。
实施例3
异养硝化菌异养硝化菌P.stutzeri SKS-22-1吸附在直径8mm，长10-12mm椰果壳棒状秸秆生物碳固态载体上，活菌在载体上的吸附量为2×107CFU/g。100g填料与10L农业排水样品混合。样品中的氨氮含量为30mg/L，总磷0.7mg/L，硝态氮10mg/L，氯吡硫磷含量为10mg/L。39摄氏度下进行通气处理，饱和溶解氧为30％，48小时时脱氨率为93％。
实施例4
异养硝化菌异养硝化菌P.stutzeri SKS-22-1吸附在直径6mm，长12-15mm的棒状秸秆生物碳固态载体上，活菌在载体上的吸附量为5×107CFU/g。100g填料与10L农业排水样品混合。样品中的氨氮含量为20mg/L，总磷2mg/L，硝态氮20mg/L，氯吡硫磷含量为20mg/L。30摄氏度下进行通气处理，饱和溶解氧为40％，48小时时脱氨率为87.5％。
实施例5
异养硝化菌异养硝化菌P.stutzeri SKS-22-1吸附在尺寸为40mm-50mm的多孔玄武岩固态载体上，活菌在载体上的吸附量为1×108CFU/g。100g填料与10L农业排水样品混合。样品中的氨氮含量为90mg/L，总磷20mg/L，硝态氮30mg/L，氯吡硫磷含量为30mg/L。20摄氏度下进行通气处理，饱和溶解氧为60％，48小时时脱氨率为82％；如图5所示。
上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了介绍，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，这对本领域技术人员而言应该很明确，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)SKS-22-1，保藏于广东省微生物菌种保藏中心(GDMCC)，保藏编号为GDMCC No.62696。
2.一种包含权利要求1所述的施氏假单胞菌的微生物制剂，其为液态制剂，所述的液态制剂的制备方法包括：在1000L的水溶液中加入1000mL浓氨水、2500g氯化镁、800g氧化钙、600g氯化钾、500mL浓磷酸，调节pH为7.4，混合后灭菌，冷却至30℃时，按体积3％的接种量接入菌种；30℃条件下控制溶氧为30％发酵培养48h，流加10%的葡萄糖溶液100L，使用KOH控制pH为7.4继续培养24h后，浓缩制得液态制剂。
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