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.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103103147 A(43)申请公布日 2013.05.15CN103103147A*CN103103147A*(21)申请号 201210529569.8(22)申请日 2012.12.10CCTCC NO：M 2012182 2012.05.25201210250297.8 2012.07.18 CNC12N 1/20(2006.01)C02F 3/34(2006.01)B01D 53/84(2006.01)C12R 1/01(2006.01)(71)申请人大连理工大学地址 116024 辽宁省大连市凌工路2号(72)发明人张玉 董西洋 李艳梅 陈明翔李宁 周集

2、体(74)专利代理机构大连理工大学专利中心 21200代理人梅洪玉(54) 发明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(57) 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

3、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。(66)本国优先权数据(83)生物保藏信息(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书6页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书6页(10)申请公布号 CN 103103147 ACN 103103147 A1/2页21.一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：

4、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，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，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：Na2S2O3/S0/Na2S 210mM，KNO3/KNO2515mM，其余成分为MgSO47H2O 5mM，CaCl25mM，NH4Cl 0.28g/L，KH2PO40.25g/L，NaHCO35.4g/L，微量元素1mL/

5、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：Na2S2O3/S0/Na2S 210mM，FeII(L)-NO210mM，其余成分为MgSO47H2O 5mM，CaCl22H2O 5mM，NH4Cl 0.28g/L，KH2PO40.25g/L，NaHCO35.4g/L，微量元素1mL/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326g/L，MgSO47H2O 0.1g/L，Na2HPO42H2O 7.9g/L，KH2PO41.5g/L，KNO3/KNO216g/L，微量元素1mL/L，培养基使用之前经过

6、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110mM，KNO3或KNO2515mM，其余成分为MgSO47H2O 5mM，CaCl25mM，NH4Cl 0.28g/L，KH2PO40.25 g/L，NaHCO35.4g/L，微量元素1mL/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110mM，FeII(L)-NO 110mM，其余成分为MgSO47H2O 5mM，CaCl25mM，NH4Cl 0.28g/L，KH2PO40.25g/L，NaHCO35.4g/L，微量元素1mL/L，培养基使用之前经过灭菌处理。7.根

7、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110mM，FeIII(L)225mM，其余成分为MgSO47H2O 5mM，CaCl25mM，NH4Cl 0.28g/L，KH2PO40.25g/L，NaHCO35.4g/L，微量元素1mL/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：微量元素的成分包括：EDTA 50g/L，ZnSO422g/L，CaCl25.54g/L，MnCl25.06g/L，钼酸铵1.1g/L，CuSO41.57g/L，CoCl21.61g/L。9.根据权利要求1所述细菌的应用，其特征

8、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FeII(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FeII(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权 利 要 求 书CN 103103147 A2/2页3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

9、酸盐；该菌用于废气异养反硝化脱硝：在厌氧条件下，使用FeII(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 FeII(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FeIII(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

10、、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。 权 利 要 求 书CN 103103147 A1/6页4一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 技术领域0001 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0002 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

11、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-，S0，S2O32-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。 0003 传统理论认为，细菌的反硝化过程需要在一个厌

12、氧或者缺氧条件下才能进行，比如硫自养反硝化。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。 0004 “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

13、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FeII(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：FeII(L)络合吸收NO后的产物FeII(L)-NO再生比较困难；烟气中存在的氧气易将FeII(L)氧化成FeIII(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FeII(L)-NO还原为N2再生出FeII(L)，同时采用铁还原微生物直接将FeIII(L)还原为FeII(L)。但是相对于专性的F

14、eII(L)-NO还原微生物和FeIII(L)还原微生物，寻找到一种能够同时高效还原FeII(L)-NO和FeIII(L)的微生物则不失为更优的选择。 发明内容0005 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、厌氧异养反硝说 明 书CN 103103147 A2/6页5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同时含硫、氮的性质，采用硫自养反硝化细菌实现废水和废气中硫、氮的同步脱除；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

15、高效还原FeII(L)-NO和FeIII(L)的菌株，实现吸收剂FeII(L)再生。 0006 本发明可以通过以下方式得以实现： 0007 一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：M2012182。 0008 该菌株的培养方法： 0009 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，恒温厌氧静止培养。 0010 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，p

16、H 7.2附近，30，恒温好氧150rpm转速条件下培养。 0011 废水硫自养反硝化同步脱硫脱氮培养基组分：Na2S2O3/S0/Na2S 210mM，KNO3/KNO2515mM，其余成分为MgSO47H2O 5mM，CaCl25mM，NH4Cl 0.28g/L，KH2PO40.25g/L，NaHCO35.4g/L，微量元素1mL/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：Na2S2O3/S0/Na2S 210mM，FeII(L)-NO 210mM，其余成分为MgSO47H2O 5mM，CaCl22H2O 5mM，NH4Cl 0.28g/L，KH

17、2PO40.25g/L，NaHCO35.4g/L，微量元素1mL/L，调节pH至7.2附近，培养基使用之前经过灭菌处理。 0012 废水好氧反硝化脱氮培养基组分：有机碳源326g/L，MgSO47H2O 0.1g/L，Na2HPO42H2O 7.9g/L，KH2PO41.5g/L，KNO3/KNO216g/L，微量元素1mL/L，调节pH至7.2附近，培养基使用之前经过灭菌处理。 0013 废水异养反硝化脱氮培养基组分：有机碳源110mM，KNO3或KNO2515mM，其余成分为MgSO47H2O 5mM，CaCl25mM，NH4Cl 0.28g/L，KH2PO40.25g/L，NaHCO35

