專利名稱：一株同時具有反硝化和鐵還原功能的脫氮副球菌及其培養(yǎng)方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)境生物技術領域，具體涉及一株具有異養(yǎng)反硝化、自養(yǎng)反硝化(鐵自養(yǎng)反硝化和硫自養(yǎng)反硝化)和鐵還原功能的脫氮副球菌ZGLl及其培養(yǎng)方法和應用。
背景技術：
近些年來，我國在大氣污染控制方面取得顯著的成績，總顆粒物的排放量得到基本控制，SO2的排放量有所下降，但氮氧化物(NOx )的排放量居高不下，并且隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和能源消費的增長而有上升的趨勢?！笆晃濉逼陂g，隨著NOx污染的不斷加劇，我國經(jīng)濟發(fā)展和人們生活受到了嚴重的影響。因此，國家在“十二五”期間加大對NOx排放的控制力度，明確將NOx作為我國國民經(jīng)濟發(fā)展的約束性指標并確定了 10%的減排目標。目前，脫除煙氣中的NOx技術的開發(fā)已經(jīng)成為大氣污染控制領域的重要內(nèi)容。另外，大量的含氮廢水的排放已經(jīng)成為環(huán)境領域的又一威脅，含氮廢水排放到水體內(nèi)會引起水體富營養(yǎng)化，產(chǎn)生水華、赤潮等現(xiàn)象，將嚴重污染受納水體且危害人體健康。因此，含氮廢水的治理也是目前我國水污染防治中的重大問題。相比于傳統(tǒng)的化學脫硝，生物脫硝技術由于其具有運行成本小、無二次污染和處理效果好等優(yōu)勢，成為脫硝技術的發(fā)展趨勢。在實際產(chǎn)生的煙氣中，95%的NOx為NO，而NO在水中的溶解度很低，從而大大增加了氣液傳質(zhì)阻力，導致直接生物法的去除效果較低。專利CN 1090985C提出了一種凈化NOx的方法，即利用化學吸收-生物還原相結合的方法(BioDeNOx)來處理煙氣中的NO，該方法利用絡合吸收劑Fe (II)EDTA吸收NO，進而通過微生物作用可以使Fe (II) EDTA-NO轉(zhuǎn)化為N2,同時由于煙氣中存在的氧氣易將Fe (II) EDTA氧化成Fe(III)EDTA從而失去對NO的絡合能力，需要再生絡合吸收劑Fe(II)EDTA。在此基礎上，Rajkumari Kumaraswamy 等利用菌株 KT-1,屬于 Bacillus azotoformans,能夠還原 Fe (II) EDTA-NO,并通過三價鐵還原菌 Deferribacteres 再生 Fe (II) EDTA (KumaraswamyR et al, 2005)。張士漢等利用自己篩選的菌株Pseudomonas sp. DN-2不僅能夠還原Fe (II)EDTA-NO,還能夠還原三價鐵,但該菌還原三價鐵的效果不是很好(Zhang SH et al,2007)。對于用Fe (II) EDTA絡合脫硝而言，經(jīng)濟、有效的吸收液再生方法還沒有找到，這是阻礙該技術應用的重要原因。因此尋找一種能同時高效還原Fe(II)EDTA-NO和Fe(III)EDTA的細菌具有重大意義。對于含氮廢水的治理，生物脫氮技術由于其快速安全而備受青睞。傳統(tǒng)反硝化作為生物脫氮的主要技術之一，是指反硝化細菌利用有機物作為電子供體并提供能量來還原硝酸鹽。但在處理低C/N的污水中，需投加大量額外有機物來滿足工藝需求，這會導致運行費用的增加?；诖?，前人提出了自養(yǎng)反硝化的思路，即自養(yǎng)反硝化細菌可利用無機物作為電子供體來還原硝酸鹽。相比于異養(yǎng)反硝化，自養(yǎng)反硝化由于具備以下三大優(yōu)勢(1)不會存在因有機物殘留導致的二次污染問題；(2)由于不需額外提供有機物，降低了成本；(3)自養(yǎng)菌生長速率比較緩慢，污泥產(chǎn)量少，降低了出水中的微生物風險。