专利名称：一株同时具有反硝化和铁还原功能的善变副球菌菌株、培养方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于环境生物技术领域，具体涉及一株具有厌氧硫自养反硝化、好氧反硝化、厌氧异养反硝化和异化铁还原功能的善变副球菌菌株及其在废水和废气处理中的用途。
背景技术：
硝酸盐作为水体中最常见的污 染物之一，不仅会给人类健康带来极大风险，还会引起水体富营养化破坏生态系统的稳定性。反硝化脱氮工艺被认为是最为经济有效的硝酸盐处理方式。反硝化过程按照营养类型分为异养反硝化和自养反硝化。大部分反硝化细菌属于异养型，需要额外提供有机物作为电子供体。但是，通过氧化无机物(H2, S2—，S2O32-, Fe，Fe2+和NH4+等)来还原硝酸盐的自养反硝化细菌同样普遍存在于自然界中。自养反硝化细菌对低碳氮比、营养成分贫瘠的污染水体(比如地下水)脱氮有着独特的优势。硫自养反硝化是目前研究最为广泛的自养反硝化过程，它是指在缺氧或厌氧条件下利用还原态硫(S2_，S°，S20广等)作为电子供体，同时以硝酸盐作为电子受体，将其还原为氮气。可见，硫自养反硝化细菌可以实现硫氮两类污染的同时去除，达到以废治废的目的。传统理论认为，细菌的反硝化过程需要在一个厌氧或者缺氧条件下才能进行，t匕如硫自养反硝化。但是，20世纪80年代Robertson和Kuenen在除硫和反硝化处理系统出水中首次分离出好氧反硝化菌脱氮副球菌，改变了人们对反硝化的认识，并为生物脱氮技术提供了一个新的思路。一般而言，好氧反硝化菌适应环境的能力较强、生长周期比较短、生物量大并且对溶解氧浓度要求较低，反硝化过程彻底且速度迅速。对于好氧反硝化这种新型生物脱氮工艺而言，获得一株高效好氧反硝化菌株是最为关键的事情。“十二五”规划纲要首次将氮氧化物列入约束性指标体系，并确定了 10%的减排目标，氮氧化物已经成为我国下一阶段污染减排的重点。氮氧化物污染控制的难点在于如何将难溶于水的NO (烟气中氮氧化物的主要成分，约占95%)从气相转入到液相，从而不仅降低成本，还能提高净化效率。20世纪80年代开始发展起来的络合吸收法通过液相吸收剂Fe11(L)和低溶解度的NO发生快速络合反应，有效地克服了 NO的传质限制。但是，络合吸收剂的再生直接影响着该技术的进一步发展=CDFe11(L)络合吸收NO后的产物Fe11 (L)-NO再生比较困难；②烟气中存在的氧气易将Fe11 (L)氧化成Fem(L),使得吸收剂失效。一种比较经济有效的方法是采用反硝化微生物将Fe11 (L) -NO还原为N2再生出Fe11 (L)，同时采用铁还原微生物直接将Fe111 (L)还原为Fe11 (L)。但是相对于专性的Fe11 (L) -NO还原微生物和Fe111 (L)还原微生物，寻找到一种能够同时高效还原Fe11 (L) -NO和Fe111 (L)的微生物则不失为更优的选择。
发明内容
本发明的目的在于提供一株具有厌氧硫自养反硝化、好氧反硝化、厌氧异养反硝化和异化铁还原功能的善变副球菌菌株及其在废水和废气处理中的用途。针对无机废水和废气中冋时含硫、氣的性质，米用硫自养反硝化细圃实现废水和废气中硫、氣的冋步脱除；分别在好氧和厌氧条件下，提供一株可以实现异养反硝化脱除废水中硝酸盐和亚硝酸盐的菌株；针对络合吸收法废气脱硝产物的特点，提供一株在有机碳源存在条件下能够同时高效还原Fe11 (L)-NO和Fe111 (L)的菌株，实现吸收剂Fe11 (L)再生。本发明可以通过以下方式得以实现:—株同时具有反硝化和 铁还原功能的善变副球菌菌株，该菌株被命名为Paracoccus versutus LYM,已于2012年5月25日在中国典型培养物保藏中心保藏,其保藏号 CCTCC NO:M2012182o该菌株的培养方法:本发明的善变副球菌厌氧条件下的培养方法，是将善变副球菌LYM接种于培养基中，pH 7.2附近，30°C，恒温厌氧静止培养。