CN116790439A - 一株贝莱斯芽孢杆菌及其在降解废水cod的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一株贝莱斯芽孢杆菌及其在降解废水COD的应用，属于生物降解技术领域。所述贝莱斯芽孢杆菌能够适应PTA废水和农业养殖废水的环境，且生长繁殖良好，并对废水中的COD成分有很好的降解清除作用，对PTA废水中COD的降解率可达到50.50％，对农业养殖废水中COD的降解率可达到96.55％。本发明的菌株能够有效降解废水中的COD，有利于生态环境的可持续发展。
Description
技术领域
本发明涉及一株贝莱斯芽孢杆菌及其在降解废水COD的应用，属于生物降解技术领域。
背景技术
PTA废水是一种高浓度和难以降解的有机污染物废水。由于当今工业生产规模很大，其废水排放量也相应很大，如果不能有效处理会对生态环境和人体健康造成极大的危害。PTA废水主要包括二苯甲酸、对苯二甲酸、各类酚以及其他多种有机物。此类废水有以下特点，高COD浓度：尽管不同工业生产厂家的情况各异，但全球大多数工厂的PTA废水COD浓度都在1万-5.5万mg/L，甚至超过了10万mg/L；低pH值：此类废水中含有大量酸性化合物，如苯甲醛和二苯甲酸，因此其pH值普遍较低，多在3-5之间。目前，处理PTA废水的方法包括物理化学法、生物处理法等。常用的物理化学方法包括化学氧化、吸附、膜分离和电化学处理等。而生物处理法则可以通过微生物降解把难以降解的有机物转化为无害物质。
农业养殖废水的主要特征是有机物浓度高、悬浮物多、色度深，并含有大量的细菌，因含有大量动物的粪便而使COD浓度很高。废水中的固体残渣主要为有机物质，此类废水往往需要有效固液分离，否则会给后续处理带来困难，增加处理负荷，影响处理效果。目前被采用比较普遍的养殖废水处理技术物理法和生物法，物理法采用过滤、离心、沉淀等固液分离技术进行处理，常用的设备有格栅、沉淀池、筛网等；生物法如活性污泥法、生物接触氧化法、SBR、A/O及氧化沟等，处理工艺复杂。
利用微生物降解的方法处理PTA废水和农业养殖废水具有效果好、环保可持续、操作简单等优点。但是，尚没有能够同时降解PTA废水和农业养殖废水中COD的芽孢杆菌。
发明内容
[技术问题]目前在降解废水的领域，采用生物法降解仍存在成本高，降解效率偏低，无法广泛应用于工业生产的问题。
[技术方案]鉴于当前所存在的问题，本发明从常州污水处理厂的污泥中提取了一株贝莱斯芽孢杆菌，该菌株可用于降解PTA废水和农业养殖废水中的COD，为处理废水提供一种有效的生物处理法。
本发明提供了一株内生芽孢杆菌，已于2022年09月26日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC No：25800，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
本发明还提供含有所述贝莱斯芽孢杆菌的微生物制剂。
在一种实施方式中，所述微生物制剂中含有内生芽孢杆菌活菌数≥2×109CFU/mL。
在一种实施方式中，所述微生物制剂还含有冻干保护剂。
本发明还提供一种制备所述微生物制剂的方法，将所述贝莱斯芽孢杆菌在培养基中发酵。
在一种实施方式中，所述发酵在pH 1.0-7.0，0-180r/min，20-60℃，发酵至少22h。
本发明还提供所述贝莱斯芽孢杆菌或所述的微生物制剂在降解废水COD中的应用，所述废水包括PTA废水和农业养殖废水。
本发明还提供一种降解PTA废水中COD的方法，将所述的贝莱斯芽孢杆菌或所述的微生物制剂加入废水中，所述废水包括PTA废水和农业养殖废水。
在一种实施方式中，所述PTA废水的COD值＝2798.5mg/L，所述农业养殖废水的COD值＝265.5～389.2mg/L。
在一种实施方式中，将菌液以(4×108～2×109)CFU/mL的终浓度加入至废水中，在pH1.0-7.0，0-180r/min，20-60℃，降解至少6h。
本发明还提供所述的贝莱斯芽孢杆菌，或所述的微生物制剂，或制备所述微生物制剂的方法在制备污水处理剂中的应用。
有益效果
本发明从常州污水处理厂的污泥中分离得到一株，所述Bacillus velezensis可以在pH3.0-7.0的酸性条件下正常生长，并能有效降解PTA废水和农业养殖废水中的COD。将所述贝莱斯芽孢杆菌用于降解PTA废水中的COD时，对2798.5mg/L COD含量的废水，降解72h，COD降解率达到50.50％；用于降解农业养殖废水中的COD时，对265.5mg/L COD含量的废水，降解48h，COD降解率达到96.55％，对389.2mg/L COD含量的废水，降解24h，COD降解率达到81.37％。
生物材料保藏
一株贝莱斯芽孢杆菌，分类学命名为贝莱斯芽孢杆菌Bacillus velezensis，已于2022年9日26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，保藏编号为CGMCCNo.25800，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