硫自養(yǎng)反硝化是目前研究較為廣泛的自養(yǎng)反硝化過程，它利用硫自養(yǎng)反硝化細菌，在厭氧條件下利用還原態(tài)硫(s2_，s°，S2032_等)作為電子供體，并通過其獲取能量，同時以硝酸鹽作為電子受體，將其還原為氮氣(Chen C et al, 2008; Sahinkaya E et al, 2011)。鐵自養(yǎng)反硝化也是最近發(fā)現(xiàn)的微生物代謝形式，指鐵自養(yǎng)反硝化細菌以Fe或Fe2+為唯一電子供體還原硝態(tài)氮(BernerRA and Petsch ST, 1998; Larese-Casanova P, 2010)。而還原態(tài)硫化合物在巖石圈和水圈中主要以黃鐵礦、白鐵礦和磁黃鐵礦等硫鐵礦化物形式存在，而這些硫鐵礦化物尤其是黃鐵礦是硫和鐵在生物地球化學循環(huán)中主要的存儲形式，由此可見，硫鐵自養(yǎng)反硝化很有可能同步發(fā)生在同一體系中，找到一株同時具備硫自養(yǎng)反硝化和鐵自養(yǎng)反硝化的細菌具有實際的應用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對廢氣脫硝領域中BioDeNOx工藝的不足，提供一株在有機碳源存在的條件下能同時高效還原Fe (II)EDTA-NO和Fe (III)EDTA的細菌，在同一厭氧體系中同時實現(xiàn)Fe (II)EDTA-NO的還原和Fe (II)EDTA的再生，達到連續(xù)脫硝的目的。同時該菌能夠針對傳統(tǒng)反硝化工藝的不足，不僅僅可完成異養(yǎng)反硝化過程，還能夠同時實現(xiàn)硫自養(yǎng)反硝化和鐵自養(yǎng)反硝化過程，能有效的去除廢水中的氮，有較強的實用價值。本發(fā)明的技術方案如下一株同時具有反硝化和鐵還原功能的脫氮副球菌，該菌株脫氮副球菌ZGL1，已于2012年5月7日在中國典型培養(yǎng)物保藏中心保藏，其保藏號CCTCC M 2012158。本發(fā)明的脫氮副球菌的培養(yǎng)方法，是將脫氮副球菌ZGLl接種于培養(yǎng)基中，pH7. 1 · 4，30°C，恒溫靜止厭氧培養(yǎng)。異養(yǎng)反硝化廢氣脫硝培養(yǎng)基組分為有機碳源I 10 mM，F(xiàn)e111(L) 5 25 mM,Fe11 (L) -NO 2 10mM，其余成分為 MgSO4 · 7H20 5 mM, CaCl2 · 2H20 5 mM, NH4Cl O. 28 g/L,KH2PO4 O. 25 g/L, NaHCO3 5.4 g/L，調(diào)節(jié)pH 7. 2 7. 4，培養(yǎng)基為滅過菌的；異養(yǎng)反硝化廢水脫氮培養(yǎng)基組分為有機碳源1 10 mM，KNO3或KNO2 5 15禮，其余成分為MgSO4 ·7Η20 5 mM,CaCl2 · 2H20 5 mM, NH4Cl O. 28 g/L, KH2PO4 O. 25 g/L, NaHCO3 5. 4 g/L，調(diào)節(jié) pH 7. 2 7. 4，培養(yǎng)基為滅過菌的。硫自養(yǎng)反硝化廢氣脫硝培養(yǎng)基組分為Na2S2O3或Sci或Na2S 2 10mM，F(xiàn)e11 (L)-NO2 10mM，其余成分為 MgSO4 · 7H20 5 mM, CaCl2 · 2H20 5 mM, NH4Cl O. 28 g/L, KH2PO4 O. 25 g/L，NaHCO3 5.4 g/L，調(diào)節(jié)pH 7. 2 7. 4，培養(yǎng)基為滅過菌的。硫自養(yǎng)反硝化廢水脫氮培養(yǎng)基組分為 Na2S2O3 或 S0 或 Na2S 2 lOmM，KNO3 或 KNO2 5 15 禮，其余成分為 MgSO4 · 7H20 5 mM,CaCl2 · 2H20 5 mM, NH4Cl O. 28 g/L, KH2PO4 O. 25 g/L, NaHCO3 5. 