[发明专利]高效去除水体中亚硝态氮、硝态氮和氨氮的施氏假单胞菌CY003及其应用

说明书

技术领域

本发明属于水环境微生物治理技术领域，具体涉及一株去除水体中亚硝态氮、硝态氮和氨氮的施氏假单胞菌CY003的筛选及应用。

技术背景

目前，我国在水污染防治方面做了很多工作，但是养殖水体和天然水体富营养化问题仍然非常严峻。调查表明(金相灿等，1995)：我国大部分湖泊、水库已达到富营养化或超过富营养化程度。水体的“富营养化”使水体变得腥臭难闻，鱼类和其他生物大量死亡，蓝藻暴发，高温季节很多地方无水可饮。水体中含有的营养盐类元素氮、磷超标是引起富营化的主要原因(Rffollety and Jlhatfield，2002)。而随着我国集约化高密度水产养殖的快速发展，养殖水体中氨氮、亚硝态氮含量超标现象非常严重，水体中的亚硝态氮、氨氮是导致水产动物致病的主要根源之一。据农业部和国家环境保护总局近日联合发布的一份公报显示，2003年由于环境污染造成的可测算天然渔业资源经济损失达到36.36亿元。因此水体中氮素的去除，对于保护环境、发展渔业经济和保障人类健康都具有重要的意义。如何经济、高效地去除水体中的氮素已成为水污染控制领域的研究重点和热点。

氮以有机氮和无机氮两种形态存在于水体中。有机氮有蛋白氮、多肽、氨基酸和尿素等，它们来源于饲料残饵、生活污水、农业废弃物(植物秸秆、牲畜粪便等)和工业废水(如羊毛加工、制革、印染、食品加工等)。无机氮指主要以NH₃、NH₄⁺、N₂、N₂O、NO、NO₂^-、NO₂、NO₃^-等价态存在(郑平等，2004)，许多研究证明，除了分子态氮以外，所有无机氮素循环中间产物积累均会对人类和环境产生不良影响。氨氮、硝态氮和亚硝态氮是水体中无机氮的主要存在形式。

氮素在水体的转化主要是依靠微生物的作用，生物脱氮(biological nitrogenremoval，BNR)方法是指通过微生物的硝化和反硝化作用来脱除水体中的氮素污染(Prakasam and Loehr，1972)。硝化作用是指硝化菌将氨氮氧化成硝酸盐氮的过程，包括两个步骤：第一步是由亚硝酸菌(Nitrosobacter)将氨氮转化为亚硝酸盐，第二步是由硝酸菌(Nitrobacter)从将亚硝酸盐转化为硝酸盐。反硝化作用是指反硝化细菌将硝态氮(盐)、亚硝态氮(盐)及其它氮氧化物转变为氮气或氮的其它气态氧化物的生物学过程(Kim et al，2005)。反硝化细菌是所有能以NO₃^-为最终电子受体，HNO₃还原为N₂的细菌总称，在种类学上没有专门的类群，分散于10个不同的细菌科中。一般条件下，反硝化细菌都是利用氧气作为电子受体，而在含氧量很低或缺氧的条件下能利用硝酸盐及亚硝酸盐中氧进行呼吸，并释放N₂。大多数反硝化细菌是异养型兼性厌氧细菌，能够利用多种有机物作为电子受体。自然界中最普遍的反硝化菌属是假单胞菌属(Pseudomonas)，其次是产碱杆菌属(Alcaligenes)。

传统理论认为，细菌的反硝化是一个严格的厌氧过程。反硝化菌优先使用DO(dissolved oxygen)呼吸，阻止了硝酸盐或亚硝酸盐作为最终电子受体。这成为制约传统生物脱氮技术研究应用的瓶颈：一方面，亚硝酸细菌为化能自养菌，生长速率缓慢，导致反应启动时间长，并且亚硝酸细菌对污水组成成分、pH和温度等的改变都敏感(Mobarry et al，1996)。另一方面，硝化过程是在好氧环境中完成的，而反硝化是在缺氧过程中进行的。这使得整个脱氮过程必须经过好氧和缺氧两个环节(Joo et al，2005)。然而，Robertson和Kuenen在实验室中观察到在氧气存在的条件下发生了反硝化现象，细菌好氧反硝化的发现，突破了传统理论的认识，为生物脱氮技术提供了一种崭新的思路。人们在各种不同的环境下诸如土壤，沟渠，池塘，活性污泥，沉积物等都分离出了一些好氧反硝化菌。国内外很多研究者发现并分离出好氧反硝化菌，大致可归为：产碱菌属(Alcaligenes)、副球菌属(Paracoccus)、假单胞菌属(Pseudomonas)及红球菌属(Rhodococcus)等。这些微生物均能在好氧的条件下将硝酸盐或者亚硝酸盐还原。