一种铜绿假单胞菌及应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境工程、生物领域，涉及一株具有电活性的好氧反硝化性能的铜绿 假单胞菌（pseudomonas aeruginosa) CPl菌株及其在高温环境下脱除废水中脱除水中的硝 酸根与亚硝酸根的应用。
【背景技术】
[0002] 我国是农业大国，每年产生的农业废弃物数量巨大。而长期以来，我国把污染治理 的重点都放在了城市，却忽视了占全国总面积高达90%的广大农村。大量农作物的废弃物 被随意燃烧或自然腐烂，增加了空气污染指数并影响到交通和航空运输事业，农药、垃圾粪 便等残留进入土壤，导致形成的硝酸盐、亚硝酸盐等流入河、湖并渗入地下，造成地表水和 地下水的硝酸盐污染。一方面影响到农产品的产量和品质，另一方面也制约经济发展，也严 重危害到人体健康。不仅对环境造成了严重的破坏，同时也造成了大量的资源浪费。
[0003] 在众多处理硝酸氮废水的研宄中，生物脱除法作为一种绿色高效的处理技术而越 来越被重视，生物处理技术具有对环境影响程度轻、无二次污染、工艺简单、处理能力强、方 式灵活等优点，已成为近年来应用最广的废水脱氮技术，开发经济高效的生物脱氮方法和 技术已成为水污染控制领域热点之一。
[0004] 国内外学者在好氧反硝化领域进行了广泛深入的研宄，证明好氧反硝化较之传统 反硝化技术存在明显优势。好氧反硝化应用的主体是好氧反硝化菌群，近年来，不断有好氧 反硝化菌被分离出来，存在于副球菌属、假单胞菌属、产碱菌属、芽孢杆菌属等50多个属。 传统上，处理含高氮废水时，碳源不足一直是污水处理领域难题，需要消耗大量的外加有机 碳源以满足反硝化过程，随着对污水中氮磷的排放控制更加严格，碳源不足问题更加突出。 所以如何在高效处理含氮废水的同时有效降低碳源成本和减少氧化亚氮N 2O的排放一直是 研宄热点问题。结合以上分析，如果能利用电化学结合好氧反硝化的方法，使得好氧微生物 可以直接或者间接地与阴极进行电子转移。这意味着不需要添加大量的有机碳源，在环境 治理中，不仅可以防止过量的有机物进入出水，也有可能使得生物固体产量减少。
[0005] 因此，筛选分离在具有高效的好氧反硝化细菌以及对其在外加电场催化的条件下 好氧反硝化的机理的研宄处理含氮废水就能够从一定程度上解决以上问题。
【发明内容】
[0006] 本发明之目的是提供一种可以在中温条件下具有高效好氧反硝化性能的菌株及 其电化学好氧反硝化用途。
[0007] 本发明的目的通过以下技术方案实现：
[0008] 本发明具有高效好氧反硝化性能的菌株是铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa) CPl，该菌株具有以下特征：
[0009] (1)菌落特征：菌落扁平，浅褐色，表面光滑不透明，边缘不整齐，杆状，革兰氏染 色阴性，能够在厌氧条件下生长，属于兼性菌；
[0010] (2)葡萄糖氧化发酵实验显示为非发酵型，接触酶、氧化酶、明胶液化实验、硝酸盐 还原实验、D-葡萄糖发酵实验、果糖发酵实验、脓青素实验、精氨酸双水解酶实验、柠檬酸盐 利用均呈阳性；硫化氢实验、V-P鉴定、赖氨酸脱羧酶实验、ONPG测定、淀粉水解实验为阴 性，可进行反硝化作用，能以氨氮、硝态氮或亚硝态氮为氮源生长；
[0011] (3)采用北京百态克生物技术有限公司生产的细菌基因组DNA提取试剂盒对该细 菌的基因组DNA进行提取可得，该菌株CPl的16S rDNA基因序列特征：其16S rDNA具有 序列的片段长度为1387bp，将测得的序列用BLAST软件在GenBank数据库中与已知细菌的 16SrDNA序列进行比对，查找出与CPl相似性最高的已知菌株。采用NJ法在MEGA软件中构 建系统发育树，以确定菌株CPl的进化地位。
[0012] 以上实验的结果表明，菌株CPl与Pseudomonas aeruginosa的同源性为99%， 其中与模式菌株Pseudomonas aeruginosa strain N002最相似，同源性达99%。应用 MEGA软件通过Neighbor-Joining法计算进化距离绘制16S rDNA系统发育树进行分析。 同时结合生理生化鉴定的结果，确定该菌株最有可能是Pseudomonas aeruginosa，命名为 Pseudomonas aeruginosa strain CPl〇
