专利名称：一株耐冷动性球菌在低温污水处理中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一株耐冷动性球菌在低温污水处理中的应用，特别涉及耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722在低温污水处理中的应用。
背景技术：
随着我国工、农业的迅速发展，环境污染问题日益成为我国社会发展过程中十分严重和迫切需要解决的问题，它不仅制约了我国的经济发展和人民生活水平的提高，而且严重限制了我国社会的可持续发展，对人民健康产生极大威胁，据中科院初步测算，我国当前由环境污染和生态破坏造成的损失已占到GDP总值的15％，环境问题，已成为吞噬经济成果的恶魔。
环境保护已成为当前国际关系、经济合作中的一个重要问题，也日益严重地影响着我国国民经济的可持续发展。在我国过去几十年的经济发展中，由于忽视了发展中的环境保护，目前环境状况十分严峻。近年来虽采取了大量控制措施，但环境质量下降的趋势仍在继续。废水的排放量还在增加，2005年全国废水排放总量450亿吨；2006年上半年，全国化学需氧量(COD)排放总量689.6万吨，同比增长3.7％；二氧化硫(SO2)排放总量1274.6万吨，同比增长4.2％。“当前主要污染物排放总量削减任务十分艰巨。为此，各地区、各部门要进一步增强环境保护责任感、紧迫感，严格按照国务院要求，全面落实科学发展观，积极促进产业结构调整和经济增长方式的转变，加大污染治理的力度，加强环境监督管理，确保“十一五”总量削减目标的实现”。目前我国的污水处理率约70％，污水处理达标率更低，即使在污水处理做得最好的广东省，其处理达标率也仅为70％左右，我国的其他广大区域，特别是北方地区，冬天的污水水温(指进生物处理系统时)约在5-15℃，其处理效率比平常还要降低30％以上。
生活污水是来自家庭、机关、商业和城市公用设施及城市径流的污水。新鲜的城市污水可以渐渐陈腐和腐化使溶解氧含量下降，出现厌氧降解反应，产生硫化氢、硫醇、吲哚和粪臭素，使水具有恶臭。生活污水的成分99％为水，固体杂质不到1％，大多为无毒物质，其中无机盐有氰化物、硫酸盐、磷酸盐、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐和一些重碳酸墁等；有机物质有纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质和尿素等，另外还有各种洗涤剂和微量金属，后者如锌、铜、铬、锰、镍和铅等；生活污水中还含有大量的杂菌，主要为大肠菌群。另外生活污水中氮的磷的含量比较高，主要来源于商业污水、城市地面径流和粪便、洗涤剂等。
城市生活污水处理自200年前工业革命以来，越来越受到人们的重视。城市污水处理率已成为一个地区文明与否的一个重要标志。近200年来，城市污水处理已从原始的自然处理、简单的一级处理发展到利用各种先进技术、深度处理污水，并回用。处理工艺也从传统活性污泥法、氧化沟工艺发展到A/O、A2/O、AB、SBR(包括CCAS工艺)等多种工艺，以达到不同的出水要求。几十年的污水处理实践表明，环境生物技术是废水处理中最具有优越性的处理技术，也是目前最常用的处理技术，其最根本的优势在于“它是污染物消除技术而不是污染物分离技术”(Biotechnology Newswatch，August 16，1993)。因而受到世界各国的高度重视。值得一提的是，几乎所有的城市生活污水处理都采用以微生物处理技术为核心的处理工艺。
在废水的生物处理技术中，不论是悬浮细胞法，或是活性污泥法或生物膜法或投加高效菌的生物强化法或其他方法，其关键核心是处理系统中的微生物，包括厌氧颗粒污泥及好氧活性污泥、生物膜以及投加的高效降解菌。目前所采用的各种生物处理系统中的微生物都是一些常温微生物，而常温微生物的生命本质决定了它们适宜温度范围通常在20-35℃之间，当温度降低到15℃或以下，其生命活动，包括生长繁殖及代谢活性，受到强烈抑制，也就难以有效降解污染物，因此冬季低温条件下处理效率的降低是目前生物处理技术的必然结果。
在环境污染状况日益加剧同时国家排放标准也日益严格的情况下，低温条件下污水处理效率低下的问题虽然已引起了关注与重视，但是目前还没有很好的解决思路与办法。为了提高冬季低温条件下的污水处理系统的效率，国内外目前采用的方法除了加温和保温措施外，并无其他方法；而加温和保温措施不仅增加了设备的投资，而且也提高了运行管理费用，更主要是在大规模的污水处理厂难以实施。为了解决冬季低温处理效率降低的问题，最根本的出路在于研究和开发在低温条件下仍然具有高效降解污染物能力的低温微生物菌种。
微生物学的最新研究与发展表明，低温环境如南极、北极、冰川等地也存活着大量的微生物，它们在低温条件下仍能够进行较快速的生长，低温微生物根据其生长温度可以分为两大类(1)嗜冷菌(psychrophiles)和耐冷菌(psychrotrophs)。嗜冷菌指的是生长温度范围在-2-20℃，最适生长温度10℃左右的微生物，该类微生物在5-15℃条件下仍然具有快速生长繁殖、维持高活性代谢水平的能力；耐冷菌指的是生长温度范围在7-30℃，最适生长温度20℃左右的微生物，该类微生物在15-25℃条件下仍然具有快速生长繁殖、维持高活性代谢水平的能力。这些微生物的生长温度范围与我国广大北方地区的冬季污水/费水水温相吻合，是一类可开发利用的、宝贵的水处理菌种资源。
耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722革兰氏阴性，菌体细胞呈杆状。培养基要求，LB培养基蛋白胨10g，酵母提取物5g，氯化钠10g，加蒸馏水溶解后定容至1000ml，pH自然。该菌株具有如序列表中序列1所示的16SrRNA基因序列。
发明内容
本发明的目的是提供一株耐冷动性球菌在低温污水处理中的应用，即耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722在低温污水处理中的应用。