附图说明
图1为贝莱斯芽孢杆菌Bacillus velezensis菌落形态及细胞形态图；A为菌落形态，B为细胞形态图。
图2为贝莱斯芽孢杆菌处理高浓度COD废水变化图。
具体实施方式
本发明的一些实施方式中涉及的培养基如下：
LB液体培养基：酵母粉5g·L-1、胰蛋白胨10g·L-1、氯化钠10g·L-1、1000mL蒸馏水。
LB固体培养基：酵母粉5g·L-1、胰蛋白胨10g·L-1、氯化钠10g·L-1、1000mL蒸馏水，琼脂20g。
LB液体培养基和LB固体培养基的pH调节：根据需要，用5mol/L氢氧化钠溶液和0.1mol/L盐酸溶液调节LB液体培养基或LB固体培养基的pH至1、3、5、6、7。
本发明的一些实施方式中废水COD降解率计算：
计算废水COD的降解率：
废水COD降解率＝(COD入口处总量-COD出口处总量)/COD入口处总量
利用多参数水质测定仪，测定废水COD含量。
技术术语：
污泥：术语“污泥”取自常州污水处理厂，密度为0.027g·mL-1，pH为7.66。
PTA废水：来自于常州污水处理厂的PTA废水，该废水中含有大量的有机和无机污染物，如二苯甲酸、对苯二甲酸、各类酚以及其他多种有机物等，pH 3.5，具有成分复杂、酸性强、盐度高、色度大并且含有毒有害物质等特点。
农业养殖废水：来自于常州污水处理厂的农业养殖废水，该废水有机物浓度高、悬浮物多、色度深，并含有大量的细菌等，pH 4.0。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：菌株的筛选
(1)取从常州污水处理厂取得的密度为0.027g·mL-1的污泥10mL放入90mL的LB液体培养基，于140～180rpm、30～35℃环境中培养4～6d；
(2)取步骤(1)中的菌液以体积比5～10％的接种量接种至新100mL LB液体培养基中于140～180rpm、30～35℃环境中培养4～6d；
(3)取步骤(2)中的菌液以体积比5～10％的接种量接种至新100mL LB液体培养基中于140～180rpm、30～35℃环境中培养4～6d；
(4)取步骤(3)中的菌液5μL加入到灭过菌的LB液体培养基中，在140～180rpm、30～40℃下的摇床中培养4～6d后，用枪头吸取100μL液体，涂布于LB固体培养基上；
(5)将涂布有菌液的LB固体培养基放在37℃的培养箱中培养1～2d，观察菌落的形态，在每个菌落上挑取少量菌种分别接种于LB液体培养基中，培养4～6d后，将菌液涂布于性LB固体培养基上；
(6)将步骤(5)重复多次，直至每个LB固体培养基中都获得单一的菌种；
(7)从长出单一菌种的培养基中挑取单菌种接种新100mLLB液体培养基中于140～180rpm、30～35℃环境中培养4～6d，测量菌液的OD600值达到0.8得到所需菌液。
实施例2：菌株的鉴定
(1)菌种保藏：斜面保藏，于2022年9日26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，保藏编号为CGMCC No.25800，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
(2)菌种鉴定：菌株由生工生物工程(上海)股份有限公司经16s RNA鉴定为贝莱斯芽孢杆菌Bacillus velezensis。
实施例3：菌株在不同pH下培养及pH耐受性
(1)将实施例1获得的菌株以2％的体积比接种量接种至100mL的LB液体培养基中，在30℃、100r/min的条件下培养，分别在初始pH为1.0、3.0、4.0、5.0和7.0的酸性LB液体培养基中，连续震荡培养48h；
(2)间隔6h测量不同初始pH培养基中的OD600值。
如表3所示Bacillus velezensis菌在初始pH为7的条件下较早进入生长对数期，因此其较适宜的初始pH为7。且贝莱斯芽孢杆菌的pH的耐受性范围在3.0-7.0。
表1Bacillus velezensis菌在不同初始pH下的OD600值
实施例4：菌株在不同转速下培养
(1)将实施例1获得的菌株以2％的体积比接种量接种至100mL的LB液体培养基中，在30℃、pH为7的条件下培养，分别在摇床转速为0r/min、100r/min、140r/min、180r/min的LB液体培养基中，连续震荡培养48h。
(2)间隔6h测量不同摇床转速培养基中的OD600值。
如表2所示Bacillus velezensis菌在转速为140r/min的条件下更早进入微生物生长对数期，因此其最适摇床转速为140r/min，在转速100～180r/min下，菌株可以正常生长。
表2Bacillus velezensis菌在不同转速下的OD600值
实施例5：菌株在不同温度下培养及温度耐受性