本发明的善变副球菌好氧条件下的培养方法，是将善变副球菌LYM接种于培养基中，pH 7.2附近，30°C，恒温好氧150rpm转速条件下培养。废水硫自养反硝化同步脱硫脱氮培养基组分:Na2S203/S°/Na2S 2^10mM, KNO3/KN025 15mM，其余成分为 MgSO4.7H20 5mM, CaCl25mM, NH4Cl 0.28g/L, KH2PO40.25g/L,NaHC035.4g/L，微量元素lmL/L，调节pH至7.2附近，培养基使用之前经过灭菌处理；废气硫自养反硝化脱硝培养基组分:Na2S203/S°/Na2S 2 10mM，Fe11 (L) -NO 2 10mM，其余成分为MgSO4.7H20 5mM, CaCl2.2H20 5mM, NH4Cl 0.28g/L, KH2PO40.25g/L, NaHC035.4g/L，微量元素lmL/L，调节pH至7.2附近，培养基使用之前经过灭菌处理。废水好氧反硝化脱氮培养基组分:有机碳源3 26g/L，MgSO4.7H20 0.lg/L,Na2HPO4.2H20 7.9g/L, KH2PO4L 5g/L, KN03/KN021 6g/L，微量元素 lmL/L，调节 pH 至 7.2 附近，培养基使用之前经过灭菌处理。废水异养反硝化脱氮培养基组分:有机碳源f 10mM，KN03*KN025 15mM，其余成分为 MgSO4.7Η20 5mM, CaCl25mM, NH4Cl 0.28g/L, KH2PO40.25g/L, NaHC035.4g/L，微量元素 ImL/L，调节pH至7.2附近，培养基使用之前经过灭菌处理；废气异养反硝化脱硝培养基组分:有机碳源 I 10mM，Fe11 (L) -NOl 10mM，其余成分为 MgSO4.7H20 5mM, CaCl25mM, NH4Cl 0.28g/L，KH2PO40.25g/L，NaHC035.4g/L，微量元素lmL/L，调节pH至7.2附近，培养基使用之前经过灭菌处理。废气异化铁还原再生络合吸收剂培养基组分:有机碳源1 10禮，Fe111 (L) 2 25mM，其余成分为 MgSO4.7H20 5mM, CaCl25mM, NH4Cl 0.28g/L, KH2PO40.25g/L, NaHC035.4g/L，微量元素lmL/L，调节pH至7.2附近，培养基使用之前经过灭菌处理。其中微量元素的成分包括:EDTA50g/L, ZnS0422g/L，CaCl25.54g/L，MnCl25.06g/L，钥酸铵 1.lg/L, CuSO4L 57g/L，CoCl2L 61g/L。本发明中善变副球菌LYM的用途如下:该菌用于废水硫自养反硝化同步脱硫脱氮:在厌氧条件下，以硫代硫酸盐、单质硫或硫化物作为电子供体来还原硝酸盐、亚硝酸盐；该菌用于废气硫自养反硝化脱硝:在厌氧条件下，使用Fe11(L)作为络合吸收剂来吸收NO，硫代硫酸盐、单质硫或硫化物作为电子供体来还原Fe11(L)-NO15
该菌用于废水好氧反硝化脱氮:在好氧条件下，以有机碳源作为电子供体来将硝酸盐或亚硝酸盐还原为氮气。该菌用于废水异养反硝化脱氮:在厌氧条件下，使用有机碳源作为电子供体来还原硝酸盐或亚硝酸盐；该菌用于废气异养反硝化脱硝:在厌氧条件下，使用Fe11(L)作为络合吸收剂来吸收NO，有机碳源作为电子供体来还原Fe11 (L) -NO。该菌用于废气异化铁还原再生络合吸收剂:在厌氧条件下，以有机碳源作为电子供体来还原Fe111 (L)。上述的用于废气脱硝的亚铁络合剂L是乙二胺四乙酸(EDTA)、次氮基三乙酸(NTA)、羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)、二乙三胺五乙酸(DTPA)的一种或多种组合。