4 g/L，調(diào)節(jié) pH 7. 2 7. 4，培養(yǎng)基為滅過菌的。鐵自養(yǎng)反硝化廢氣脫硝培養(yǎng)基組分為Fe11 (L) rio mM, Fe11 (L) -NO 4 10mM，其余成分為 MgSO4 · 7H20 5 mM, CaCl2 · 2H20 5 mM, NH4Cl O. 28 g/L, KH2PO4 O. 25 g/L, NaHCO35.4 g/L，調(diào)節(jié)pH 7. 2 7. 4，培養(yǎng)基為滅過菌的；鐵自養(yǎng)反硝化廢水脫氮培養(yǎng)基組分為FeCl24 10 mM, KNO3 或 KNO2 5 15 禮，，其余成分為 MgSO4 · 7H20 5 mM, CaCl2 · 2H20 5 mM, NH4Cl
O.28 g/L, KH2PO4 O. 25 g/L，NaHCO3 5. 4 g/L，調(diào)節(jié) pH 7. 2 7. 4，培養(yǎng)基為滅過菌的。異養(yǎng)鐵還原培養(yǎng)基組分為有機碳源I 10 mM, FeCl3 5 25 mM，其余成分為MgSO4 · 7H20 5 mM, CaCl2 · 2H20 5 mM, NH4Cl 0. 28 g/L, KH2PO4 0. 25 g/L, NaHCO3 5. 4 g/L,調(diào)節(jié)pH 7. 2 7. 4，培養(yǎng)基為滅過菌的。本發(fā)明的脫氮副球菌ZGLl的應用如下該菌用于異養(yǎng)反硝化廢氣脫硝使用Fe11(L)作為絡合吸收劑來吸收NO，有機碳源作為電子供體來同時還原Fe11 (L)-NO和Fem(L);該菌用于異養(yǎng)反硝化廢水脫氮用有機碳源作為電子供體來還原硝酸鹽、亞硝酸鹽。該菌用于硫自養(yǎng)反硝化廢氣脫硝使用Fe11(L)作為絡合吸收劑來吸收NO，硫代硫酸鹽、單質(zhì)硫或硫化物作為電子供體來還原Fe11(L)-NO ;該菌用于硫自養(yǎng)反硝化廢水脫氮以硫代硫酸鹽、單質(zhì)硫或硫化物作為電子供體來還原硝酸鹽、亞硝酸鹽。該菌用于鐵自養(yǎng)反硝化廢氣脫硝使用Fe11(L)作為絡合吸收劑來吸收NO，以 Fe11(L)為電子供體來還原Fe11 (L)-NO;該菌用于鐵自養(yǎng)反硝化廢水脫氮以Fe11為電子供體來還原硝酸鹽、亞硝酸鹽。該菌用于異養(yǎng)鐵還原，以有機碳源作為電子供體來還原Fe111。上述的用于廢氣脫硝的亞鐵絡合劑L是乙二胺四乙酸(EDTA)、次氮基三乙酸(NTA)、羥乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)、二乙三胺五乙酸(DTPA)的一種或多種組合。上述的用于異養(yǎng)過程的有機碳源為葡萄糖、蔗糖、乳酸鈉、甲醇、乙醇、甲酸鈉、乙酸鈉、檸檬酸鈉、垃圾滲濾液、淀粉加工產(chǎn)生的有機廢棄物或有機廢水、造紙工業(yè)產(chǎn)生的有機廢棄物或有機廢水。本發(fā)明的有益效果是該菌株不僅能夠完成異養(yǎng)反硝化和自養(yǎng)反硝化過程(包括硫自養(yǎng)反硝化和鐵自養(yǎng)反硝化)，還可以有效還原三價鐵。在廢氣治理中，用同一菌株在BioDeNOx脫硝工藝中同時實現(xiàn)Fe (II)EDTA-NO的還原和Fe (II) EDTA的再生，達到連續(xù)脫硝的目的，能耗低、投資和運行費用少，無二次污染。在廢水處理中，該菌不僅可以通過異養(yǎng)反硝化的過程脫除廢水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽，還能夠通過硫自養(yǎng)反硝化和鐵自養(yǎng)反硝化過程進行廢水脫氮，成本較低，工藝簡單，有較強的實用價值。
