申请日2016.05.26
公开(公告)日2016.09.21
IPC分类号C12N1/20; C02F3/34; C02F103/30; C12R1/37
摘要
一株深海产电菌在印染废水脱色中的应用，涉及海洋微生物。所述深海产电菌为摩根菌DS4020。所述深海产电菌可在印染废水脱色中应用。应用方法：1)将摩根菌接种于海洋肉汤2216培养基，好氧或培养至对数期末期得培养物;2)将染料溶液加入DM培养基得模拟染料废水;3)将步骤1)所得的培养物接种到步骤2)所得的模拟染料废水，通无氧气体排除反应器中的氧气。然后进行厌氧培养，培养条件：培养温度为10～30℃，转速为20～100r/min;4)随着反应器运行，目测观察到反应器中的液体颜色逐渐退去直到无色;或者用光度计法，通过测量染料特征吸收峰的吸光度，计算脱色效率。
权利要求书
1.一株深海产电菌在印染废水脱色中的应用，所述深海产电菌为摩根菌(Morganellasp.)DS4020，该菌已于2015年9月28日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏中心登记入册编号为CCTCC NO：M 2015584。
2.如权利要求1所述应用，其特征在于所述印染废水中的染料为偶氮染料、三苯基甲烷染料、蒽醌染料中的至少一类。
3.如权利要求1所述应用，其特征在于所述印染废水中的染料选自丽春红2R、酸性大红GR、刚果红、直接黄、孔雀绿、结晶紫、活性艳兰KN-R、亚甲基蓝中的至少一种。
4.如权利要求1所述应用，其特征在于应用的具体方法如下：
1)将摩根菌(Morganella sp.)DS4020接种于高温灭菌的海洋肉汤2216培养基，好氧或培养至对数期末期，得培养物备用;
2)在无菌操作条件下，将高浓度的染料溶液加入到高温灭菌后的DM培养基，得模拟染料废水，高浓度染料溶液，事先经过0.2μm的滤膜过滤除菌，所加的染料，可以是单种染料或者多种染料，染料最终浓度小于500mg/L;
3)将步骤1)所得的培养物接种到步骤2)所得的模拟染料废水，按质量百分比培养物的接种量为模拟染料废水的0.5%～20%，通高纯无氧气体(如高纯氮气或者氩气)排除反应器中的氧气，然后进行厌氧培养，培养条件：培养温度为10～30℃，转速为20～100r/min;
4)随着反应器运行，目测观察到反应器中的液体颜色逐渐退去直到无色;或者用光度计法，通过测量染料特征吸收峰的吸光度，计算脱色效率。
5.如权利要求4所述应用，其特征在于在步骤2)中，所述DM培养基的组成包括有机物或有机废水，以及氮源、无机盐、pH缓冲液和微量元素;所述有机物可选自乳酸、甲酸、丙酮酸、葡萄糖、蔗糖中的至少一种，所述有机废水的总当量质量浓度可为100～30000mg/L COD。
6.如权利要求5所述应用，其特征在于所述氮源采用无机氮源或有机氮源，所述无机氮源的质量浓度为0.2～5g/L，所述有机氮源的质量浓度为0.2～5g/L。
7.如权利要求6所述应用，其特征在于无机氮源选自氯化铵、硫酸铵中的一种，有机氮源选自酵母膏、蛋白胨中的一种。
8.如权利要求5所述应用，其特征在于所述无机盐选自钠盐、钾盐中的一种，无机盐的质量浓度可为0.2～80g/L。
9.如权利要求5所述应用，其特征在于所述pH缓冲液采用磷酸缓冲盐或碳酸缓冲盐，pH缓冲液的摩尔浓度为20～100mmol/L pH7.0的磷酸缓冲当量。