上述的用于异养过程的有机碳 源为葡萄糖、蔗糖、乳酸钠、甲醇、乙醇、甲酸钠、乙酸钠、柠檬酸钠、垃圾渗滤液、淀粉加工产生的有机废弃物或有机废水、造纸工业产生的有机废弃物或有机废水。本发明具有以下优点:菌株LYM不仅可以在厌氧条件下实现异养反硝化和硫自养反硝化，还可以在好氧条件下发生好氧反硝化。此外，该菌株可以在有机碳源存在的条件下异化还原络合铁。在废水脱氮处理中，该菌不仅可以在厌氧条件下通过硫自养反硝化实现同步脱氮脱硫，还能够通过厌氧异养反硝化和好氧反硝化实现硝酸盐或者亚硝酸盐的去除，成本较低，工艺简单，有较强的实用价值。在废气脱硝治理中，采用该菌株不仅可以实现硫自养反硝化脱硝，而且可以在一个反应体系中实现络合脱硝吸收液中Fe11 (L)-NO和Fe111(L)的同时异养还原，实现络合剂再生达到了连续脱硝的目的，能耗低、投资和运行费用少，无二次污染。
具体实施例方式实施例1:本发明菌株用于废水硫自养反硝化同步脱氮脱硫废水硫自养反硝化培养基:MgS04.7H20 5mM, CaCl25mM, NH4Cl 0.28g/L，KH2PO40.25g/L, NaHC035.4g/L, KNO3IOmM, Na2S2O3.5H20 5mM,微量元素 lmL/L，调节 pH 至 7.2附近，培养基使用之前经过灭菌处理。使用废水硫自养反硝化培养基，在厌氧条件下接入细胞干重为0.49±0.01g/L的菌株LYM,置于厌氧培养箱中30°C下静止培养，间隔一定时间取样测定N03_和S2O32-浓度的变化，结果见表I。从表I中可以看出，初始浓度为IOmM的NO3-和5mM的S2032—，菌株LYM能进行硫自养反硝化过程，经过7 的培养后，NO3-和S2O32-的去除率分别为54.8%和80.6%。表I菌株LYM硫自养反硝化同步脱氮脱硫
权利要求
1.一株同时具有反硝化和铁还原功能的善变副球菌菌株，其特征在于，该细菌为Paracoccus versutus LYM，保藏号:CCTCC NO:M2012182，保藏地点:中国典型培养物保藏中心，保藏时间:2012年5月25日。
2.权利要求1所述细菌的培养方法，其特征在于:将善变副球菌LYM接种于培养基中，PH 7.2附近，30°C，恒温厌氧静止培养。
3.权利要求1所述细菌的培养方法，其特征在于:将善变副球菌LYM接种于培养基中，pH 7.2附近，30 0C，恒温好氧150rpm转速条件下培养。
4.根据权利要求2所述的培养方法，其特征在于: 废水硫自养反硝化同步脱硫脱氮培养基组分:Na2S203/S°/Na2S 2^10mM, KNO3/KN025 15mM，其余成分为 MgSO4.7H20 5mM, CaCl25mM, NH4Cl 0.28g/L, KH2PO40.25g/L,NaHC035.4g/L，微量元素lmL/L，培养基使用之前经过灭菌处理； 废气硫自养反硝化脱硝培养基组分:Na2S203/S°/Na2S 2 10mM，Fe11 (L) -N02 10mM，其余成分为 MgSO4.7H20 5mM, CaCl2.2H20 5mM, NH4Cl 0.28g/L, KH2PO40.25g/L, NaHC035.4g/L,微量元素lmL/L，培养基使用之前经过灭菌处理。
5.根据权利要求3所述的培养方法,其特征在于: 废水好氧反硝化脱氮培养基组分:有机碳源3 26g/L，MgSO4.7H20 0.lg/L，Na2HPO4.2H20 7.9g /L，KH2PO4L 5g/L，KN03/KN021 6g/L，微量元素 lmL/L，培养基使用之前经过灭菌处理。
