CN116218739A

CN116218739A - 一种副蕈状芽孢杆菌及其在污水处理中的应用

Info

Publication number: CN116218739A
Application number: CN202310327865.8A
Authority: CN
Inventors: 陆栋; 陈积红; 雷彩荣; 张苗苗; 胡林刚; 张录卫; 胡正国; 周利斌
Original assignee: Institute of Modern Physics of CAS
Current assignee: Institute of Modern Physics of CAS
Priority date: 2023-03-30
Filing date: 2023-03-30
Publication date: 2023-06-06
Anticipated expiration: 2043-03-30
Also published as: CN116218739B

Abstract

本发明属于环境微生物及污水处理技术领域，具体涉及一种副蕈状芽孢杆菌及其在污水处理中的应用。本发明提供了一种副蕈状芽孢杆菌，所述副蕈状芽孢杆菌于2022年9月20日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为：CCTCC NO:M 20221455；本发明所述的副蕈状芽孢杆菌能够高效去除污水中的氨氮、总氮、磷及COD，用于污水处理，具有广阔的应用前景。

Description

一种副蕈状芽孢杆菌及其在污水处理中的应用

技术领域

本发明属于环境微生物及污水处理技术领域，具体涉及一种副蕈状芽孢杆菌及其在污水处理中的应用。

背景技术

近年来，随着我国经济实力的快速发展，生活用水量增加的同时也伴随着污水排放量的急剧增加，生活污水如何科学、高效的处理受到了政府及社会各界的重视。我国主要水体中的很多都含有氮、磷，由于工农业的发展，工业废水的排放和农业肥料及农药的使用使得其水质急剧下降，富营养化问题严重。从环保部的公报可得到，2423.70万吨、2352.70万吨和2294.60万吨的化学需氧量被排放从2012年到2014年这三年过程中。与此同时，大量的氨氮也被排放着。从以上数据可以看出，排放污水中污染物浓度在呈现着一个逐年降低的过程，然而，根据具体数据来看会发现，排放污水污染物的浓度仍处于一个较高的水平。

目前，国内外传统的高盐废水处理方法主要包括化学法、生化法及生物物理-物化组合工艺，其中生物脱氮以其经济、高效、无残留污染的特性，成为污水脱氮的主要手段。在水污染治理过程中，微生物可以利用污水中的有机物并将其分解，从而达到净化水体的作用。目前，对水质净化起到重要作用的微生物大约有以下几种：光合细菌、酵母菌、硝化细菌、反硝化细菌、芽孢杆菌、乳酸菌、白腐菌等。微生物法处理污染水体效果良好且具有不易造成二次污染，更加安全、环保、经济的特点，从而被广泛关注。

已有研究表明副蕈状芽孢杆菌对不同碳链长度的石油烃具有显着的降解效果；而且专利CN113755377A公开了一种副蕈状芽孢杆菌YC-02株，具有降尿酸的功效；专利CN114854630A公开了一株高效合成纳米硒的副蕈状芽孢杆菌1805(Bacillusparamycoides1805)；专利CN115786192A公开了一种副蕈状芽孢杆菌(Bacillusparamycoides)GXUN74708及其应用，所述菌株GXUN74708不具有降解无机磷和有机磷的能力；但是可以作为生物絮凝剂，能够絮凝功能的高分子有机物(主要成分包括糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等)。

本发明提供了一种副蕈状芽孢杆菌，于2022年9月20日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为：CCTCC NO：M 20221455。本发明所述的副蕈状芽孢杆菌能够高效降解污水中的氨氮、总氮、磷、化学需氧量(COD)，用于污水处理具有广阔的应用前景。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于污水处理的新型微生物，具体包括以下内容：

第一方面，本发明提供了一种副蕈状芽孢杆菌(Bacillus paramycoides IMPWW-002)，所述副蕈状芽孢杆菌于2022年9月20日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为：CCTCCNO：M 20221455。

优选地，所述副蕈状芽孢杆菌的16S rDNA序列如SEQ ID NO.1所示。

第二方面，本发明提供了上述第一方面所述的副蕈状芽孢杆菌或其培养液在降解磷，和/或氨，和/或氮，和/或COD元素中的应用。

第三方面，本发明提供了上述第一方面所述的副蕈状芽孢杆菌或其培养液在制备降解磷，和/或氨，和/或氮，和/或COD的试剂中的应用。

第四方面，本发明提供了上述第一方面所述的副蕈状芽孢杆菌或其培养液在污水处理中的应用。

第五方面，本发明提供了上述第一方面所述的副蕈状芽孢杆菌或其培养液在制备污水处理剂中的应用。

第六方面，本发明提供了一种污水处理方法，所述方法为：将上述第一方面所述的副蕈状芽孢杆菌或其培养液，或上述第五方面所述的复合菌剂接种到污水中处理即可。

本发明的有益效果是：本发明首先提供了一种副蕈状芽孢杆菌，培养温度25℃，培养时间24-48h，需氧类型好氧；其次，本发明所述的副蕈状芽孢杆菌能够高效降解污水中的氮、磷、有机物，可为生活污水、工业污水的治理提供参考，所述菌株72h内能够有效去除工业污水中的COD、氨氮、总氮及总磷，去除率达到31％，95％，85％及95％，具有应用于污水处理中降解氨氮、总氮、磷和有机物的潜力。

