CN107699513B - 一种黑臭水体降解菌及其应用 - Google Patents

一种黑臭水体降解菌及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种黑臭水体专用降解菌株及其在治理黑臭水体中的应用，所述菌株为巨大芽孢杆菌，保藏编号CGMCC No.13543，所述菌株降低黑臭水体的COD、降解黑臭水体中的氨氮和/或去除磷酸盐。本发明提供的黑臭水体专用降解菌株，对黑臭水体中的污染物具有强专一性，能够高效利用黑臭水体中的有机物和氨氮，黑臭水体的COD能够降低90％以上，同时具备良好磷去除能力，能够大幅提高黑臭水体水质净化效率。

Description

一种黑臭水体降解菌及其应用
技术领域
本发明属于微生物领域，具体涉及一种黑臭水体专用降解菌及其应用。
背景技术
黑臭水体是呈现令人不悦的颜色(黑色及泛黑色)和(或)散发出令人不适气味(臭或恶臭)的水体的总称。近年来，我国大部分城镇河道、封闭与半封闭坑塘水体存在过量纳污情况。过度排放直接导致水体富营养化，水体供耗氧失衡，氨氮、硫化氢、铁、锰硫化物等浓度升高，从而造成水质不断恶化且伴随黑臭现象出现。水体有机物污染是造成水体黑臭的重要影响因素之一。有机物如糖类、氨基酸、蛋白质、油脂、酯类等主要以溶解态、悬浮态存在，这些物质在微生物作用下分解成小分子物质，此过程要消耗大量溶解氧。黑臭水体中主要起到致黑作用的是无机污染物，其中主要致黑成分为易被氧化的FeS和MnS。化学需氧量(COD)反映了水中受还原性物质污染的程度，这些物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等，因此，COD是还原性物质相对含量的一项综合性指标。
黑臭水体治理技术主要包括人工曝气、生态工程修复、生物促生、微生物净化、组合生物和植物净化等技术。其中，利用专用微生物来代谢高浓度污染物是目前国内外治理黑臭水体的主要方法和发展趋势。高效的专用降解菌可在污染严重的水体中通过利用有机物、硫化氢、氨等作为供氢体合成自身的组成物质，增加溶解氧，从而起到净化污水的作用。目前，黑臭水体的专用微生物菌种数量有限、降解效果参差不齐、相关工艺技术有待发展。相关产品中，部分高效专用菌剂需进口，使成本提高，影响了技术服务市场的快速发展。因此，亟待结合我国水体治理具体需求尽快开发黑臭水体专用的微生物菌种和菌剂，以服务市政相关部门与技术市场。
发明内容
为了获得高效运行的新型菌剂处理***，发明人做了大量的工作，针对我国黑臭水体典型特征，根据水体微生物自然分布和代谢规律，从污泥中分离和筛选出高效的水体污染物降解菌株。
因此，本发明提供了一种黑臭水体专用降解菌株，所述菌株为巨大芽孢杆菌，命名为AW0F5，2017年1月10日保藏于北京市朝阳区北辰路1号院3号中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.13543。 AW0F5的16S rDNA序列如SEQ ID NO.1所示。
本发明中上述菌株的筛选步骤为：从天津市纪庄子污水处理厂取污泥，样品采集后立刻置于灭菌容器带回；无菌条件下取5g污泥于LB液体培养基中震荡扩大培养24h；取5mL培养液转接于LB液体培养基中培养24h(重复3次)；取最后一次LB培养液1mL稀释103-108倍，将稀释液涂布于高氏1号固体培养基上；30℃恒温培养，出现菌落后反复划线分离至出现纯单菌落。
本发明还提供了一种扩增前述的黑臭水体专用降解菌株的方法，其使用LB 液体培养基；培养温度为5-55℃，优选为30-40℃；pH为6.8-8.0，优选为7.2-7.8。
本发明还提供了另一种扩增前述的黑臭水体专用降解菌株的方法，其使用高氏1号液体培养基；培养温度为15-45℃，优选为25-40℃；pH为6.8-7.5。
本发明提供了黑臭水体专用降解菌株在治理黑臭水体中的应用。
在本发明的一个具体实施方案中，所述黑臭水体专用降解菌株降低黑臭水体的COD。
在本发明的另一个具体实施方案中，所述黑臭水体专用降解菌株降解黑臭水体中的氨氮和/或去除磷酸盐。