6.根据权利要求2所述的培养方法,其特征在于: 废水异养反硝化脱氮培养基组分:有机碳源flOmM，KN03*KN025 15mM，其余成分为MgSO4.7H20 5mM, CaCl25mM, NH4Cl 0.28g/L, KH2PO40.25 g/L, NaHC035.4g/L，微量元素 ImL/L，培养基使用之前经过灭菌处理； 废气异养反硝化脱硝培养基组分:有机碳源f 10mM，Fe11 (L)-NO f 10mM，其余成分为MgSO4.7H20 5mM, CaCl25mM, NH4Cl 0.28g/L, KH2PO40.25g/L, NaHC035.4g/L，微量元素 ImL/L,培养基使用之前经过灭菌处理。
7.根据权利要求2所述的培养方法，其特征在于: 废气异化铁还原再生络合吸收剂培养基组分:有机碳源f 10mM，Fem(L)2 25mM，其余成分为 MgSO4.7H20 5mM, CaCl25mM, NH4Cl 0.28g/L, KH2PO40.25g/L, NaHC035.4g/L，微量元素lmL/L，培养基使用之前经过灭菌处理。
8.根据权利要求4或5或6或7所述的培养方法,其特征在于:微量兀素的成分包括:EDTA 50g/L, ZnS0422g/L, CaCl25.54g/L, MnCl25.06g/L，钥酸铵 1.lg/L, CuSO4L 57g/L,CoCl2L 61g/L。
9.根据权利要求1所述细菌的应用，其特征在于: 该菌用于废水硫自养反硝化脱氮脱硫:在厌氧条件下，以硫代硫酸盐、单质硫或硫化物作为电子供体来还原硝酸盐、亚硝酸盐；该菌用于废气硫自养反硝化脱硝:在厌氧条件下，使用Fe11(L)作为络合吸收剂来吸收NO，硫代硫酸盐、单质硫或硫化物作为电子供体来还原Fe11 (L) -NO。
10.根据权利要求1所述细菌的应用，其特征在于: 该菌用于废水好氧反硝化脱氮:在好氧条件下，以有机碳源作为电子供体来将硝酸盐或亚硝酸盐还原为氮气。
11.权利要求1所述细菌的应用，其特征在于: 该菌用于废水异养反硝化脱氮:在厌氧条件下，使用有机碳源作为电子供体来还原硝酸盐或亚硝酸盐；该菌用于废气异养反硝化脱硝:在厌氧条件下，使用Fe11(L)作为络合吸收剂来吸收NO，有机碳源作为电子供体来还原Fe11 (L) -NO。
12.权利要求1所述细菌的应用，其特征在于: 该菌用于废气异化铁还原:在厌氧条件下，以有机碳源作为电子供体还原Fem(L)来实现络合吸收剂再生。
13.根据权利要求11或12所述的应用，其特征在于: 络合剂L是乙二胺四乙酸(EDTA)、次氮基三乙酸(NTA)、羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)、二乙三胺五乙酸(DTPA)的一种或多种组合。
14.根据权利要求10或11或12所述的应用，其特征在于: 用于异养过程的 有机碳源为葡萄糖、蔗糖、乳酸钠、甲醇、乙醇、甲酸钠、乙酸钠、柠檬酸钠、垃圾渗滤液、淀粉加工产生的有机废弃物或有机废水、造纸工业产生的有机废弃物或有机废水。
全文摘要
本发明属于环境生物技术领域，涉及一株同时具有反硝化和铁还原功能的善变副球菌菌株、培养方法及其应用。该菌株为善变副球菌LYM，保藏号为CCTCC M2012182。在废水脱氮处理中，该菌不仅可以在厌氧条件下通过硫自养反硝化实现同步脱氮脱硫，还能够通过厌氧异养反硝化和好氧反硝化实现硝酸盐或者亚硝酸盐的去除，成本较低，工艺简单，有较强的实用价值。在废气脱硝治理中，采用该菌株不仅可以实现硫自养反硝化脱硝，而且可以在一个反应体系中实现络合脱硝吸收液中FeII(L)-NO和FeIII(L)的同时异养还原，实现络合剂再生达到了连续脱硝的目的，能耗低、投资和运行费用少，无二次污染。
文档编号B01D53/84GK103103147SQ201210529569
公开日2013年5月15日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年7月18日
发明者张玉, 董西洋, 李艳梅, 陈明翔, 李宁, 周集体 申请人:大连理工大学