申请日2011.02.24
公开(公告)日2011.08.31
IPC分类号C12N1/20; C12R1/01; C02F3/34
摘要
本发明属于环境工程、生物工程技术领域。具体涉及鞘氨醇单胞菌属菌株及其对含氮工业废水、生活污水的短程硝化-反硝化脱氮以及在受污染水源水中的处理应用。本发明涉及的鞘氨醇单胞菌菌株，分离自我国太湖水体，为本土菌种，生物安全性高;该菌株可以以CO2为碳源及能量或者以CO2和有机物为混合碳源和能量、氨氮或硝态氮为氮源的基础培养基中生长。其菌液、休眠细胞以及固定化菌株均可以将氨氮分解为亚硝酸盐氮，同时可以将氨氮转化为氮气，既能够作为脱氮微生物将氨氮转化为亚硝酸盐氮，又能够将氨氮转化为氮气，实现短程硝化-反硝化，对氨氮的降解速度快，适用于含氮工业废水、含氮生活污水以及受污染水源水处理。
权利要求书
1.一种鞘氨醇单胞菌属菌株，其特征在于鞘氨醇单胞菌属菌株为Sphingomonas sp. LZW3，其细菌学形态特征为革兰氏阴性杆菌，尺寸为0.5～1.0 × 1～3 μm，无鞭毛，好氧或厌氧，接触酶阳性，氧化酶阳性，以CO2为碳源及能量或者以CO2和有机物为混合碳源和能量、氨氮或硝态氮为氮源的基础培养基中生长，该菌株于2011 年1月30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CGMCC No . 4589。
2.根据权利要求1 所述的鞘氨醇单胞菌属菌株筛选方法，其特征在于该菌株是从太湖水体的水生植物根区、太湖水体敞水区以及太湖沉积物中采集、分离得到;该菌株在pH 值6.5~8.5 培养基介质中培养，适合的生长温度为25~35 ℃。
3.根据权利要求1 所述的鞘氨醇单胞菌属菌株，其特征为该菌株是游离生物菌制剂或固定化菌株。
4.根据权利要求3 所述的鞘氨醇单胞菌属菌株在水处理中的应用。
5.根据权利要求3所述的鞘氨醇单胞菌属菌株在废水生物脱氮的短程硝化-反硝化中的应用。
6.根据权利要求3所述的鞘氨醇单胞菌属菌株在受污染水源水净化中的应用。
说明书
鞘氨醇单胞菌属菌株及其在水处理中的应用
技术领域
本发明属于环境工程、生物工程技术领域。具体涉及鞘氨醇单胞菌属菌株及其对含氮工业废水、生活污水的短程硝化-反硝化脱氮以及在受污染水源水中处理应用。
背景技术
近年来，随着工农业生产的快速发展和社会的进步，排入水体的污染物大量增加，其中含氮废水的排放也急剧增加，导致我国主要河流、五大淡水湖及近海水体富营养化，藻类水华频繁暴发。进入水体的氨氮被氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，消耗大量氧气，降低了水体质量，严重危害着水生生态系统安全。同时，超标的亚硝酸盐和硝酸盐也严重威胁着人类健康。面对越来越严重的水体氮污染状况，加强和深化废水脱氮技术的研究，尤其是筛选高效脱氮微生物、开发新型脱氮技术具有实际意义和价值。目前，纯种高效脱氮微生物的筛选，因其脱氮速率快，脱氮效果好，能从生物地球化学循环的途径进行脱氮，并且对COD具有一定的去除效果越来越受到研究者的关注和重视。而对于具有革新脱氮工艺、生态安全性的微生物菌种的筛选更具有重要意义。
