申请日2013.01.28
公开(公告)日2013.05.01
IPC分类号C12N1/20; C12R1/01; C02F3/34; C02F3/02
摘要
本发明涉及一株高盐兼具异养硝化-好氧反硝化与除磷功能的盐弧菌(Salinivibrio)及其在废水处理中的应用。该菌株对高盐环境耐受能力强，在高盐条件生长良好，并且可以利用有机碳为唯一碳源，氨氮为唯一氮源进行新陈代谢，通过异养硝化-好氧反硝化作用把氨氮直接转为气体产物，实现脱氮;该菌株也能以硝酸盐氮为唯一氮源，通过好氧反硝化作用将硝酸盐氮转化为气体产物;还能在好氧条件下将无机磷摄入体内转化为自身组分进而去除污水中磷元素。将该菌株应用于高盐废水的处理，可实现单一好氧条件下氮磷的同步去除，有效解决高盐条件下生物脱氮除磷的难题。
权利要求书
1.一种高盐兼具异养硝化-好氧反硝化和除磷功能的盐弧菌Salinivibrioi菌株，其特征是 盐弧菌Salinivibrioi菌株可用于含盐废水处理，能够在单一好氧条件下实现同步脱氮和 除磷。
2.根据权利要求1所述的盐弧菌Salinivibrio，其特征在于：该盐弧菌菌株的16S rRNA 基因如序列表所示的核苷酸序列，序列长度为1409bp，菌株保藏号为CGMCC No.5946。
3.根据权利要求1所述的盐弧菌Salinivibrio，其特征在于：在30-40℃下，营养琼脂培养 基上培养16-32h后，菌落表面光滑，无色素;通过革兰氏染色后在显微镜下呈阴性， 菌体呈杆状，直或弯曲成弧状，大小为(0.6-1.2)μm×(1.5-6.0)μm，菌落较小，扁 平，半透明。
4.权利要求1所述的盐弧菌Salinivibrio在废水处理中的应用，其特征在于：能够以有机 物为电子受体，NH4+为电子供体，将NH4+氧化为NO2-或NO3-;能够在好氧的条件下， 以有机物为电子供体，NO2-或NO3-为电子受体，将其还原为氮气;还能够在好氧条件 下，将无机磷摄入体内转化为自身组分进而实现去除污水中磷元素的目的，实现单一 好氧条件下氮磷的同步去除。
5.根据权利要求4所述的盐弧菌Salinivibrio的应用，其特征在于：其所述的废水的盐度 (以NaCl计)范围为1-13%，优选为3-10%。
6.根据权利要求4所述的盐弧菌Salinivibrio的应用，其特征在于：其所述的废水的碳氮 比范围为3.7-12，优选为9-12。
7.根据权利要求4所述的盐弧菌Salinivibrio的应用，其特征在于：其所述的废水的pH 范围为6.5-8.0，优选为6.5-7.5。
8.根据权利要求4所述的应用，其特征是利用盐弧菌Salinivibrio和或以其为主要成份微 生物制剂对废水进行处理，可在高盐好氧环境下完成硝化、反硝化和除磷过程，进而 实现氨氮、总氮及磷的同时去除。
说明书
一株高盐异养硝化-好氧反硝化除磷的盐弧菌及其在废水处理中的应用
技术领域
本发明涉及一株盐弧菌(Salinivibrio)及其在高盐废水处理中的应用。该菌株具有异 养硝化-好氧反硝化的功能，可以在高盐条件下实现同步硝化反硝化脱氮的过程，同时完成 污水中含磷污染物的去除。
背景技术
