申请日2006.10.13
公开(公告)日2008.02.27
IPC分类号C12N1/20; C02F3/34; C02F3/02
摘要
本发明涉及一株具有好氧反硝化性能的草螺菌(Herbaspirillum huttiense)WXZ-14CGMCC No.1799菌株及其应用于废水脱氮处理的方法。该菌株对溶解氧的耐受程度强，在10～98%饱和溶解氧条件下，均能以显著的速度还原硝酸盐和亚硝酸盐，将其接种于活性污泥中富集培养后，可实现好氧反硝化作用。
权利要求书
1.具有好氧反硝化性能的草螺菌及其处理废水的方法，其特征是选用草螺菌 (Herbaspirillum huttiense)WXZ-14 CGMCC No.1799菌株进行各种含氮废水的好氧反 硝化脱氮废水处理。
2.根据权利要求1所述的草螺菌WXZ-14 CGMCC No.1799，其特征是16SrRNA具有如 序列表所示的核苷酸序列，序列长度为1370bp，在Genbank中的登录号为DQ356897。
3.根据权利要求1所述的草螺菌WXZ-14 CGMCC No.1799菌株，其特征是：(1)菌落特 征：在BTB平板上培养2～3天后，菌落大小为1～2mm，菌落成圆形，光泽度很好，蓝 色，中心有突起。(2)细胞形态特征：适宜于pH中性左右，常温下培养，细胞为杆状， 革兰氏染色阴性。
4.根据权利要求1所述的草螺菌WXZ-14 CGMCC No.1799，其特征是该菌株的生长细 胞、细胞悬浮液能以硝酸盐为唯一氮源和能源生长，可在好氧条件下还原硝酸盐为亚 硝酸盐，并能够继续在好氧条件下还原亚硝酸盐为气体产物，使废水中含氮化合物降 低，达到脱氮的目的。
5.根据权利要求4所述的生长条件，其特征包括：在硝酸盐废水中生长，在好氧条件下 利用硝酸盐作为电子受体进行反硝化脱氮作用;也可以在如牛肉蛋白胨、营养琼脂等 以营养培养基为碳源、氮源中生长。
6.根据权利要求1所述的草螺菌WXZ-14 CGMCC No.1799，其特征是该菌株有较广泛 的适应性，对溶解氧的耐受程度强，在10～98%饱和溶解氧条件下，在硝基氮浓度25～ 250mg/L，碳氮比为2～30，pH5.0～8.0的条件下均能进行有效的好氧脱氮作用。
7.根据权利要求1，5，6所述的草螺菌WXZ-14 CGMCC No.1799，其特征是在有氧条 件下具有广泛适应的反硝化作用特性，可以将其接种于常规好氧硝化污泥中，即可实 现含氮废水的同步硝化反硝化作用。
说明书
具有好氧反硝化性能的草螺菌及其处理废水的方法
技术领域
本发明涉及一种采用草螺菌(Herbaspirillum huttiense)WXZ-14CGMCC No.1799 菌株在好氧条件下进行生物脱氮处理废水的方法。该菌株对溶解氧的耐受程度强，在 10～98%饱和溶解氧条件下，能利用硝酸盐和亚硝酸盐作为电子受体。污水中的硝酸盐 和亚硝酸盐可以在好氧环境下被还原为气体产物而使废水脱氮。
背景技术
在目前已应用的多种脱氮方法中，生物脱氮仍然是废水脱氮处理中的主要手段。 传统的废水生物脱氮处理工艺是：污水中的有机氮化合物在生化过程中首先转化为氨 氮，氨氮在硝化过程中由自养硝化菌将其转化为硝酸盐和亚硝酸盐;在反硝化过程中 再由异养反硝化菌将硝酸盐和亚硝酸盐还原转化为气体产物而使废水脱氮。硝化是反 硝化过程的前提，但反硝化过程真正达到废水中的含氮化合物脱除的目的。由于硝化 菌有强烈的好氧性，硝化过程必须是好氧的;而传统反硝化菌在有氧条件下即以氧作 为电子受体，进行有氧呼吸，只有无氧状态时才以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体， 获取合成细胞体的能量，因此传统反硝化菌仅能在缺氧环境下才能进行反硝化。根据 传统生物脱氮理论而发展起来的生物脱氮工艺通常将硝化和反硝化分别在好氧区与缺 氧或无氧区进行，形成分级硝化反硝化工艺，因而必须分别建造硝化池和反硝池，这 样就使得分级式硝化反硝化工艺存在很多不足之处，诸如由于分别建造硝化池和反硝 化池，使得建造工艺流程较长、基建投资高，需要向反硝化池补充碳源等。