加强生物脱氮技术方向主要有两个方面：首先，开发新的工艺技术、优化反应器;其次，筛选高效脱氮微生物。改进的成果主要有：1)开发出了亚硝酸盐型硝化反硝化技术(SHARON工艺、OLAND工艺)、同时硝化反硝化技术、厌氧氨氧化技术(SHARON-ANOMMOX工艺、CANON工艺、OLAND工艺)、好氧脱氨技术。其中，短程脱氮技术因其具有显著的优点受到了研究者的重视，短程脱氮是在脱氮过程中仅将氨氮氧化成亚硝酸盐，然后进行短程反硝化，相比于全程脱氮需要将氨氮及亚硝酸盐氧化，产物是硝酸盐，这一过程大大节约了碳源、能耗以及基建和运行费用、减少反应容积。由于其具有上述各种优点，短程硝化技术已成为生物脱氮领域研究的热点之一。2)筛选出可应用于环境治理的各种微生物菌种;目前，国内外在微生物应用于环境治理方面进行了广泛研究，分离出各种微生物菌种，取得了较好的效果，主要集中于鞘氨醇单胞菌对难降解有机物降解、养殖废水中和土壤中的应用(如李华等， 2010年，化工环保，固定化Acinetobacter sp. XA05和Sphingomonas sp. FG03降解苯酚;黄海东等，2010，天津农学院学报，菌株 N3和 TP-3 的分类鉴定及保水效果研究;何丽媛，2010，环境科学学报，混合菌对原油的降解及其降解性能的研究)，申请了部分国家发明专利(鞘氨醇单胞菌属菌株及其在葱醒染料废水脱色中的应用，发明专利号：ZL 200410020832.6;少动鞘氨醇单胞菌在鳗鲡养殖中的应用，专利申请号：200510083414 . 6;红树植物根际促生固氮菌(DZY-N56 )及其应用，专利申请号：200810028955. 2;减少亚硝胺类的微生物和用其减少亚硝胺类的方法;专利号：ZL 03810579. 9)。
迄今为止，虽然筛选出多种环境治理微生物菌种，但其应用却主要集中在有机废水尤其是含难降解有机物废水的处理方面。而在废水脱氮新技术-短程脱氮方面，主要通过亚硝化控制技术——控制温度、DO、pH值、游离氨浓度(FA)等条件筛选出氨氧化细菌，淘汰亚硝酸盐氧化细菌，实现亚硝酸盐积累。但这些方法同时也存在控制条件苛刻和容易向全程硝化转化的缺点，从而局限了其应用。而通过采用微生物技术筛选出的短程高效脱氮微生物较少(水生丛毛单胞菌属菌株及其在废水生物脱氮中的应用，发明专利号：ZL200810020649.4)，因此，筛选高效脱氮效果、具有生态安全性的微生物菌种具有重要意义。
发明内容
本发明需要解决的问题是为含氮废水的生物处理提供高效的短程硝化-反硝化菌制剂，强化含氮废水的脱氮处理，从自然界中分离出的一株鞘氨醇单胞菌属菌，分离自我国太湖水体，为本土菌种，生物安全性高，能够以CO2为碳源及能量或者以CO2和有机物为混合碳源和能量、氨氮或硝态氮为氮源生长，通过将氨氮转化为亚硝酸盐氮，再将亚硝酸盐氮转化为氮气实现短程硝化-反硝化，对含氮废水具有高效的脱氮作用。在含氮废水脱氮中具有广泛的应用前景。
本发明的技术解决方案是，本发明提供的鞘氨醇单胞菌Sphingomonas sp. LZW3，于2011年1月30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CGMCC No . 4589。
该鞘氨醇单胞菌属菌株是从太湖水体水生植物根区、太湖水体敞水区以及太湖沉积物中采集、分离得到。
具体筛选步骤如下：
用预先灭菌的分层水样采集器，采集太湖沉积物界面以上不同深度的水样0.25L，分装于预先灭菌的棕色玻璃瓶;用预先灭菌的彼得森采泥器(1/16m2)采集太湖表层沉积物(厚度约为10cm)，放入已灭菌的不锈钢容器中;用预先灭菌的针管(15cm×1.5cm)采集太湖水生植物根区水样，装于预先灭菌的棕色玻璃瓶，上述样品取样后立即封口，作为菌源进行分离，富集培养。