附图说明

图1菌株IMPWW-002的形态学特征；

图2菌株IMPWW-002的系统发育树；

图3菌株IMPWW-002的系统发育树；

图4本申请所述的副蕈状芽孢杆菌种子液处理模拟污水后的氨氮含量；

图5本申请所述的副蕈状芽孢杆菌种子液处理模拟污水后的总氮含量；

图6本申请所述的副蕈状芽孢杆菌种子液处理模拟污水后的总磷含量；

图7本申请所述的副蕈状芽孢杆菌种子液处理模拟污水后的COD含量。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1副蕈状芽孢杆菌的筛选、鉴定和保藏

1.菌源

有效降解去除污水中的氨氮、磷、硫、有机物、重金属、表面活性剂的污泥。

2.培养基

肉汤培养基：牛肉膏3g，蛋白胨5g，水1000ml；pH 7.2-7.4。

3.菌株分离

将有效降解去除污水中的氨氮、磷、硫、有机物、重金属、表面活性剂的污泥取样，在无菌环境下，于肉汤固体培养基中进行首次划线实验，在30℃恒温箱中培养48h获得初步分离的单菌落，并进行二次划线，进行纯化，挑取单菌落接种到20mL新鲜的肉汤液体培养基中，培养至对数期，即菌离心后有明显沉淀，体积最少200-300微升，4℃保存；共分离出六株菌株，其中一株命名为IMPWW-002，4℃保存。

4.菌株鉴定与保藏

(1)形态学特征

如图1所示，上述菌株IMPWW-002在肉汤固体培养基上生长为乳白色大菌落，边缘不规则，表面粗糙。

(2)16S rDNA序列分析

对上述菌株IMPWW-002进行16S rDNA序列分析，细菌的16S rDNA序列在不同的物种间是高度保守的，不同的物种间序列是不一样的，因而对此序列通过PCR扩增、测序，与GenBank中的已知序列进行比对后，则可判定细菌种类，将其划分到属或种。

将IMPWW-002菌株接种到肉汤培养基中，于25℃，160r/min摇床培养24h。收集菌体，提取总DNA，然后以其为模板，在细菌16S rDNA基因通用引物7F：5′-CAGAGTTTGATCCTGGCT-3′(SEQ ID NO.2所示)和1540R：5′-AGGAGGTGATCCAGC-3′(SEQ IDNO.3所示)的引导下进行PCR扩增，PCR长度为1500bp。扩增体系如表1所示。

表1PCR的扩增体系及组分(50μL)

反应条件：98℃，2min；98℃，10s，55℃，15s，72℃，15s/kb，3个循环；72℃，5min；4℃保存。

将2μL PCR扩增产物与6μL溴酚蓝混合，进行1％琼脂糖凝胶电泳，电压为300V，电泳时间为12min，采用核酸染料进行琼脂糖电泳染色，采用紫外凝胶成像系统进行拍照。使用普通琼脂糖凝胶DNA回收试剂盒对目的片段进行琼脂糖凝胶回收，回收产物测序。将所测16s rDNA序列于NCBI数据库中的序列进行比对，并用MEGA7.0软件进行多序列同源性分析，并构建系统发育树，如图2-3所示。

经形态学特征及16S rDNA序列分析，鉴定菌株IMPWW-002为副蕈状芽孢杆菌(Bacillus paramycoides)，该菌株已经于2022年9月20日保藏于中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏编号为：CCTCC NO:M 20221455，保藏方式-70℃，低温冷冻保藏；其16S rDNA基因序列如SEQ ID NO.1所示。

实施例2模拟污水的制备

模拟污水的制备：模拟污水由表2所示的组分配而成，获得的模拟污水中氨氮含量为84.9mg·L^-1，总氮含量为118.2mg·L^-1，总磷含量为15.8mg·L^-1，COD含量为2236mg·L^-1。

表2模拟污水配方

实施例3副蕈状芽孢杆菌对模拟污水脱氮效果分析

氨氮：以游离态的氨或铵离子等形式存在的氨氮(N)试剂反应生成淡红棕色络合物，该络合物的吸光度与氨氮合量成正比，置于比色池内测量吸光度。

总氮：在125℃的碱性介质条件下，用过硫酸钾作氧化剂，把水中的氨氮，亚硝酸盐和大部分有机氮化合物氧化为硝酸盐。然后在强酸条件下，硝态氮与显色剂反应，生成黄色络合物，在比色池内测定其吸光度。

