專利名稱：一種低溫同步異氧硝化-好氧反硝化與除磷的菌株及應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及生物脫氮除磷領域，特別涉及一種用于低溫條件下生物脫氮除磷的不動桿菌菌株及其應用。在低溫條件下，該菌株具有異養(yǎng)硝化-好氧反硝化的功能，并可以在同步硝化反硝化脫氮的過程中，同時去除污水中的磷酸鹽，從而達到同步生物脫氮除磷的目的。
背景技術：
我國水污染的狀況十分嚴峻，其中由氮、磷污染引發(fā)的水體富營養(yǎng)化問題尤為突出。據(jù)環(huán)境部門的監(jiān)測結果顯示，我國七大水系中一半以上河段水質受到污染，全國1/3的水體不適于魚類生存，1/4的水體不適于灌溉，90%的城市水域污染嚴重，50%的城鎮(zhèn)水源不符合飲用水標準，40%的水源已不能飲用，主要污染物為氨氮、CODMn, B0D、揮發(fā)酚和石油類 物質。因此，嚴格控制污水達標排放，有效控制水污染狀況已經(jīng)成為水資源保護的當務之急。人類日常生活產(chǎn)生的生活污水排放量大，含有機物以及氮、磷等營養(yǎng)物質多，已經(jīng)成為水體的重要污染源?！冻擎?zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中提出了嚴格的有機物、氮、磷等污染物的排放標準。目前的城市污水處理廠大都采用運行穩(wěn)定、成本低廉的生物處理工藝，其中具有脫氮除磷功能的A20、倒置A20、SBR等工藝及NICH深度處理工藝的應用日益廣泛。通常情況下，這些工藝可以較有效地去除水中的有機物及氮、磷等營養(yǎng)元素，實現(xiàn)達標排放。然而，在寒冷的冬季，水溫嚴重下降，尤其在廣大的北方地區(qū)，排水溫度可以達到10°C甚至更低。低溫嚴重抑制了生物處理系統(tǒng)中微生物的活性，從而使污染物去除速率明顯降低，出水難以達標。其中，自養(yǎng)的硝化細菌受到低溫的抑制作用更加顯著，在低溫條件下生長極其緩慢，極易從處理系統(tǒng)中流失，使得低溫硝化無法進行；而低溫條件下水中溶解氧濃度的明顯升高也對缺氧反硝化的進行造成了不利影響。另外，低溫條件下污泥增長緩慢，污泥齡明顯延長，這也使得依賴剩余污泥排放實現(xiàn)磷去除的生物除磷效率明顯降低。因此，在低溫條件下進行生物脫氮除磷已經(jīng)成為城鎮(zhèn)生活污水處理廠實現(xiàn)達標排放的一大難題。為了應對寒冷天氣條件下出現(xiàn)的上述問題，常常在工程上采用降低污泥負荷、增加污泥回流量、增加污水停留時間、以及對部分構筑物采取保溫或升溫等措施來保證出水水質。然而，這些措施不僅會增加工程投資和運行費用，而且很難保證污水處理效果，還常會引起污泥膨脹等問題。分離、篩選高活性的低溫微生物用于冬季生活污水的處理，能夠從根本上解決低溫條件下污染物去除率低下的問題。研究者們已嘗試向生物處理池中投加自養(yǎng)硝化污泥來提高氨氮的去除效率，但是在低溫、較高溶解氧條件下反硝化難以進行，從而導致硝化反應產(chǎn)生的硝氮、亞硝氮無法得到有效去除，出水總氮仍然難以達標。而氧化態(tài)氮的積累對磷的厭氧釋放有一定的抑制作用，從而使得除磷效果通常無法得到保證。此外，由于自養(yǎng)硝化菌在低溫條件下生長極其緩慢，容易隨著剩余污泥排放從處理體系中洗脫出去，往往需要連續(xù)投加，增加了運行費用。針對這種情況，本發(fā)明篩選出耐冷的、并同時具有脫氮及除磷功能的菌株用于低溫生活污水的處理。在低溫、好氧條件下，該菌株能夠進行同步硝化反硝化有效去除污水中總氮并同時去除磷酸鹽。此外，該菌在低溫條件下生長良好，可以在生物處理系統(tǒng)中長期持留，無須進行連續(xù)投加。該菌株的應用對于解決低溫脫氮除磷的難題具有重要意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于低溫生物脫氮除磷的不動桿菌菌株及其應用。本發(fā)明提供的不動桿菌(Acinetobacter sp.)菌株HA2已與2012年4月25日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(簡稱CGMCC)，保藏號為CGMCCNo. 6052，保藏單位地址為北京市朝陽區(qū)北辰西路I號院3號，中國科學院微生物研究所，郵政編碼為100101。菌株HA2是從活性污泥中分離、篩選得到的一株革蘭氏陰性細菌。形態(tài)特征菌株HA2在15_20°C下，營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基上培養(yǎng)24_36h后，菌落呈蠟滴狀，表面光滑，無色素；通過革蘭氏染色后在顯微鏡下呈陰性；菌體呈球狀或球桿狀，成雙排列為主。