具體實施例方式實施例I :本發(fā)明菌株在有機碳源條件下異養(yǎng)反硝化廢水脫氮有機碳源脫氮培養(yǎng)基MgS04· 7H20 5 mM, CaCl2 · 2H20 5 mM, NH4Cl O. 28 g/L,KH2PO4 0. 25 g/L, NaHCO3 5. 4 g/L, KNO3 10 mM，葡萄糖 5 mM，調(diào)節(jié)pH 7. 2 7. 4，培養(yǎng)基為滅過菌的。使用有機碳源脫氮培養(yǎng)基，在厭氧條件下接種干重量為O. 6g/L的菌株ZGL1，30°C下培養(yǎng)，間隔一定時間取樣測定硝酸鹽濃度的變化，結果見表I。從表I中可以看出，在有機碳源存在的條件下，脫氮速度快，效率高，經(jīng)過24 h的培養(yǎng)，體系中94. 9%的硝酸鹽被脫除。表I菌株ZGLl在異養(yǎng)反硝化的作用
權利要求
1.一株同時具有反硝化和鐵還原功能的脫氮副球菌，其特征在于，該細菌為脫氮副球菌ZGLl，保藏號CCTCC M 2012158，保藏地點中國典型培養(yǎng)物保藏中心，保藏時間2012年5月7日。
2.權利要求I所述脫氮副球菌的培養(yǎng)方法，其特征在于將脫氮副球菌ZGLl接種于培養(yǎng)基中，pH 7. 2^7. 4，30°C，恒溫靜止厭氧培養(yǎng)。
3.根據(jù)權利要求2所述的培養(yǎng)方法，其特征在于異養(yǎng)反硝化廢氣脫硝培養(yǎng)基組分為有機碳源 I 10 mM, Fe111(L) 5 25 mM, Fe11 (L) -NO 2 10mM，其余成分為 MgSO4 7H20 5 mM,CaCl2CH2O 5 mM, NH4Cl 0. 28 g/L, KH2PO4 0. 25 g/L, NaHCO3 5.4 g/L，調(diào)節(jié) pH 7. 2 7. 4，培養(yǎng)基為滅過菌的；異養(yǎng)反硝化廢水脫氮培養(yǎng)基組分為有機碳源廣10 mM, KNO3或KNO2 5^15mM，其余成分為 MgSO4 7H20 5 mM, CaCl2 2H20 5 mM, NH4Cl 0. 28 g/L, KH2PO4 0. 25 g/L,NaHCO3 5.4 g/L，調(diào)節(jié)pH 7. 2 7. 4，培養(yǎng)基為滅過菌的。
4.根據(jù)權利要求2所述的培養(yǎng)方法，其特征在于硫自養(yǎng)反硝化廢氣脫硝培養(yǎng)基組分為 Na2S2O3 或 S?；?Na2S 2 IOmM, Fe11 (L) -NO 2 IOmM,其余成分為 MgSO4 7H20 5 mM,CaCl2 2H20 5 mM, NH4Cl 0. 28 g/L, KH2PO4 0. 25 g/L, NaHCO3 5. 4 g/L，調(diào)節(jié) pH 7. 2 7. 4，培養(yǎng)基為滅過菌的；硫自養(yǎng)反硝化廢水脫氮培養(yǎng)基組分為Na2S2O3或Stl或Na2S 2^10mM, KNO3或 KNO2 5 15 mM，其余成分為 MgSO4 .7H20 5 mM, CaCl2 2H20 5 mM, NH4Cl 0. 28 g/L，KH2PO40.25 g/L, NaHCO3 5. 4 g/L，調(diào)節(jié)pH 7. 2 7. 4，培養(yǎng)基為滅過菌的。
5.根據(jù)權利要求2所述的培養(yǎng)方法，其特征在于鐵自養(yǎng)反硝化廢氣脫硝培養(yǎng)基組分為 Fe11 (L) 4 10 mM, Fe11 (L) -NO 4 IOmM,其余成分為 MgSO4 7H20 5 mM, CaCl2 2H20 5 mM,NH4Cl 0. 28 g/L, KH2PO4 0. 25 g/L, NaHCO3 5. 4 g/L，調(diào)節(jié) pH 7. 2 7. 4，培養(yǎng)基為滅過菌的；鐵自養(yǎng)反硝化廢水脫氮培養(yǎng)基組分為FeCl2 riO mM，KNO3或KNO2 5 15 mM，其余成分為MgSO4 7H20 5 mM, CaCl2 2H20 5 mM, NH4Cl 0. 28 g/L, KH2PO4 0. 25 g/L, NaHCO3 5. 4 g/L,調(diào)節(jié)pH 7. 2 7. 4，培養(yǎng)基為滅過菌的。