在无菌条件下，将水样加到氨氧化细菌富集培养基中 (氨氧化细菌培养基成分为(NH4)2SO4 0.2g，K2HPO4 0.1g，MgSO4 0.05g，NaCl 0.2g，FeSO4 0.04g，CaCO3 0.5g，H2O 100ml，pH值7.2，其中培养基在121℃湿热灭菌20min后使用)，置于摇床上在28℃条件下培养48h。 然后再转到氨氧化细菌的固体培养基中，固体培养基成分为(NH4)2SO4 0.2g，K2HPO4 0.1g，MgSO4 0.05g，NaCl 0.2g，FeSO4 0.04g，CaCO3 0.5g，琼脂2g，H2O 100ml，pH值7.2，将扩培后的菌种进行平板划线初步分离，平板在28℃培养48h。根据平板上长出的单个微生物，选择其中长势较好的进行再次富集培养。最后在固体培养基上反复进行平板划线分离，分离出一株对氨氮和亚硝酸盐氮具有高效降解能力的鞘氨醇单胞菌属菌株。
该鞘氨醇单胞菌属菌株在pH 值6.5~8.5 培养基介质中培养，适合的生长温度为25~35 ℃ ;其细菌学形态特征为：革兰氏阴性杆菌，尺寸为0.5～1.0×1～3 μm，无鞭毛，好氧或厌氧，接触酶阳性，氧化酶阳性，以CO2为碳源及能量或者以CO2和有机物为混合碳源和能量、氨氮或硝态氮为氮源生长。
该菌在固体培养基上28℃ 培养15～20 天，菌落小，呈圆形，边缘光滑，表面光滑，菌体呈现淡黄色，极易挑起。
依据该菌株形态学以及分子生物学分析，可鉴定其为鞘氨醇单胞菌属的菌株。用PCR 仪(GeneAmp , PCR system 9700 )进行扩增反应。扩增反应体积为：10×Taq聚合酶反应缓冲液5μL，dNTP(20mmol/L)5μL，5'端和3'端引物(25pmol/μL)各2μL，Mg2+(25mmol/L)6 μL，菌体DNA(约50ng/μL)1μL，Taq DNA聚合酶(5U/μL)0.5μL，H2O28.5μL，总体积50μL。反应条件为：首轮循环94℃变形2min;在接94℃30s，50℃30s，72℃1min，30个循环;最后72℃延伸10min。1.5%的琼脂糖凝胶，EB染色后紫外检测。通过Blast 程序进行同源性比较，表明该菌株与Sphingomonas sp. 相似度高达99%以上、可重复性99%。
本发明的鞘氨醇单胞菌属菌株对氨氮的降解能力极强，经该菌株作用后，氨氮在可见光区最大吸收峰(412nm)消失，从而降低废水中的氨氮浓度。
该鞘氨醇单胞菌属菌株通过将亚硝酸盐氮转化为氮气，使得亚硝酸盐氮在可见光区最大吸收峰(540nm)消失，从而降低废水中的亚硝酸盐氮。
该鞘氨醇单胞菌属菌株既可在富营养培养基中生长，也可在以CO2为碳源及能量或者以CO2和有机物为混合碳源和能量、氨氮或硝态氮为氮源的基础培养基中生长。
本发明的鞘氨醇单胞菌属菌株，可以用新鲜培养的生长期菌种或是固定化菌株对氨氮进行降解处理。
本发明的鞘氨醇单胞菌属菌株，可以用新鲜培养的生长期菌种或是固定化菌株先将氨氮转化为亚硝酸盐氮，然后将亚硝酸盐氮转化为氮气，通过短程硝化-反硝化作用对含氮废水进行高效降解处理。
本发明所达到的有益效果是：本发明提供的鞘氨醇单胞菌属菌株,分离自我国太湖水体，为本土菌种，生物安全性高，能够以C02为碳源和能量或者以CO2和有机物为混合碳源和能量、氨氮或者硝态氮为氮源生长，对氨氮和亚硝酸盐具有较强的转化能力，降解速度快，降解率高达90%以上。该菌株可作为游离生物菌制剂或固定化菌株，投加到现有的废水处理系统中，对含氮废水进行短程硝化-反硝化处理，提高原处理系统的反应效率，降低能耗，缩短反应时间，增强原处理系统的处理能力和效率，在工业水、生活污水处理以及受污染水源水净化中具有广阔的应用潜力。