发明专利“一种好氧生物脱氮方法”，ZL 2003101213740，该专利是一种涉及 对污水中的含氮化合物通过活性污泥中的微生物在同一反应器内同时进行好氧硝化反 硝化的脱氮处理的发明专利，但该专利未涉及活性污泥中微生物的种类。 Herbaspirillum由Baldani等人于1986年发现，是目前发现植物内生菌具有共生固氮 作用的最普遍菌属之一，其好氧反硝化性能迄今还未曾有过报道。目前国内外的许多 研究报道都已证实，好氧反硝化作用是常规存在的而不是偶然的。事实上，从运河、 池塘、土壤和活性污泥中分离出好氧反硝化菌是很有可能的。这些分离出来的菌种属 于Proteobacteria门α，β，γ纲的不同的菌属(如Paracoccus，Thiobacillus，Enterobacter， Comamonas，Sphingomonas等)。此外，Lukow从垃圾渗滤液的硝化工段中分离出一 株菌TL1，该菌可以同时利用降解氧和硝酸盐，经鉴定该菌属于Zoogloea。Naokia筛 得两株反硝化菌，分别为Pseudomonas stutzeri TR2和Pseudomonas sp.K50。H.K. Huang从硝化反硝化污泥中分离出好氧反硝化菌Citrobacter diversus。国内张光亚从土 壤中分离出一株好氧反硝化菌HN，经鉴定为Rhodococcus sp.，于爱茸从池塘中分离 出一株耐氧反硝化，经鉴定属于Bacillus。
发明内容
本专利涉及的草螺菌(Herbaspirillum huttiense)WXZ-14CGMCC No.1799菌株能 在仅以硝酸盐为氮源和能源的条件下生长。该菌株对溶解氧的耐受程度强，在10～98% 饱和溶解氧条件下，均能以显著的速度还原硝酸盐和亚硝酸盐，使反硝化能在好氧条 件下进行，是一株新发现的好氧反硝化菌。该菌株在有氧条件下进行反硝化作用的特 性，可以将其接种于常规好氧硝化污泥中，即可实现含氮废水的同步硝化反硝化作用， 可以解决传统废水处理中生物脱氮需要采取缺氧反硝化、好氧硝化分段处理的问题。 前面已经介绍废水中氨氮经硝化过程均转变为硝酸盐或亚硝酸盐，因此本发明适用于 各种含氮废水的脱氮处理。
本发明的目的在于筛选具有天然生长优势的高效好氧反硝化菌株，并进行菌株测 序鉴别比对。将筛选得到的菌株，接种于含不同浓度硝酸盐的废水中，并通过不同反 应条件试验(溶解氧，碳氮比，pH值等)，证实菌株有较广泛的适应性。菌株的脱氮 能力受碳氮比的影响最大，且碳氮比越高，菌株的脱氮能力越强，因而虽然本发明在 碳氮比2～10条件下进行实验，在碳氮比为2～30时，菌株仍然有较强的脱氮能力。对 溶解氧的耐受程度强，在10～98%饱和溶解氧条件下，在硝基氮浓度25～250mg/L，碳 氮比为2～30，pH5.0～8.0的条件下均能进行有效的好氧脱氮作用。具体地讲，本发 明涉及一株草螺菌(Herbaspirillum huttiense)WXZ-14CGMCC No.1799，该菌株的生 长细胞、细胞悬浮液菌能以硝酸盐为唯一氮源和能源生长，可在好氧条件下还原硝酸 盐为亚硝酸盐，并能够继续在好氧条件下还原亚硝酸盐为气体产物，使废水中氮化合 物降低，达到脱氮的目的。
本发明提供的草螺菌(Herbaspirillum huttiense)WXZ-14CGMCC No.1799，于2006 年9月7日，在北京保藏于“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.1799。
该菌株具有以下特征：(1)菌落特征：在BTB平板上培养2～3天后，菌落大小为 1～2mm，菌落成圆形，光泽度很好，蓝色，中心有突起。(2)细胞形态特征：适宜于 pH中性左右，常温下培养，细胞为杆状，革兰氏染色阴性。(3)草螺菌(Herbaspirillum huttiense)WXZ-14CGMCC No.1799的16SrRNA基因序列特征：其16SrRNA具有序 列表所示的核苷酸序列，序列长度为1370bp，在Genbank中的登录号为DQ356897。
参照《伯杰细菌鉴定手册》(第八版)的内容，根据其形态特征和生理生化特征， 以及根据其16SrRNA基因序列在Genbank中的检索结果，鉴定该菌株(CGMCC No.1799)为草螺菌(Herbaspirillum huttiense)。
该菌株接种于含不同浓度硝酸盐的废水中，选择不同条件如溶解氧，碳氮比，pH 值等在不同实验范围内下进行实验，并测定其最大反硝化能力。实验结果表明，该菌 株在碳氮比=2～10，以氮元素含量表示的硝酸盐废水浓度在50～200mg/L，反应转速 60～160rpm，相当于溶解氧浓度1.8～7.2mg/L(24～95%饱和溶解氧)，pH=6.5～7.5 的实验范围内，其硝基氮最大去除速率可达到52.1mg NO3 --N/L·d，最大4天硝基氮 还原率达到62.9%，最大4天总氮去除率达到60.2%。
本发明提供的草螺菌(Herbaspirillum huttiense)WXZ-14CGMCC No.1799菌株 能在硝酸盐废水中生长，在好氧条件下降解利用硝酸盐，并进行反硝化脱氮作用;也 可以在如牛肉蛋白胨、营养琼脂等以营养培养基为碳源、氮源中生长。