18、.4g/L，微量元素1mL/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110mM，FeII(L)-NO110mM，其余成分为MgSO47H2O 5mM，CaCl25mM，NH4Cl 0.28g/L，KH2PO40.25g/L，NaHCO35.4g/L，微量元素1mL/L，调节pH至7.2附近，培养基使用 之前经过灭菌处理。 0014 废气异化铁还原再生络合吸收剂培养基组分：有机碳源110mM，FeIII(L)225mM，其余成分为MgSO47H2O 5mM，CaCl25mM，NH4Cl 0.28g/L，KH2PO40.25g/L，NaHCO35

19、.4g/L，微量元素1mL/L，调节pH至7.2附近，培养基使用之前经过灭菌处理。 0015 其中微量元素的成分包括：EDTA 50g/L，ZnSO422g/L，CaCl25.54g/L，MnCl25.06g/L，钼酸铵1.1g/L，CuSO41.57g/L，CoCl21.61g/L。 0016 本发明中善变副球菌LYM的用途如下： 0017 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FeII(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FeI

20、I(L)-NO。 说 明 书CN 103103147 A3/6页60018 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。 0019 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FeII(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FeII(L)-NO。 0020 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FeIII(L)。 0021 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

21、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。 0022 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。 0023 本发明具有以下优点： 0024 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

22、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。 具体实施方式0025 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 0026 废水硫自养反硝化培养基：MgSO47H2O 5mM，CaCl25mM，NH4Cl 0.28g/L，KH2PO40.25g/L，NaHCO35.4g/L，KNO310mM，Na2S2O35H2O 5mM，微量元素1mL/L，调节pH至

23、7.2附近，培养基使用之前经过灭菌处理。 0027 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0.490.01g/L的菌株LYM，置于厌氧培养箱中30下静止培养，间隔一定时间取样测定NO3-和S2O32-浓度的变化，结果见表1。从表1中可以看出，初始浓度为10mM的NO3-和5mM的S2O32-，菌株LYM能进行硫自养反硝化过程，经过72h的培养后，NO3-和S2O32-的去除率分别为54.8%和80.6%。 0028 表1菌株LYM硫自养反硝化同步脱氮脱硫 0029 说 明 书CN 103103147 A4/6页70030 实施例2：本发明菌株用于废水好氧反硝化脱氮 0031 废

24、水好氧反硝化培养基：乳酸钠（C4H4Na2O46H2O）13g/L，MgSO47H2O0.1g/L，Na2HPO42H2O 7.9g/L，KH2PO41.5g/L，KNO33g/L，微量元素1mL/L，调节pH至7.2附近，培养基使用之前经过灭菌处理。使用好氧反硝化培养基，在好氧条件下接入细胞干重为0.490.01g/L的菌株LYM，在30恒温摇床150rpm转速条件下培养，间隔一定时间取样测定硝酸盐氮和亚硝酸盐氮浓度的变化，结果见表2。从表2中可以看出，在好氧条件下，经过42h的培养，几乎所有的硝酸盐被脱除，而且亚硝酸盐含量是先升高最后降到接近零。 0032 表2菌株LYM好氧反硝化脱氮 0

25、033 0034 实施例3：本发明菌株用于废气异养还原络合吸收产物FeIIEDTA-NO 0035 异养脱硝培养基：MgSO47H2O 5mM，CaCl25mM，NH4Cl 0.28g/L，KH2PO40.25g/L，NaHCO35.4g/L，葡萄糖3mM，FeIIEDTA-NO 2.32mM，微量元素1mL/L，调节pH至7.2附近，培养基使用之前经过灭菌处理。使用异养脱硝培养基，在厌氧条件下接入细胞干重为0.490.01g/L的菌株LYM，置于厌氧培养箱中30下静止培养，间隔一定时间取样测定FeIIEDTA-NO浓度的变化，结果见表3。从表3中可以看出，培养6h，FeIIEDTA-NO还原

26、率为99.6%，FeIIEDTA-NO得到了很好的去除。菌株LYM能够在异养条件下利用外加有机碳源生长，并能同时还原FeIIEDTA-NO。 0036 表3菌株LYM对FeIIEDTA-NO的异养还原 0037 说 明 书CN 103103147 A5/6页80038 实施例4：本发明菌株用于废气异化铁还原再生络合吸收剂FeIIEDTA 0039 异化铁还原培养基：MgSO47H2O 5mM，CaCl25mM，NH4Cl 0.28g/L，KH2PO40.25g/L，NaHCO35.4g/L，葡萄糖3mM，FeIIIEDTA 8mM，微量元素 1mL/L，调节pH至7.2附近，培养基使用之前经过

27、灭菌处理。 0040 使用异化铁还原培养基，在厌氧条件下接入细胞干重为0.490.01g/L的菌株LYM，置于厌氧培养箱中30下静止培养，间隔一定时间取样测定FeIIEDTA浓度的变化，结果见表4。从表4中可以看出，当培养基中存在有机碳源时，LYM能够还原FeIIIEDTA。在初始FeIIIEDTA浓度为8mM的异化铁还原培养基培养基中，经过10h的培养后，体系中的FeIIEDTA的生成量为6.24mM，FeIIIEDTA还原率达到78.0%。 0041 表4菌株LYM对FeIIIEDTA的异化还原 0042 说 明 书CN 103103147 A6/6页9说 明 书CN 103103147 A