本发明还提供利用耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722进行低温污水处理的方法。
本发明所提供低温污水处理的方法是利用耐冷动性球菌(Planococcuspsychrotoleratus)AS 1.2722，在低温条件下进行污水处理，具体方法是将耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722接种于污水中在10℃至25℃下培养。
所述耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722在污水中培养的温度优选为18-22℃。
所述耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722接种浓度不低于105，为了节省成本投入，所述接种浓度的范围可为105-108cfu/mL，优选为107cfu/mL。
所述污水可为生活污水、淀粉厂污水、蓄禽养殖污水或屠宰场污水，优选为生活污水。
所述耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722的16S rRNA基因具有如序列表中序列1所示的核苷酸序列。
本发明利用耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722耐受低温生长环境的特点，将其用于低温污水处理，实验证明，将耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722接入生活污水中，在较低的温度下(10-25摄氏度)该菌株生长良好，可以有效去除污水中淀粉、蛋白、脂肪和BOD、COD，在含此类污染物的低温污水/废水(如生活污水)的生物处理中，具有很高的应用价值。
图1为耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722的生长曲线具体实施方式
下述实施例中的方法，如无特别说明，均为常规方法。
下述实施例中的百分含量，如无特别说明，均为质量百分含量。
实施例1、耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722的培养及生长曲线测定以无菌操作将相应菌种接到培养基中，将耐冷动性球菌(Planococcuspsychrotoleratus)AS 1.2722按104cfu/mL的量接种于装有200ml LB培养基(蛋白胨10g，酵母提取物5g，氯化钠10g，加蒸馏水溶解后定容至1000ml，121℃，30min蒸汽灭菌)的500ml的锥形瓶中，接种后，在低温摇床上控制温度为12℃，转速150rpm，间隔一定时间取样(5mL)测定培养物的浊度(OD600)，绘制生长曲线。结果如图1所示，结果表明，在12℃下，南耐冷动性球菌(Planococcuspsychrotoleratus)AS 1.2722的生长延缓期约40小时，需要约80小时的培养能达到最大生长量，OD600可达2.0以上(图1)。
实施例2、耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722的降解酶类根据生活污水以淀粉、蛋白和脂肪为主要污染物的特点，定性测定了耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722的相关酶类。淀粉酶的测定采用淀粉平板——碘-碘化钾法，如果菌株可在淀粉平板上形成大于菌落的透明圈，在说明该菌株含有淀粉酶；蛋白酶的测定采用酪蛋白水解法，如果菌株可以水解酪蛋白释放氨基酸则说明该菌株具有蛋白酶的活性；脂肪酶的测定采用平板——吐温法，如果菌株能在吐温平板上形成透明圈，则说明该菌株含有脂肪酶。结果表明，耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722有蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶，这些酶的存在，有利于菌株在处理系统中发挥其降解污染物的功能和作用。
实施例3、耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722对淀粉的降解配制淀粉培养基Na2HPO4，2.0g；KH2PO4，1.0g；MgSO4·7H2O，0.1g；(NH4)2SO4，0.5g；NaCl，10g；可溶性淀粉，6.8g；无机盐溶液，5mL；H2O，1000mL；pH 7.2。所述无机盐溶液为EDTA 0.5g，ZnSO4·7H2O 0.22g，CaCl20.055g，MnCl2·4H2O0.051g，FeSO4·7H2O 0.0499g，(NH4)6Mo7O24·4H2O 0.011g，CuSO4·5H2O 0.0157g，CoCl2·6H2O 0.0161g，用水定容至1000mL，pH 6.0。培养基以100mL分装于250mL的三角瓶中，121℃灭菌30min。
冷却后用接种环挑取少量耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS1.2722按104cfu/mL的量接种于上述淀粉培养基中，与12℃摇床培养(150rpm)，不定期取样(5mL)测定菌株生长量及淀粉剩余量。菌株生长的测定以波长600nm处的浊度表示；淀粉的测定采用碘-碘化钾显色分光度法。培养10天的结果如表1所示。结果表明，耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722对淀粉都具有很好的降解能力，经过10天的培养对淀粉的降解率达到66％以上，完全可以用于污水中淀粉的处理。
表1.耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722对淀粉的降解
