申请日2012.12.28
公开(公告)日2013.05.01
IPC分类号C12N1/20; C12N11/10; C12R1/01; C02F3/34; C12N11/08
摘要
本发明公开了一种氨氧化细菌及其应用，该氨氧化细菌命名为亚硝化单胞菌(Nitrosomonas eutropha)CM-NRO14，已于2012年11月12日保藏在位于中国武汉武汉大学的中国典型培养物保藏中心(简称CCTCC)，保藏编号为CCTCC NO：M 2012456。本发明还提供了所述亚硝化单胞菌CCTCC M 2012456在污水生物脱氨氮中的应用。本发明还提供了所述亚硝化单胞菌CCTCC M 2012456在水体富营养化治理中的应用。本发明氨氧化细菌的氨氧化速率和氨氮去除效率高，适合于高氨氮污水的处理。
权利要求书
1.一种氨氧化细菌，其特征在于，命名为亚硝化单胞菌(Nitrosomonas eutropha)CM-NRO14，保藏编号为CCTCC NO：M 2012456。
2.如权利要求1所述的氨氧化细菌在污水生物脱氨氮中的应用。
3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，包括：向污水处理系统 的好氧池中加入填料和接入亚硝化单胞菌CCTCC M 2012456，挂膜完成 后向好氧池内连续通入污水进行处理。
4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述污水处理系统为厌 氧-好氧工艺系统、厌氧-缺氧-好氧工艺系统、序批式活性污泥系统或流化 床生物膜反应器系统。
5.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述填料在好氧池中的 填充率为10～30%。
6.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述填料为聚氨酯海绵、 拉西环填料、活性炭或陶粒。
7.如权利要求3所述的应用，其特征在于，污水处理时，好氧池内 的温度为20℃～40℃，溶解氧浓度为0.5～3mg/L，pH为7～8.5，氨氮浓度 ≤2400mg/L。
8.如权利要求1所述的氨氧化细菌在水体富营养化治理中的应用。
9.如权利要求7所述的应用，其特征在于，包括：
(1)将所述的亚硝化单胞菌CCTCC M 2012456固定在载体上制成微生 物微球;
(2)对微生物微球进行驯化;
(3)将驯化后的微生物微球投入到待处理水体中进行处理。
10.如权利要求7所述的应用，其特征在于，所述载体为聚乙烯醇和 海藻酸钠的混合物。
说明书
一种氨氧化细菌及其应用
技术领域
本发明属于环境微生物领域，尤其涉及一种氨氧化细菌及其应用。
背景技术
水是人类赖以生存的重要资源。随着我国经济的发展，水资源不足的 矛盾已日益突现，成了制约许多城市经济发展的瓶颈，严重影响国民经济 的增长。根据2011年中国环境状况公报，2011年氨氮排放量为82.6万吨， 比2010年下降了0.41%(中华人民共和国环境保护部，2011)，然而氨氮和 总氮仍是我国长江、黄河、海河等水系以及滇池、太湖、巢湖等主要湖泊 的主要污染物指标。含氮污染物排放引起的水体富营养化仍然十分严重， 威胁到人类健康和生态安全。氮素污染已成为我国当前亟待解决的重大环 保课题。“十二五”期间，我国的氨氮减排目标较2010年下降10%。因此，污水 和水体中氨氮去除效率的提高迫在眉睫。
针对这种氮素污染现状及其发展趋势，脱氮工艺的研究已成为国内外 环境科学与工程领域内的研究热点之一。
短程硝化-反硝化工艺，是荷兰代尔伏特工业大学提出的新型生物脱 氮工艺。其基本原理是：在较高的温度(30～40℃)下，氨氧化细菌的生长速 率高于硝酸细菌，通过控制较高的温度和pH、较短的污泥停留时间，将 硝酸细菌洗出，使亚硝酸细菌在反应器中占据绝对优势，从而使大部分 NH4+-N氧化成NO2--N，然后进行反硝化脱氮。与传统的全程硝化-反硝化 相比，该工艺具有以下优点：(1)硝化与反硝化可放在同一个反应器中进行， 工艺流程简单;(2)硝化产生的酸度可部分地由反硝化产生的碱度中和，减 少化学试剂用量;(3)水力停留时间(HRT)缩短，减少反应器体积和占地面 积，节省基建投资;(4)节省反硝化所需的碳源，NO2--N反硝化比NO3--N 反硝化可节省碳源(以甲醇为例)40%;(5)需氧量下降25%，减少动力消耗。
在短程硝化反硝化工艺中，氨氧化细菌起着核心作用，目前国内科研 学者为了更好的提高氨氮的去除率，开始对脱氮微生物进行分离、筛选、 研究。窦立军等(窦立军，蒋进元等，《环境科学研究》，2011，24(11))报道 了两株自养型氨氧化细菌A.P-7和A.P-8为假单胞菌属，最大氨氧化速率 分别为19.96mg/L·d和23.58mg/L·d;张建等在(张建等，《宁波大学学报 (理工版)》，2011，24(3))报道了一株亚硝酸单胞杆菌，该菌株最大氨氧 化速率的氨氮浓度为200mg/L，当氨氮浓度达到2000mg/L时氨氧化速率 受到明显的抑制;又如公开号为CN102268387A的中国专利文献公开了一 种氨氧化细菌及其分离方法与应用，该氨氧化细菌命名为A.P-7，为上述 窦立军等人2011年分离的氨氧化细菌，该专利阐述了该菌株的氨氧化效 果可达到90%以上。