該菌株的16S rRNA基因序列特征其16S rRNA具有如序列表中序列I所示的核苷酸序列，序列長度為1417bp。根據(jù)其形態(tài)特征及其16S rRNA基因序列,鑒定該菌株為不動桿菌(Acinetobactersp.)。該菌株HA2可在低溫條件下脫氮除磷，在實際應用中，可將菌株HA2置于廢水中，進行生物脫氮除磷。所述廢水的溫度10_20°C。所述廢水的溶解氧可為2_6mg/L。所述廢水的碳源為為醋酸鈉或琥珀酸鈉。所述廢水的氮是氨氮、硝酸鹽氮和/或亞硝酸鹽氮。所述廢水的磷是磷酸鹽。 所述廢水的pH可為6-9。本發(fā)明的又一目的在于提供一種用于低溫生物脫氮除磷的微生物菌劑，其活性成分為所述的菌株HA2。本發(fā)明的不動桿菌及其應用與現(xiàn)有技術相比較有如下有益效果I.本發(fā)明的菌株HA2對低溫的耐受能力強，在低溫條件下能夠快速生長并且去除 氨氮，有效克服了傳統(tǒng)自養(yǎng)硝化菌在低溫條件下生長困難、在處理體系中難以有效持留的難題；2.菌株HA2能夠在進行硝化反應的同時進行好氧反硝化，實現(xiàn)了一步好氧條件下氮素的徹底去除，相比傳統(tǒng)的缺氧-好氧脫氮工藝，簡化了工藝流程，節(jié)省了基建投資和運行費用；3.菌株HA2在好氧條件下脫氮的同時可以有效吸磷，實現(xiàn)磷的去除，亦有效解決了脫氮除磷由自養(yǎng)硝化菌與異養(yǎng)聚磷菌兩種不同類型的菌群分別進行時所需污泥不同而產(chǎn)生的矛盾；4.本發(fā)明的菌株HA2適用于各種廢水的脫氮除磷處理，應用前景廣闊，具有很好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。


圖I為菌株HA2的溫度特性；圖2為菌株HA2在10°C下對磷酸鹽和氮素的去除；圖3為菌株HA2在不同溫度下對氮的去除；圖4為菌株HA2在不同溫度下對磷的去除；
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。下述實施例中，如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實施例中，所述百分含量如無特殊說明，均為質量百分含量。實施例I.菌株HA2的溫度特性在不同的溫度10°C、15°C、20°C、25°C、3(TC條件下考察菌株的生長性能，具體實施步驟如下將菌株HA2接種于150ml的BM培養(yǎng)基中(每升含醋酸鈉2. 73g，NH4Cl :0. 306g,KH2PO4 0. IgjMgSO4 *7H20 :0. IgjFeSO4 *7H20 :0. 001g，pH :7. 0-7. 3，121。。20min 蒸汽滅菌)，分別于搖床10°C、15°C、20°C、25°C、3(TC，160r/min進行預培養(yǎng)。待菌株生長至對數(shù)生長期后期時，取IOml的菌液接入新鮮的150ml BM培養(yǎng)基中，分別于10°C、15°C、20°C、25°C、30°C，160r/min進行振蕩培養(yǎng)。每隔一段時間取反應液，測定0D600，表征菌株的生長情況。結果如圖I所示，菌株在20°C到30°C之間生長最佳，在20°C生長速率達到最高。在15°C及10°C，生長速率較最大生長速率均有小幅度下降，但即使在10°C，菌株仍然維持較高的生長速率，在24h左右即可達到最大生長量。由此可見，該菌株為對低溫有良好耐受能力的耐冷菌。其溫度特性明顯不同于一般最適溫度高于30°C，在15°C以下生長速率嚴重下降，在10°C時生長困難的中溫菌。該菌株在低溫條件下的生長速率遠超過傳統(tǒng)的自養(yǎng)硝 化菌株，具有良好的應用潛力。實施例2.菌株HA2在10°C下對磷酸鹽和氮素的去除以醋酸鈉為有機碳源，氨氮為氮源，磷酸鹽為磷源，所述菌株HA2對氮、磷的去除能力測定。具體實施步驟如下將菌株HA2接種于150ml的BM培養(yǎng)基中，于搖床10°C，160r/min進行預培養(yǎng)。待菌株生長至對數(shù)生長期后期時，取IOml的菌液接入新鮮的150ml BM培養(yǎng)基中，10°C，160r/min進行振蕩培養(yǎng)。每隔一段時間取反應液，8000rpm離心IOmin之后,取上清液測定各種含氮化合物以及磷酸鹽濃度。結果如圖2所示，整個實驗過程中，氮、磷濃度均不斷下降。在24h之內氨氮的去除率接近100%，氨氮降解速率可達3. 12mg-N/L/h。此外，在整個降解過程中，硝氮和亞硝氮幾乎沒有任何積累，廢水中大部分的氨氮通過異養(yǎng)硝化-好氧反硝化作用直接轉化為氣體產(chǎn)物，實現(xiàn)了總氮的有效去除。