高盐废水是指总含盐量(以NaCl含量计)至少为1%的废水，这些废水除含有大量高 浓度的有机物外，还含有大量的无机盐，如Cl-、Na+、Ca2+、SO42-等。随着海水直接利用 以及高含盐工业废水的大量排放，高盐废水中的高浓度有机物或营养物，如COD、N、P 等，对水体环境造成巨大压力，加剧了江河湖泊富营养化的进程。因高盐度会对常规生物 处理系统中微生物的正常代谢会产生不利的影响，主要包括：渗透压偏高，微生物细胞质 壁分离，使生长受到阻碍甚至死亡;微生物代谢酶活性受阻;水体密度增加，影响污泥沉 降效果等。因此，在高盐条件下，传统的生物除磷脱氮工艺往往不能发挥出较好的效果， 寻求高盐条件下的脱氮除磷工艺一直是研究的重点。
传统生物脱氮是在微生物的作用下将污水中的有机氮和氨态氮转化为N2的过程，硝化 反应是由一群自养好氧微生物完成，具体分两个阶段分别由亚硝酸菌和硝酸菌两种菌完 成。传统生物脱氮的硝化反应需要较长的污泥龄和好氧条件，大量有机物存在时会造成硝 化细菌的流失;反硝化细菌则需要较短的污泥龄和缺氧条件，高度依赖有机物为其脱氮过 程提供电子供体。因硝化细菌和反硝化细菌生理机制的差异导致了基于该理论的污水脱氮 技术工艺冗长、能耗大、占地面积大、对环境变化敏感、脱氮效率不佳等问题。
传统生物除磷工艺的基本原理是在厌氧条件下，PAOs分解细胞聚磷酸盐的同时产生 ATP，并利用ATP将环境中的挥发性脂肪酸等小分子有机物摄入胞内，将其以PHB(聚-β 羟基丁酸盐)及糖原等有机颗粒的形式存在于细胞内，同时将聚磷酸盐水解生成的正磷酸 盐(PO43-)排出细胞外;在好氧条件下，PAOs以氧气为电子受体，利用PHB代谢释放的 能量，从污水中吸收超过其生长所需要的磷并以聚磷酸盐的形式贮存在细胞体内。通过将 被细菌过量摄取的磷随剩余污泥排出系统即可实现除磷目的。
生物脱氮除磷发生机制的差异导致了这两个过程本身就是一个矛盾统一体，产生矛盾 的根本原因是不同功能的微生物所需要的最佳生长条件不同。硝化需要长泥龄的硝化细菌 和好氧条件，反硝化需要短泥龄的反硝化菌和缺氧条件，释磷需要短泥龄的聚磷菌和厌氧 条件，而吸磷则需要好氧条件。此外，反硝化菌和聚磷菌之间还存在着因生活污水中碳源 不足而产生的竞争关系。生物脱氮除磷工艺的发展也主要是围绕着在同一污水处理系统中 实现脱氮与除磷的矛盾展开的。因这些固有矛盾的存在，造成了我国多数污水处理厂运行 费用高、脱氮除磷效果不稳定、达标率较低。在高盐条件下，除磷脱氮的问题变得尤其复 杂和突出。非高盐条件下的生物脱氮除磷研究近年来已有较大进展，出现了SHARON、 CANON、OLAND和ANNAMOX等新型脱氮工艺，但这些工艺仍未摆脱好氧厌氧结合的 两段式生物脱氮的限制;在生物除磷方面，发现了特殊的反硝化聚磷菌(DPB)，可在缺氧 /厌氧交替的环境下实现硝酸盐氮和磷的同步去除。随着研究的深入，研究者也发现了特殊 的异养硝化-好氧反硝化细菌，这类细菌能够在好氧条件下实现氨氮和总氮的同步去除，解 决了硝化和反硝化的矛盾。筛选并发现具有特殊脱氮除磷功能的微生物一直是生物脱氮除 磷研究领域的热点和趋势。
筛选耐盐的高效菌种也是解决高盐条件下废水处理的有效途径和研究者关注的焦点。 近些年来，有研究者通过培养驯化出耐高盐的菌种，以及从自然界高盐环境中分离出耐盐 菌和嗜盐菌，并将其应用于高盐废水处理取得了较好的效果，如Woolard[6]等从大盐湖的土 壤中筛选的嗜盐菌在SBR反应器中能够有效处理高盐含酚废水。然而，国内外对高盐废水 的报导大多数关注点在于有机物和氮素的去除，目前几乎没有对高盐条件下具有除磷能力 菌种的报道，在高盐度条件下实现废水的同步脱氮除磷更是一项具有挑战性的课题。