向模拟污水中按5％接种量加入本申请实施例中分离鉴定的副蕈状芽孢杆菌种子液，在室温下，通气条件下(2～3L/min)处理模拟污水72h。每24h取样，10倍稀释后利用多功能水质分析仪测定其氨氮、总氮含量。

氨氮含量结果如图4所示，用本申请所述的副蕈状芽孢杆菌种子液处理模拟污水后，模拟污水中的氨氮含量在72h内，由84.9mg·L^-1降低至4.3mg·L^-1，降解效率达到95％。

总氮含量结果如图5所示，用本申请所述的副蕈状芽孢杆菌种子液处理模拟污水后，模拟污水中的总氮含量在72h内，由118.2mg·L^-1降低至17.36mg·L^-1，降解效率达到85％。之前也有报道指出用蜡样芽孢杆菌GS-5菌株在单机多层填料床生物反应器中对生活污水的脱氮作用，该反应器对NH⁴⁺-N的去除率达到(87.1-93.1％)，总氮去除率约为75.5％。

上述结果表明，相较于蜡样芽孢杆菌，本申请所述的副蕈状芽孢杆菌具有更优良的氨氮、总氮降解率，有利于去除污水中的氨氮、总氮。

实施例4副蕈状芽孢杆菌对模拟污水脱磷效果分析

总磷：在中性条件下用过硫酸钾(K₂SO₄)使试样消解，将所含磷全部氧化为正磷酸盐。在酸性介质中，正磷酸盐与钼酸铵反应，在锑盐存在下生成磷钼杂多酸后，立即被抗坏血酸还原，生成蓝色的络合物，该络合物的色度与总磷的含量成正比，可用分光光度法的测定。

向模拟污水中按5％接种量加入本申请实施例中分离鉴定的副蕈状芽孢杆菌种子液，在室温下，通气条件下(2～3L/min)处理模拟污水72h。每24h取样10倍稀释，利用多功能水质分析仪测定其总磷含量。

结果如图6所示，用本申请所述的副蕈状芽孢杆菌种子液处理模拟污水后，模拟污水中的总磷含量在72h内，由15.8mg·L^-1降低至0.7mg·L^-1，降解效率达到95％。已有专利CN115786192A指出副蕈状芽孢杆菌(Bacillus paramycoides)GXUN74708不具有降解磷的能力；但是本申请前所述的副蕈状芽孢杆菌能显著降解污水中的总磷含量，降解效率达到95％，表明本申请所述的副蕈状芽孢杆菌具有优良的总磷降解率。

实施例5副蕈状芽孢杆菌对模拟污水去除COD效果分析

COD：试样中加入已知量的重铬酸钾溶液，在强硫酸介质中，以硫酸银作为催化剂，经高温消解后，用分光光度法测定COD值。

向模拟污水中按5％接种量加入本申请实施例中分离鉴定的副蕈状芽孢杆菌种子液，在室温下，通气条件下(2～3L/min)处理模拟污水72h。每24h取样10倍稀释，利用多功能水质分析仪测定其COD含量。

结果如图7所示，用本申请所述的副蕈状芽孢杆菌种子液处理模拟污水后，模拟污水中的COD含量由2236mg·L^-1降低至1548mg·L^-1，去除率达到31％。本申请所述COD去除效果差的原因可能是由于一般污水氮磷等营养元素都能够满足其他微生物需要，且过剩很多，而且有文献提出要高效去除碳(COD)，需要具有脱碳功能的微生物和芽孢杆菌(脱氮)共同存在，可能是同时对NH³-N和COD具有较高的去除率的原因。

Claims

1.一种副蕈状芽孢杆菌(Bacillus paramycoides)IMPWW-002，所述副蕈状芽孢杆菌于2022年9月20日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为：CCTCC NO：M 20221455。

2.如权利要求1所述的副蕈状芽孢杆菌，其特征在于，所述副蕈状芽孢杆菌的16S rDNA序列如SEQ ID NO.1所示。

3.如权利要求1所述的副蕈状芽孢杆菌或其培养液在降解磷，和/或氨，和/或氮，和/或COD元素中的应用。

4.如权利要求1所述的副蕈状芽孢杆菌或其培养液在制备降解磷，和/或氨，和/或氮，和/或COD的试剂中的应用。

5.如权利要求1所述的副蕈状芽孢杆菌或其培养液在污水处理中的应用。

6.如权利要求1所述的副蕈状芽孢杆菌或其培养液在制备污水处理剂中的应用。

7.一种污水处理方法，其特征在于，所述方法为：将权利要求1所述的副蕈状芽孢杆菌或其培养液接种到污水中处理即可。