6.根據(jù)權利要求2所述的培養(yǎng)方法，其特征在于異養(yǎng)鐵還原培養(yǎng)基組分為有機碳源I 10 mM, FeCl3 5 25 禮，其余成分為 MgSO4 7H20 5 mM, CaCl2 2H20 5 mM, NH4Cl 0. 28 g/L, KH2PO4 0. 25 g/L, NaHCO3 5. 4 g/L，調(diào)節(jié) pH 7. 2 7. 4，培養(yǎng)基為滅過菌的。
7.根據(jù)權利要求I所述脫氮副球菌的應用，其特征在于 該菌用于異養(yǎng)反硝化廢氣脫硝使用Fe11 (L)作為絡合吸收劑來吸收NO，有機碳源作為電子供體來同時還原Fe11 (L) -NO和Fe111 (L)； 該菌用于異養(yǎng)反硝化廢水脫氮用有機碳源作為電子供體來還原硝酸鹽、亞硝酸鹽。
8.根據(jù)權利要求I所述脫氮副球菌的應用，其特征在于 該菌用于硫自養(yǎng)反硝化廢氣脫硝使用Fe11(L)作為絡合吸收劑來吸收NO，硫代硫酸鹽、單質(zhì)硫或硫化物作為電子供體來還原Fe11 (L) -NO ； 該菌用于硫自養(yǎng)反硝化廢水脫氮以硫代硫酸鹽、單質(zhì)硫或硫化物作為電子供體來還原硝酸鹽、亞硝酸鹽。
9.根據(jù)權利要求I所述脫氮副球菌的應用，其特征在于 該菌用于鐵自養(yǎng)反硝化廢氣脫硝使用Fe11(L)作為絡合吸收劑來吸收NO，以Fe11(L)為電子供體來還原Fe11 (L)-NO; 該菌用于鐵自養(yǎng)反硝化廢水脫氮以Fe11為電子供體來還原硝酸鹽、亞硝酸鹽。
10.根據(jù)權利要求I所述脫氮副球菌的應用，其特征在于該菌用于異養(yǎng)鐵還原，以有機碳源作為電子供體來還原Fe111。
11.根據(jù)權利要求7或8或9所述脫氮副球菌的應用，其特征在于用于廢氣脫硝的亞鐵絡合劑L是乙二胺四乙酸(EDTA)、次氮基三乙酸(NTA)、羥乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)、二乙三胺五乙酸(DTPA)的一種或多種組合。
12.根據(jù)權利要求7或8或9所述脫氮副球菌的應用，其特征在于用于異養(yǎng)過程的有機碳源為葡萄糖、蔗糖、乳酸鈉、甲醇、乙醇、甲酸鈉、乙酸鈉、檸檬酸鈉、垃圾滲濾液、淀粉加工產(chǎn)生的有機廢棄物或有機廢水、造紙工業(yè)產(chǎn)生的有機廢棄物或有機廢水。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境生物技術領域，涉及一株具有異養(yǎng)反硝化、自養(yǎng)反硝化和鐵還原功能的脫氮副球菌及其培養(yǎng)方法和應用。該細菌為脫氮副球菌ZGL1，保藏號為CCTCC M 2012158，不僅能夠完成異養(yǎng)反硝化和自養(yǎng)反硝化過程(包括硫自養(yǎng)反硝化和鐵自養(yǎng)反硝化)，還可以有效還原三價鐵。在廢氣治理中，用同一菌株在BioDeNOX脫硝工藝中同時實現(xiàn)Fe(II)EDTA-NO的還原和Fe(II)EDTA的再生，達到連續(xù)脫硝的目的，能耗低、投資和運行費用少。在廢水處理中，該菌不僅可以通過異養(yǎng)反硝化的過程脫除廢水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽，還能夠通過硫自養(yǎng)反硝化和鐵自養(yǎng)反硝化過程進行廢水脫氮，成本較低，工藝簡單。
文檔編號C02F3/34GK102676430SQ20121014454
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權日2012年5月10日
發(fā)明者周集體, 張玉, 李寧, 董西洋, 陳明翔 申請人:大連理工大學