另外，在脫氮的同時磷也得到了有效去除，在24h之內磷的去除率超過90%，菌株體現(xiàn)除了良好的好氧吸磷的能力。因此，該菌株在低溫好氧條件下有效實現(xiàn)了氮和磷的快速同步去除。實施例3.菌株HA2在不同溫度下對氮的去除在不同的溫度10°C、15 °C、20°C、25 °C、30°C條件下考察菌株的脫氮性能，具體實施步驟如下將菌株HA2接種于150ml的BM培養(yǎng)基中，分別于搖床10 °C、15°C、20°C、25°C、30°C，160r/min進行預培養(yǎng)。待菌株生長至對數(shù)生長期后期時，取IOml的菌液接入新鮮的150ml BM培養(yǎng)基中，分別與10°C、15°C、20°C、25°C、30°C，160r/min進行振蕩培養(yǎng)。每隔一段時間取反應液，8000rpm離心IOmin之后，取上清液測定各種含氮化合物的濃度。
結果如圖3所示，該菌株在10_30°C的溫度范圍內，均可以有效的去除總氮。其在20°C時，總氮的平均去除速率最高，為6. 04mg-N/L/h。在15°C及10°C條件下，總氮去除速率亦能分別達到 4. 36mg-N/L/h 及 3. 12mg_N/L/h。實施例4.菌株HA2在不同溫度下對磷的去除在不同的溫度10°C、15°C、20°C、25°C、30°C條件下考察菌株的除磷性能，具體實施步驟如下將菌株HA2接種于150ml的BM培養(yǎng)基中，分別于搖床10 °C、15°C、20°C、25°C、30°C，160r/min進行預培養(yǎng)。待菌株生長至對數(shù)生長期后期時，取IOml的菌液接入新鮮的150ml BM培養(yǎng)基中，分別與10°C、15°C、20°C、25°C、30°C，160r/min進行振蕩培養(yǎng)。每隔一段時間取反應液，8000rpm離心IOmin之后,取上清液測定磷酸鹽的濃度。結果如圖4所示，該菌株在10°C _30°C的溫度范圍內，均可以有效除磷。其在10°C時，對磷的去除效率最高，超過90%。隨著溫度的升高，除磷效率呈下降趨勢，當溫度為30°C時，菌株除磷效率為57. 80%。這可能是由于磷的去除不僅依靠菌株的胞內吸磷作用，也與菌株分泌的胞外EPS吸附去除有關，而在較高的溫度條件下，菌株分泌的EPS減少，也使得菌株的除磷效率有小幅度的下降。
權利要求
1.不動桿菌(Acinetobactersp.)菌株HA2,保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏號為CGMCC No. 6052。
2.權利要求I所述的不動桿菌(Acinetobactersp.)菌株HA2在水溶液中進行低溫脫氮除磷的應用。
3.根據(jù)權利要求2所述的應用，其特征在于所述低溫為10-20°C。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的應用，其特征在于所述的水溶液的溶解氧是2-6mg/L。
5.根據(jù)權利要求2-4任一所述的應用，其特征在于所述的水溶液中的氮是氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮中的一種或者幾種。
6.根據(jù)權利要求2-5任一所述的應用，其特征在于所述的水溶液中的磷是磷酸鹽。
7.一種用于低溫脫氮除磷的微生物菌劑，其活性成分為權利要求I所述的不動桿菌(Acinetobacter sp.)菌株 HA2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠在低溫條件下同時進行生物脫氮及除磷的不動桿菌菌株及其應用。本發(fā)明提供的不動桿菌(Acinetobacter sp.)菌株HA2已于2012年4月25日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(簡稱CGMCC)，保藏號為CGMCC No.6052。該菌株對低溫的耐受能力強，在低溫條件下(10℃)生長良好，并且同時具備異養(yǎng)硝化、好氧反硝化及好氧吸磷的能力。在低溫、好氧條件下，該菌株能夠進行同步硝化反硝化有效去除廢水中總氮并同時去除磷酸鹽，從而有效實現(xiàn)了低溫條件下一步好氧階段同時脫氮除磷，具有廣闊的應用前景。
文檔編號C02F3/34GK102676434SQ201210158500
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月21日 優(yōu)先權日2012年5月21日
發(fā)明者倪晉仁, 姚碩 申請人:北京大學