在本发明的另一个具体实施方案中，所述黑臭水体来自河道、坑塘、沟渠。
在本发明的另一个具体实施方案中，黑臭水体的pH为6.5-8.5，优选为 7.5-8.2；黑臭水体的温度为10-40℃，优选为23-30℃；黑臭水体的状态为静置、震荡或曝气，优选为震荡或曝气。
本发明还提供了一种治理黑臭水体的微生物菌剂，其包含前述的黑臭水体专用降解菌。
本发明提供的黑臭水体专用降解菌株，对黑臭水体中的污染物具有强专一性，能够高效利用黑臭水体中的有机物和氨氮，黑臭水体的COD能够降低90％以上，同时具备良好的磷去除能力，能够大幅提高黑臭水体水质净化效率。
具体实施方式
实施例1：菌株的分离、筛选与鉴定
从天津市纪庄子污水处理厂取污泥，样品采集后立刻置于灭菌容器带回；无菌条件下取5g污泥于LB液体培养基中震荡扩大培养24h；取5mL培养液转接于LB液体培养基中培养24h(重复3次)；取最后一次LB培养液1mL 稀释103-108倍，将稀释液涂在LB固体培养基上，37℃恒温培养，出现菌落后反复划线分离至出现纯单菌落。
另一种分离、筛选方式：从天津市纪庄子污水处理厂取污泥，样品采集后立刻置于灭菌容器带回；无菌条件下取5g污泥于LB液体培养基中震荡扩大培养24h；取5mL培养液转接于LB液体培养基中培养24h(重复3次)；取最后一次LB培养液1mL稀释103-108倍，将稀释液涂布于高氏1号固体培养基上；30℃恒温培养，出现菌落后反复划线分离至出现纯单菌落。
挑取10个纯单菌落分别移至LB斜面培养基4℃保存。
将10个菌株分别接种于氨氮富集LB平板培养基(葡萄糖5g，(NH4)2SO4 2g，NaCl2g，FeSO4·7H2O 0.4g，K2HPO41g，MgSO4·7H2O 0.5g，pH 7.2) 上，37℃静置培养3天，其中AW0F5存活。
将10个菌株分别接种于磷富集LB平板培养基上(每1000mL水中，葡萄糖10g，(NH4)2SO40.5g，MgSO4·H2O 0.3g，NaCl0.3g，KCl0.3g， FeSO4·7H2O 0.03g，MnSO4·H2O0.03g，K2HPO40.5g，pH 7.2)，37℃静置培养5天，其中AW0F5存活且出现溶磷圈。
将AW0F5菌株后移至LB斜面培养基4℃保存。
菌株AW0F5革兰氏染色显阳性，使用LB培养基时，菌株存活且生长繁殖的条件为温度温度5-55℃，pH 6.5-8.0。平板培养时菌落呈圆形，表面光滑有略微凸起，边缘规则，颜色为不透明乳白色，单个菌体成杆状。LB培养基培养24小时后菌体长3.0-4.0μm。采用16S通用引物27F和1492R进行16S 菌保守序列PCR扩增，得到rDNA序列进行BLAST同源性比对，发现与至少 15株巨大芽孢杆菌有97％的同源性(由北京六合华大基因科技有限公司测序)，可初步鉴定为巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)。AW0F5的16S rDNA序列如SEQ ID NO.1所示。
SEQIDNO.1：
Figure BSA0000150586550000041
实施例2：氨氮降解
制作氨氮液态培养基：葡萄糖1g，(NH4)2SO40.4g，NaCl2g，FeSO4·7H2O 0.4g，K2HPO41g，MgSO4·7H2O 0.5g，1000mL去离子水，pH 7.2，121℃灭菌20min。
将AW0F5菌种由斜面培养基接至LB液体培养基，30℃下110r/min培养 24小时制成种子液。2000r/min离心7min收集菌体。用3mL无菌水将菌体制成菌悬液，取0.5mL接种于氨氮液态培养基中，设置不接种菌体的空白组，于23℃下110r/min条件下培养。每24小时测定氨氮浓度，计算氨氮降解率。
所述氨氮液态培养基中(NH4)2SO4(在本申请中也称为氨氮)为唯一氮源，其氨氮初始浓度85.5mg/L，经过1天、7天和10天，底物氨氮降解率达到55.2％、63.9％和85.6％。
氨氮降解率计算公式：
Figure BSA0000150586550000051
其中，X为氨氮降解率；M1为实验组氨氮浓度(mg/L)；M2为空白组氨氮浓度(mg/L)；M为初始氨氮浓度(mg/L)。