[0013] 所述铜绿假单胞菌CP1，适宜在温度30~40°C环境中生长，特别地，在4°C不生长 而在41°C生长。
[0014] 所述铜绿假单胞菌用于含氮废水的脱氮处理，也可以用于含NOx烟气或废气的好 氧反硝化脱硝处理。
[0015] 所述脱氮和脱硝处理均是在外加电流的刺激下进行。
[0016] 所述电流强度为5~15mA。
[0017] 所述电流强度为10mA。
[0018] 所述脱氮和脱硝处理所用培养基中碳源为丁二酸钠、柠檬酸钠或葡萄糖。
[0019] 所述培养基的C/N比为4~6。
[0020] 所述脱氮和脱硝处理均在30~40°C温度条件下进行。
[0021] 本发明涉及的铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa)CPl对氧气的耐受性较 强，如今已掌握其部分生理生化特性。在研宄高浓度氧的环境下烟气脱硝过程中，对该菌进 行好氧反硝化初步实验已经表明，在30-40°C温度、好氧条件下，该菌能有效去除培养液中 的硝酸盐氮，反应过程中没有检测到亚硝酸盐氮的积累，并且在前期的反硝化处理NOx过 程中显示其反硝化最适宜的pH值为弱碱性，对0~11. 2mg/L溶解氧浓度不敏感。通过采 用高密度好氧反硝化菌培养方法，开发了利用外加电流提高生物量来强化好氧反硝化的处 理方法。对不同电流强度刺激下的好氧反硝化反应条件进行了 PB实验以及响应面优化之 后，在外加电流为IOmA的条件下，生物量和反硝化率都达到了最大值。
[0022] 在存在外加电流的情况下，碳源的需求量明显下降，C/N仅为4. 0即可实现完全反 硝化并且几乎不存在亚硝酸盐的积累。而PB试验中初始氮源浓度、pH以及反应温度并无 太大的显著影响。因此，整个外加电场强化好氧反硝化的反应过程可以承受一定程度的反 应条件变化，确保了 CPl可以作为处理系统中的优势菌种，即使出现处理负荷以及温度波 动也能保持较高效的硝酸盐脱除过程。最佳的电流强度为10mA，最佳C/N比为4~5。
[0023] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0024] 在不存在外加电流的情况下，该菌株最优培养条件为30~40°C、C/N多12。该菌 株特点为对O~11. 2mg/L浓度的氧不敏感，表明其在好氧条件下，仍然可以维持高效的硝 酸盐降解过程。在IOmA的电流刺激下，该菌株可以C/N降为4~6的情况下在16小时内 对初始浓度为250mg/L的硝酸盐氮（以N含量计）去除率达99. 01 %以上，并且几乎不存在 亚硝酸盐积累。表明该菌种在碳源较为不足的情况下，可以与外加电场协同高效地完成反 硝化作用。
[0025] 本发明所述铜绿假单胞菌（pseudomonas aeruginosa)CPl，由中国典型培养物保 藏中心保藏（简称CCTCC)，其保藏编号是CCTCC N0:M 2015197,保藏日期为2015年4月6 日，保藏地址为中国武汉大学。
【附图说明】
[0026] 图 1 为 Pseudomonas aeruginosa CPl 的系统发育树图；
[0027] 图2为不同碳源下菌Pseudomonas aeruginosa CPl的反硝化性能图；
[0028] 图3为不同温度下菌Pseudomonas aeruginosa CPl的反硝化性能图；
[0029] 图4为不同电流强度下菌Pseudomonas aeruginosa CPl的反硝化性能图；
[0030] 图5为无电流刺激不同C/N比下菌Pseudomonas aeruginosa CPl的反硝化性能 图；
[0031] 图6为恒定电流下不同C/N比下菌Pseudomonas aeruginosa CPl的反硝化性能 图；
[0032] 图7为在不同进气NO浓度下培养菌Pseudomonas aeruginosa CPl的反硝化性能 图；
[0033] 图8为烟气脱硝生物过滤装置示意图，烟气1，气体调节器2,控温设备3,生物滴滤 塔4,微生物再生装置5,泵6,排气口 7。
【具体实施方式】