本发明分离出一株盐弧菌(Salinivibrio)，发现其具有耐高盐兼具异养硝化-好氧反硝 化的能力;进一步发现这种细菌在单一好氧条件下兼有同步除磷的能力。利用这类具有特 殊性质的细菌的生理特性和代谢机理，基于硝化过程可以是异养细菌的生理行为，而反硝 化和除磷过程可以在好氧条件下进行，使得可以在高盐条件的同一好氧环境下完成脱氮除 磷，能够较好的克服上述提到的传统生物处理中存在的矛盾问题，由此完成了本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种高盐兼具异养硝化-好氧反硝化和好氧摄磷能力的菌株 及其在废水处理中的应用。
本发明提供的盐弧菌(Salinivibrio)菌株已于2012年3月29日保藏于中国微生物菌 种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC)，保藏号为CGMCC No.5946。
本发明所提供的菌株，具有以下表型特征：在25-35℃下，营养琼脂培养基上培养 16-32h后，菌落表面光滑，无色素;通过革兰氏染色后在显微镜下呈阴性，菌体呈杆状， 直或弯曲成弧状，菌落较小，扁平，半透明。
该菌株的16S rRNA基因序列特征：其16S rRNA具有如序列表中序列1所示的核苷 酸序列，序列长度为1409bp。
根据其形态特征和生理生化特征及其16S rRNA基因序列在Genbank中的检索结果， 鉴定该菌株为盐弧菌(Salinivibrio)。根据该菌株耐盐性能实验结果，盐弧菌(Salinivibrio) 耐盐范围(以NaCl计)为1-13%。
本发明所提供的盐弧菌(Salinivibrio)能够在高盐条件下，以有机物为电子受体，NH4+为电子供体，将NH4+氧化为NO2-或NO3-;能够在好氧的条件下，以有机物为电子供体， NO2-或NO3-为电子受体，将其还原为氮气;还能够在好氧条件下，将无机磷摄入体内转化 为自身组分进而实现去除污水中磷元素的目的。
本发明所提供的盐弧菌(Salinivibrio)可用于同步脱氮除磷，在实际应用中，可将菌株 置于高盐废水中实现氮磷同步去除的目的。
所述废水的碳氮比可为3.7-12，优选为9-12。
所述废水的温度可为20-40℃，优选为25-30℃。
所述废水的pH可为6.5-8.0，优选为6.5-7.5。
本发明的盐弧菌(Salinivibrio)及其应用与现有技术相比较有如下有益效果：
(1)本发明的盐弧菌(Salinivibrio)菌株对高盐的耐受力强，能够在高盐、好氧条 件下实现好氧条件下氮磷的同步去除，解决了高盐对传统生物处理过程的限制以及传统废 水处理中生物脱氮除磷需要采取厌氧释磷、缺氧反硝化、好氧硝化吸磷分段处理的瓶颈问 题;
(2)硝化和反硝化偶联进行，反硝化过程中产生的碱度可以很好的弥补硝化过程中 产生的酸度，整个过程无需加碱调节pH;相比自养硝化细菌，异养硝化细菌的生长速率快、 细胞产率高，可以有效解决自养硝化细菌增值缓慢、系统水力停留时间长的问题;
(3)脱氮和除磷同步进行，解决了反硝化菌和聚磷菌对碳源的竞争问题;
(4)采用本发明，可以完成碳氮磷的同步去除，无须构建新的反应器，最大限度的 简化了工艺流程，节省了设备和投资的成本，因此，具有较好的经济效益和环保效益;
(5)本发明适用于高含盐废水的脱氮除磷处理，应用前景广阔，具有很好的社会效 益。
以下结合具体实施方式对本发明进行详细描述。实施例仅为举例说明，本发明的范围 并不以具体实施方法为限，而是由权利要求的范围加以限定。