10.如权利要求5所述应用，其特征在于所述微量元素的体积浓度为5～20ml/L，微量元素的组成包括：FeSO4·7H2O 0.1g/L;CoCl2·6H2O 0.1g/L;CaCl2·2H2O 0.1g/L;ZnSO4·7H2O 0.1g/L;CuSO4·5H2O 0.01g/L;AlK(SO4)2·12H2O 0.01g/L;H3BO3 0.01g/L;Na2MoO4·2H2O 0.01g/L;Na2SeO3 0.01g/L;NiCl2·6H2O 0.01g/L;Na2WO4·2H2O 0.01g/L。
说明书
一株深海产电菌在印染废水脱色中的应用
技术领域
本发明涉及海洋微生物，尤其是涉及一株深海产电菌在印染废水脱色中的应用。
背景技术
印染工艺需要大量水来处理织物，其中大部分工艺水最终转变成废水。我国是一个纺织印染大国，印染废水已经成为我国工业废水的主要来源。印染行业废水不仅水量大，而且COD(化学需氧量)浓度高，属于难处理工业废水。造成印染废水难处理的两个主要原因是：1)印染行业所用的染料种类多、结构复杂，而且通常有很稳定的颜色。这些染料通常是自然界没有的化合物，对环境微生物来讲属于难以利用的异生质。2)印染废水通常含有大量的盐。这些盐，一方面是根据染色工艺需要添加的;另一方面是废水回用过程中逐渐累积造成的。2010年国家出台“印染行业准入条件”，规定印染行业水的重复利用率要达到35%以上。纳滤、反渗透等膜分离技术被广泛用于印染废水过滤后的回收利用。但膜过滤获得高品质回用水的同时，产生大量的浓缩废水。这些浓缩废水不仅含有大量的染料，而且含有大量的无机盐。普通微生物难以在高盐下生长，采用耐盐的脱色菌是处理高盐印染废水的有效方法。此外，现有研究结果已经表明，强极性染料以及大分子染料，难以进入细胞被微生物利用。因此，需要添加人工电子介体，实现还原力从胞内转移到胞外，从而降解染料。或使用那些能自身能分泌电子介体的微生物，也能起到相同的作用。但是，添加人工电子介体会增加废水处理成本，而且在连续流动的反应器中，存在电子介体容易流失问题。
由于海洋特殊的天然条件，来自海洋的菌株通常具有耐盐甚至嗜盐特性。那些能脱色的海洋微生物，往往是耐盐的或者是嗜盐的脱色菌。产电菌具有特殊胞外电子传递途径，能将代谢产生的电子传递给胞外最终电子受体。由于强极性染料分子难以进入细胞，所以这些染料可作为一类特殊的胞外电子受体。深海产电菌同时具备耐盐和胞外电子传递的双重特性，因此它们自然是耐盐或者是嗜盐的胞外电传脱色菌。此类菌株在印染废水生物处理领域，有很好的应用潜力，但是相关研究和应用还处于起步阶段。
本申请人在中国专利201510675696.2中公开了一株摩根菌(Morganella sp.)DS4020，该菌已于2015年9月28日保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：中国.武汉.武汉大学，邮编：430072，保藏中心登记入册编号为CCTCC NO：M 2015584。
所述摩根菌(Morganella sp.)DS4020来自印度洋4020m的深海沉积物。经过微生物燃料富集和厌氧滚管技术分离得到。该菌株为兼性厌氧菌、杆状、长约2μm、宽0.7～0.8μm、有鞭毛、革兰氏阴性。有较宽的pH(5～10)、温度(4～40℃)、NaCl浓度(0～9%)生长范围。该菌的显著特征为具有电催化活性，即还原微生物燃料电池的阳极。
发明内容
本发明的目的在于提供一株深海产电菌在印染废水脱色中的应用。
所述深海产电菌为摩根菌(Morganella sp.)DS4020，该菌已于2015年9月28日保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：中国.武汉.武汉大学，邮编：430072，保藏中心登记入册编号为CCTCC NO：M 2015584(参见本申请人的在先专利申请CN201510675696.2)。