实施例4、耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722对模拟生活污水的处理效果实验根据生活污水以淀粉、蛋白和脂肪为主要污染物，以及它的COD含量约为300mg/L、且C∶N∶P约为100∶5∶1的特点，配制模拟生活污水以葡萄糖+淀粉(各50％)、NH4Cl+蛋白胨(各50％)、K2HPO4以及5mL/L的无机盐溶液配制成COD为300mg/L的模拟生活污水(葡萄糖0.15g/L，淀粉0.15g/L，酵母粉0.01g/L，NH4Cl 0.01g/L，KH2PO40.005g/L，无机盐溶液5mL/L)。其中，无机盐溶液同实施例3的无机盐溶液。该模拟生活污水COD为300mg/L，BOD含量为285mg/L、淀粉含量为150mg/L，蛋白含量为10mg/L。
对耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722进行生活污水处理的模拟试验，具体步骤如下所述用接种针挑取少许斜面培养的耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722接种于含100mL上述模拟生活污水的250mL三角瓶中，12℃摇床培养，不定期取样(5mL)测定菌株在模拟生活污水中的生长情况以及COD的去除效果。菌株生长的测定以波长600nm处的浊度表示；COD的测定采用国标法(GB11914-89)、淀粉的测定采用碘-碘化钾法、蛋白的测定采用Bradford法、BOD5的测定采用5天标准法测定了培养前后的各项指标。培养3天后的检测结果表2所示，结果表明，在12℃的条件下，耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722能够比较好地适应模拟生活污水，而且考虑到这是在接种量非常小的条件下仅仅培养3天获得的结果，如果应用于实际，在大接种量的情况下，处理能力将得到进一步提高。
表2.耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722对模拟生活污水的处理效果。
实施例5、大接种量耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722对模拟生活污水的处理效果实验按照实施例4中所述的配方与组成配制模拟生活污水，以1.5×108cfu/mL的接种量接种耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722到该模拟生活污水，按照实施例4所述的培养条件，摇床培养3天后，采用如实施例4的测定方法，测定了培养前后的COD、BOD5、淀粉、蛋白含量，结果如表4所示，在大接种量的情况下，耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722对模拟生活污水具有很好的处理效果，各项污染物指标的去除率可达到90％以上(除蛋白外)。
表4.耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722对模拟生活污水的处理效果
实施例6、不同温度下耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722对模拟生括污水的处理实验按照实施例4中所述的配方与组成配制模拟生活污水，以106cfu/mL的接种量接种耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722，在不同的温度下试验耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722对模拟生活污水的处理，在培养3天后测定菌株的生长量及模拟生活污水的COD、BOD、淀粉及蛋白的变化情况。结果如表4所示，结果表明，耐冷动性球菌(Planococcuspsychrotoleratus)AS 1.2722在8-25℃均可处理模拟生活污水，优选温度范围为12-18℃。
表4.不同温度下耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722对模拟生活污水的处理
实施例7不同接种量耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS1.2722对模拟生活污水的处理实验按照实施例4中所述的配方与组成配制模拟生活污水，以105cfu/mL、106cfu/mL、107cfu/mL和108cfu/mL的接种量接种耐冷动性球菌(Planococcuspsychrotoleratus)AS 1.2722，在12℃温度下试验耐冷动性球菌(Planococcuspsychrotoleratus)AS 1.2722对模拟生活污水的处理，在培养3天后测定菌株的生长量及模拟生活污水的COD、BOD、淀粉及蛋白的变化情况，结果如表6所示。表明耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722选接种量范围为107-108。
表6不同接种量下耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722对模拟生活污水的处理