综合上述文献及专利中所叙述的氨氧化细菌，这些菌株在污水生物脱 氨氮中表现出一定的脱氨氮效率，但整体来说，这些菌株所表现出的氨氧 化速率、氨氮去除效率仍然较低，此外，这些菌株的氨氮浓度的耐受力也 十分有限，而目前存在大量的高氨氮污水的情况下，更是制约了这些菌株 的应用。
发明内容
本发明提供了一种氨氧化细菌，氨氧化速率和氨氮去除效率高。
一种氨氧化细菌，分类命名为亚硝化单胞菌(Nitrosomonas eutropha)， 完整命名为亚硝化单胞菌(Nitrosomonas eutropha)CM-NRO14，该菌株已于 2012年11月12日保藏在位于中国武汉武汉大学的中国典型培养物保藏中 心(简称CCTCC)，保藏编号为CCTCC NO：M 2012456。
本发明菌株在培养基上菌落为圆形，淡黄色，表面光滑湿润，显微镜 观察该菌株的菌体呈椭球或短杆状，大小为(1.0～1.3)×(1.6～2.3)μm，细胞 内部有比较复杂的内膜系统和羧酶体，革兰氏染色反应呈阴性。
所述培养基的成分为：(NH4)2SO4，2.0g/L;KH2PO4，0.7g/L;Na2HPO4， 7g/L;NaHCO3，1g/L;MgSO4·7H2O，0.2g/L;CaCl2·2H2O，5mg/L; Fe-EDTA，1mg/L;琼脂，1.5～2%;pH为7.8～8.0。
在氧气的参与下，该菌株可以将氨氮转化为亚硝酸盐，因此，可对工 业污水、市政污水中的氨氮进行处理以及修复水体富营养化。
本发明还提供了所述的亚硝化单胞菌CCTCC M 2012456在污水生物 脱氨氮中的应用。
具体包括：向污水处理系统的好氧池中加入填料和接入亚硝化单胞菌 CCTCC M 2012456，挂膜完成后向好氧池内连续通入污水进行处理。
所述污水处理系统为厌氧-好氧工艺系统、厌氧-缺氧-好氧工艺系统、 序批式活性污泥系统、流化床生物膜反应器系统等。
填料为细菌的生长提供载体，所述的填料可以为聚氨酯海绵、拉西环 填料、活性炭、陶粒等。
所述填料在好氧池中的填充率为10～30%，更优选为20%。填充率过 大，不利于菌株形成优势种群，填充率过小，则细菌生长的生物量过少， 影响脱氮效率。
所述挂膜的时间为3～4天。时间过短，菌株尚未在填料上繁殖足够的 生物量形成生物膜，时间过长，则菌株老化，氨氧化能力下降。
污水处理时，好氧池内的温度为20～40℃，溶解氧浓度为0.5～3mg/L， pH为7～8.5，氨氮浓度≤2400mg/L，优选的，氨氮浓度为200～400mg/L， pH为7.5～8.0，温度为34℃。
污水处理时，在上述条件下，有利于菌株的生长和增殖，使其更有效 的去除污水中的氨氮，氨氮去除率可大于95%，总氮去除率大于75%。
本发明还提供了所述的亚硝化单胞菌CCTCC M 2012456在水体富营 养化治理中的应用。
具体包括：
(1)将所述的亚硝化单胞菌CCTCC M 2012456固定在载体上制成微生 物微球;
(2)对微生物微球进行驯化;
(3)将驯化后的微生物微球投入到待处理水体中进行处理。
所述的载体为聚乙烯醇和海藻酸钠的混合物。传质性能好，且微生物 微球的稳定性强。
为了增强微生物微球的稳定性，通常在载体中还加入适量的二氧化 硅、铁粉、碳酸钙等。
二氧化硅可以增加微生物微球的比重，减少其上浮。碳酸钙可增强微 生物微球的通透性，提高活性。铁粉也可减少微生物微球的上浮现象，并 增强微生物微球的活性。
在修复水体富营养化的过程中，所述的微生物微球也可以联合水生动 物和/或植物共同修复富营养化的水体。利用不同种生物之间的协同作用可 以达到更好的修复效果。
所述的水生动物为大型溞。大型溞可摄食水体中的藻类，降低藻类的 密度，提高水体的透明度，同时大型溞可替代藻类释放氧气，促进氨氧化 细菌的生长，此外，大型溞排放的粪便可被植物吸收利用。
所述的植物为苦草。苦草可吸收富营养化水体中的氮，供自身生长所 需，同时，苦草也可分泌化学物质抑制藻类生长，苦草还是水生动物的栖 息产卵的场所。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明菌株的最大氨氧化速率为70.6mg/L·d，是目前报道的氨氧 化细菌的氨氧化速率的3～4倍;
(2)本发明菌株的氨氮去除率达到95%以上，相对于现有氨氧化细菌 80%或90%以上的氨氮去除率有明显提高;
(3)现有的氨氧化细菌在氨氮浓度为2000mg/L时氨氧化活性就会受到 明显的抑制，而本发明菌株在氨氮浓度为2400mg/L时氨氧化活性才受到 明显抑制，适用于高氨氮污水的处理。