(1)将实施例1获得的菌株以体积比2％的接种量接种至100mL的LB液体培养基中，在pH为7、转速为140r/min的条件下培养，分别在温度为20℃、30℃、40℃、50℃和60℃的LB液体培养基中，连续震荡培养48h。
(2)间隔6h测量不同温度培养基中的OD600值。
如表3所示Bacillus velezensis菌在30℃的温度下较早进入生长对数期，因此相比较而言其适宜的温度范围为30℃。且贝莱斯芽孢杆菌的温度耐受性范围在20℃-50℃。
表3Bacillus velezensis菌在不同温度下的OD600值
实施例6：菌株降解PTA废水的应用
(1)菌株培养：将实施例1获得的Bacillus velezensis菌以体积比2％的接种量分别接种至100mL LB液体培养基中，在30℃、pH为7、转速为140r/min的条件下震荡培养，培养48h后使得培养基中菌液浓度达到OD600为1.0左右，2×109CFU/mL；
(2)废水处理：取步骤(1)培养48h后的贝莱斯芽孢杆菌，分别将菌液以4×108CFU/mL、8×108CFU/mL、1.2×109CFU/mL、1.6×109CFU/mL、2×109CFU/mL的终浓度加入至100ml废水中，在温度30℃、转速140r/min条件下处理6-72h，每隔12h检测废水中残留的COD含量，计算菌株对PTA废水的COD降解率。此时处理COD的反应参数为菌株最佳生长条件。废水入口处COD总量为2798.5mg/L。
(3)结果测定：测定污水前后COD含量的变化，计算降解率，选择出最佳降解效果下菌液的浓度。
由表4和图2可知，步骤(1)制备的Bacillus velezensis菌的投加量为2×109CFU/mL时，降解PTA废水的效率可达到最大，为50.50％。
表4Bacillus velezensis菌处理高浓度COD废水(废水入口处总量为2798.5mg/L)
实施例7：菌株降解农业养殖废水的应用
具体实施方式如实施例6，区别在于，将PTA废水替换为农业养殖废水，所述农业养殖废水入口处的COD总量分别为265.5mg/L和389.2mg/L。
由表5可知，步骤(1)制备的Bacillus velezensis菌的投加量为1.6×109CFU/mL时，降解废水入口处COD总量为265.5mg/L的农业养殖废水的效率可达到最大，降解48h，可以使COD降解率达到96.55％。
表5Bacillus velezensis菌处理农业养殖废水(废水入口处COD总量为265.5mg/L)
由表6可知，步骤(1)制备的Bacillus velezensis菌的投加量为2×109CFU/mL时，降解废水入口处COD总量为389.2mg/L的农业养殖废水的效率可达到最大，降解24h，可以使COD降解率达到81.37％。
表6Bacillus velezensis菌处理农业养殖废水(废水入口处COD总量为389.2mg/L)
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一株贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)，其特征在于，所述贝莱斯芽孢杆菌已于2022年09月26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，保藏编号为CGMCC No.25800。
2.含权利要求1所述贝莱斯芽孢杆菌的微生物制剂。
3.根据权利要求2所述微生物制剂，其特征在于，所述微生物制剂中含有贝莱斯芽孢杆菌活菌数≥2×109CFU/ml。
4.根据权利要求3所述微生物制剂，其特征在于，所述微生物制剂还含有冻干保护剂。
5.制备权利要求2～4任一所述微生物制剂的方法，其特征在于，将权利要求1所述贝莱斯芽孢杆菌在培养基中发酵。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，在pH 3.0-7.0，100-140r/min，20-50℃，发酵至少22h。
7.权利要求1所述贝莱斯芽孢杆菌或权利要求2～4任一所述的微生物制剂在降解废水COD中的应用，其特征在于，所述废水包括PTA废水和农业养殖废水。
8.一种降解废水中COD的方法，其特征在于，将权利要求1所述的贝莱斯芽孢杆菌或权利要求2～4任一所述的微生物制剂加入废水中，所述废水包括PTA废水和农业养殖废水。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，将菌体以(4×108～2×109)CFU/mL的终浓度加入废水中，在pH 3.0-7.0，100-140r/min，20-50℃，降解至少6h。
10.权利要求1所述的贝莱斯芽孢杆菌，或权利要求2～4任一所述的微生物制剂，或权利要求5或6所述方法在制备污水处理剂中的应用。
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