序列表<160>1<210>1<211>1517<212>DNA<213>耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)<400>1ccccgctcag gacgaacgct ggcggcatgc ctaatacatg caagtcgagc ggaaccagga60gagcttgctc tttctggttc agcggcggac gggtgagtaa cacgtgggca acctgccctg120cagatcggga taactccggg aaaccggtgc taataccgaa tagtttggag cctctcctga180ggctccacgg aaaggcggct tcggctgcca ctgcaggatg ggcccgcggc gcattagcta240gttggtgggg taatggccta ccaaggcgac gatgcgtagc cgacctgaga gggtgatcgg300ccacactggg actgagacac ggcccagact cctacgggag gcagcagtag ggaatcttcc360gcaatggacg caagtctgac ggagcaatgc cgcgtgagtg acgaaggttt tcggatcgta420aaactctgtt gtaagggaag aacaagcccc atttaactga tggggccctg acggtacctt480accagaaagc cacggctaac tacgtgccag cagccgcggt aatacgtagg tggcaagcgt540tgtccggaat tattgggcgt aaagcgcgcg caggcggtcc cttaagtctg atgtgaaagc600ccacggctca accgtggagg gtcattggaa actgggggac ttgagtgcag aagaggaaag660tggaattcca tgtgtagcgg tgaaatgcgt agagatgtgg aggaacacca gtggcgaagg720cgactttctg gtctgtaact gacgctgagg cgcgaaagcg tggggagcaa acaggattag780ataccctggt agtccacgcc gtaaacgatg agtgctaagt gttagggggt ttccgcccct840tagtgctgca gctaacgcat taagcactcc gcctggggag tacggccgca aggctgaaac900tcaaaggaat tgacgggggc ccgcacaagc ggtggagcat gtggtttaat tcgaagcaac960gcgaagaacc ttaccaggtc ttgacatccc gctgcccggc gtagagatac gcttttccct1020tcggggacag cggtgacagg tggtgcatgg ttgtcgtcag ctcgtgtcgt gagatgttgg1080gttaagtccc gcaacgagcg caacccttga tcttagttgc cagcattcag ttgggcactc1140taaggtgact gccggtgaca aaccggagga aggtggggat gacgtcaaat catcatgccc1200cttatgacct gggctacaca cgtgctacaa tggacggtac aaagggctgc caacccgcga1260gggggagcca atcccagaaa accgttctca gttcggattg caggctgcaa ctcgcctgca1320tgaagccgna atcgctagta atcgtggatc agcatgccac ggtgaatacg ttcccgggcc1380ttgtacacac cgcccgtcac accacgagag tttgtaacac ccgaagtcgg tgaggtaacc1440ccttgtggga gccagccgcc gaaggtggga cagatgattg gggtgaagtc gtaacaaggt1500agccgtatcg gaaggtg 151权利要求
1.耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722在低温污水处理中的应用。
2.一种低温污水处理的方法是将耐冷动性球菌(Planococcuspsychrotoleratus)AS 1.2722接种于污水中在10℃至25℃下培养。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述耐冷动性球菌(Planococcuspsychrotoleratus)AS 1.2722处理污水最适温度范围为12-18℃。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述耐冷动性球菌(Planococcuspsychrotoleratus)AS 1.2722接种浓度不低于105。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述耐冷动性球菌(Planococcuspsychrotoleratus)AS 1.2722接种浓度为105-108cfu/mL，优选为107-108cfu/mL。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述污水为生活污水。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述耐冷动性球菌(Planococcuspsychrotoleratus)AS 1.2722的16S rRNA基因具有如序列表中序列1所示的核苷酸序列。
全文摘要
本发明公开了一株耐冷动性球菌在低温污水处理中的应用。该应用即耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722在低温污水处理中的应用。低温污水处理的方法是将耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722接种于污水中在10℃至25℃下培养。本发明利用耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)AS 1.2722在较低的温度下，可以有效去除污水中淀粉、蛋白、脂肪和BOD、COD，在含此类污染物的低温污水/废水(如生活污水)的生物处理中，具有很高的应用价值。
文档编号C12N1/20GK101054242SQ20071006513
公开日2007年10月17日 申请日期2007年4月5日 优先权日2007年4月5日
发明者刘双江, 刘志培, 姜嘉彤, 陈莉萍 申请人:中国科学院微生物研究所