实施例3：磷的去除
制作氨氮液态培养基：CH3COONa 1g，MgSO4·7H2O 0.082g，FeSO4·7H2O 0.0037g，CaCl20.06g，(NH4)2SO40.2g，牛肉膏0.22g，K2HPO40.057g，pH 7.2，121℃灭菌20min。
将菌种AW0F5由斜面培养基接至LB液体培养基，30℃下110r/min培养 24小时制成种子液。2000r/min离心7min收集菌体。用3mL无菌水将菌体制成菌悬液，取0.5mL接种于氨氮液态培养基中，设置不接种菌体的空白组，于23℃下110r/min条件下培养。每24小时测定磷酸根浓度，计算除磷率。
初始磷酸根浓度测定为23.75mg/L，接种后7天除磷率为57.9％。
除磷率计算公式：
Figure BSA0000150586550000052
其中，Y为除磷率率；N1为实验组磷酸根浓度(mg/L)；N2为空白组磷酸根浓度(mg/L)；N为初始磷酸根浓度(mg/L)。
实施例4：黑臭水体原水降解
本实施例所用的黑臭水体为天津市北辰区青光镇某坑塘的水体；经测定，黑臭水体原水的CODCr是240mg/L；氨氮含量是50mg/L；磷含量是13mg/L。
将菌种AW0F5由斜面培养基接至LB液体培养基，30℃下110r/min培养 24小时制成种子液。离心收集菌体。
用5mL无菌水将菌体制成菌悬液，取1mL加入至黑臭水体原水中，于 23℃下50r/min条件下放置。每24小时测定黑臭水体原水的COD，以及氨氮和总磷浓度，计算COD降低率、氨氮降解率和除磷率，结果如表1所示。
表1处理不同天数后的水体中的各指标含量
COD<sub>Cr</sub>/mg/L 氨氮含量/mg/L 磷含量/mg/L
6h 231.42 49.35 12.28
12h 220.65 48.89 11.65
1天 196.81 47.05 10.58
3天 76.32 39.22 6.21
7天 23.52 24.93 5.10
15天 19.68 2.25 5.50
CODCr是指用重铬酸钾为氧化剂测出的需氧量，是用重铬酸钾法测出COD 的值。
由表1可见，接种后3天、7天和15天COD分别降低了68.2％、90.2％和91.8％；菌株接种后10天和15天氨氮降解率分别为54.4％和95.5％；菌株接种后7天除磷率达到60.8％。
以上对本发明所提供的一种黑臭水体专用降解菌及其应用进行了详细介绍。本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其中心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护。
Figure ISA0000150586560000011
Figure ISA0000150586560000021

Claims (6)

1.一种黑臭水体降解菌株，其特征在于，所述菌株为巨大芽孢杆菌，保藏编号CGMCCNo.13543。
2.一种如权利要求1所述的黑臭水体降解菌株的应用，其特征在于，所述黑臭水体降解菌株用于降低黑臭水体的COD，降解黑臭水体中的氨氮和/或去除磷酸盐，黑臭水体的pH为6.5-8.5；黑臭水体的温度为10-40℃。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述黑臭水体来自河道、坑塘或沟渠。
4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，黑臭水体的状态为静置、震荡或曝气。
5.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，黑臭水体的pH为7.5-8.2，黑臭水体的温度为23-30℃。
6.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，黑臭水体的状态为震荡或曝气。
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