[发明专利]一株铁基质自养反硝化微杆菌及其应用

说明书

 

技术领域

本发明属于生物工程、环境工程技术领域，涉及一种铁基质自养反硝化微杆菌菌株W3及其筛选方法和在低有机物浓度下城市污水处理中的应用。

背景技术

水体中适量的氮是合成藻类等微生物的基本元素是形成水生生态环境重要的物质条件，也是水环境良性循环的基础。但目前我国一些水体中氮的含量已超过水体容量，过量的氮元素导致水体藻类等生物异常增殖，引起水质恶化。同时，氨氮和亚硝酸盐氮对鱼类等生物有毒害。受纳水体的严重污染也已危及到人体的健康。由于水体中氮素的各存在方式在一定条件下会循环转化，如何控制水体中氮的污染及对含氮废水的治理，就成为目前我国水污染防治中的重大问题。我国已开始执行《城市污水处理厂污水综合排放标准》（GB18918-2002）一级A标准（氨氮＜5mg/L，TN＜15mg/L），城市污水处理的重点目标已经转向氮磷等有机营养物质的去除。因此，开发经济高效的脱氮方法和技术已成为水污染控制领域热点之一。

相比于传统的化学脱氮，生物脱氮技术由于其具有运行成本小、无二次污染和处理效果好等优势，成为脱氮技术的发展趋势。而传统的生物脱氮是指反硝化细菌利用有机物作为电子供体并提供能量来还原硝酸盐，进行反硝化作用。但在处理低C/N的污水中，需投加大量额外有机物来满足工艺需求，这会导致运行费用的增加。基于此，前人提出了自养反硝化的思路，即自养反硝化细菌可利用无机物作为电子供体来还原硝酸盐。相比于异养反硝化，自养反硝化具备以下三大优势：（1）不会存在因有机物残留导致的二次污染问题；（2）由于不需额外提供有机物，降低了成本；（3）自养菌生长速率比较缓慢，污泥产量少，降低了出水中的微生物风险。

近来，利用铁基质作为电子供体的自养反硝化脱氮研究成为国内外研究的热点。相比于氢自养反硝化过程中的H₂保存的危险性，和硫自养反硝化单质S的相对不活泼性，铁基质自养反硝化方法简单有效、无需投加碳源，成本低廉且相对安全。根据反应条件的不同，其最终产物可以是N₂。而且利用铁的氧化还原作用释放出的电子可以有效分解多种有机、无机环境污染物；铁基质氧化产生的Fe(OH)₃还可以有一定的吸附絮凝作用，能够同时达到一定的除磷效果。因此铁基质自养反硝化在水体脱氮领域具有广泛的应用前景。

 

发明内容

本发明的目的在于针对传统异养反硝化和氢、硫自养反硝化的不足，提供一株从自然界筛选出能高效利用Fe（Ⅱ）进行生物脱氮的自养反硝化细菌，其在自养兼性厌氧的环境下同时实现硝酸盐还原和Fe（Ⅱ）氧化，能有效去除废水中的氮，有较强的实用价值。

本发明提供的菌株为W3，是从武汉东湖深层底泥沉积物中分离得到，铁基质自养反硝化菌群的驯化过程均在30℃厌氧条件下进行。首先取30mL活性污泥加入盛有100mL已灭好菌的铁基质自养反硝化液体培养基的密闭三角瓶中，随后置于恒温振荡器上振荡培养4~5d，获得富集菌液。灭菌条件为121℃，高压蒸汽灭菌20 min。第一个培养周期结束后，取30mL获得的富集菌液加入到新鲜的铁基质自养反硝化液体培养基中继续培养4~5d，重复上述操作3~5次，待菌悬液中的硝氮有一定的去除率后，即获得驯化菌液。将此混合菌液涂布在铁基质自养反硝化固体培养基上，反复进行平板划线，固体、液体交替培养，分离出一株能利用Fe（Ⅱ）进行生物脱氮的自养反硝化微杆菌W3，该菌株已于2013年3月27日保藏于中国典型培养物保藏中心（武汉大学保藏中心），地址：湖北省武汉市武汉大学，分类命名为 Microbacteriumtestaceum，保藏号为：CCTCC NO: M2013108。

经鉴定菌株W3属于微杆菌属（Microbacterium sp.），宽度为0.5~1.0μm，长度为1.0~2.0μm。参照《伯杰细菌鉴定手册》第八版和《常见细菌系统鉴定手册》对铁基质自养反硝化菌进行生理生化鉴定：铁基质自养反硝化菌革兰氏染色阳性，接触酶阳性。无芽孢，具有鞭毛，不运动。在空气中的固体培养基表面上生长良好。从可发酵的碳水化合物弱产酸(主要是L(+)乳酸)。最适生长温度约为30℃，在15℃和30℃的生长是有限的或可变的；在10℃和40℃不生长，在72℃的脱脂牛奶中能存活15分钟或更长时间。铁基质自养反硝化微杆菌在培养基上生长菌落为白色，圆形，表面和边缘光滑，菌落较分散。