实验证明，所述深海产电菌可在印染废水脱色中应用。
所述印染废水中的染料为偶氮染料、三苯基甲烷染料、蒽醌染料中的至少一类。
所述印染废水中的染料选自丽春红2R、酸性大红GR、刚果红、直接黄、孔雀绿、结晶紫、活性艳兰KN-R、亚甲基蓝中的至少一种。
该菌的生物学特性以及胞外电子传递特性参见中国专利201510675696.2。偶氮染料、三苯基甲烷染料和蒽醌染料是印染行业三大类常用染料。深海产电菌DS4020能降解脱色这三类染料，如丽春红2R、酸性大红GR、刚果红、直接黄、孔雀绿、结晶紫、活性艳兰KN-R和亚甲基蓝等。
对于这些染料中具有强极性的染料，菌株DS4020有良好的脱色作用。以丽春红2R为例，该染料含有偶氮键和强极性的磺酸基。当培养基含氯化钠在0～20%(质量)浓度范围内，菌株DS4020有很好的脱色效果。在低盐浓度下，脱色机理为分解染料脱色;在高盐浓度下，脱色机理为絮凝脱色。
所述深海产电菌在染料脱色中应用的具体方法如下：
1)将摩根菌(Morganella sp.)DS4020接种于高温灭菌的海洋肉汤2216培养基，好氧或培养至对数期末期，得培养物备用;
2)在无菌操作条件下，将高浓度的染料溶液加入到高温灭菌后的DM培养基，得模拟染料废水，高浓度染料溶液，事先经过0.2μm的滤膜过滤除菌，所加的染料，可以是单种染料或者多种染料，染料最终浓度小于500mg/L;
3)将步骤1)所得的培养物接种到步骤2)所得的模拟染料废水，按质量百分比培养物的接种量为模拟染料废水的0.5%～20%，通高纯无氧气体(如高纯氮气或者氩气)排除反应器中的氧气。然后进行厌氧培养，培养条件：培养温度为10～30℃，转速为20～100r/min;
4)随着反应器运行，目测观察到反应器中的液体颜色逐渐退去直到无色;或者用光度计法，通过测量染料特征吸收峰的吸光度，计算脱色效率。
在步骤2)中，所述DM培养基的组成包括有机物或有机废水，以及氮源、无机盐、pH缓冲液和微量元素;所述有机物可选自乳酸、甲酸、丙酮酸、葡萄糖、蔗糖等中的至少一种，所述有机废水的总当量质量浓度可为100～30000mg/L COD。所述氮源可采用无机氮源或有机氮源，所述无机氮源的质量浓度可为0.2～5g/L，无机氮源可选自氯化铵、硫酸铵中的一种，所述有机氮源的质量浓度可为0.2～5g/L，有机氮源可选自酵母膏、蛋白胨中的一种;所述无机盐可选自钠盐、钾盐等中的一种，无机盐的质量浓度可为0.2～80g/L。所述pH缓冲液可采用磷酸缓冲盐或碳酸缓冲盐，pH缓冲液的摩尔浓度为20～100mmol/L pH7.0的磷酸缓冲当量;所述微量元素的体积浓度可为5～20ml/L，微量元素的组成包括：FeSO4·7H2O0.1g/L;CoCl2·6H2O 0.1g/L;CaCl2·2H2O 0.1g/L;ZnSO4·7H2O 0.1g/L;CuSO4·5H2O0.01g/L;AlK(SO4)2·12H2O 0.01g/L;H3BO3 0.01g/L;Na2MoO4·2H2O 0.01g/L;Na2SeO30.01g/L;NiCl2·6H2O 0.01g/L;Na2WO4·2H2O 0.01g/L。
与现有技术相比，本发明的优势是：该菌株是来自深海的产电菌，具有特殊的胞外电子传递途径，能通过分泌电子介体或通过外膜细胞色素或外膜上的纳米导线，将代谢代谢产生的电子传递给位于胞外的染料，实现脱色。该菌耐盐，在0～20%氯化钠浓度范围内，将强极性染料脱色。