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小短杆菌(Brachybacterium)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，有助于有效解决高盐条件下生物除碳除磷脱氮的的难题，应用前景广阔。
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小短杆菌Brachybacteriumi菌株，其 特征是所述小短杆菌Brachybacteriumi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所述的小短杆菌Brachybacterium，其特征在于：该小短杆菌菌株的16S rRNA基因如序列表SEQ ID No.1所示的核苷酸序列，序列长度为1409bp，菌株保藏 号为CGMCC No.5947。
3.根据权利要求1所述的小短杆菌Brachybacterium，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，浅黄色;通过革兰氏染色后在显微镜下 呈阳性，菌体呈短杆状，大小为(0.6-1.2)μm×(1.5-6.0)μm，菌落较小，扁平。
4.权利要求1所述的小短杆菌Brachybacterium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， 单一好氧条件下实现同步脱氮和除磷的目标。
5.根据权利要求4所述的小短杆菌Brachybacterium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所述的小短杆菌Brachybacterium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所述的小短杆菌Brachybacterium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，其特征是利用小短杆菌Brachybacterium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-好氧反硝化除磷的小短杆菌及其在废水处理中的应用
技术领域
本发明涉及一株小短杆菌(Brachybacterium)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，对高盐废水处理提出了新的要求，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，可能加剧江河湖泊富营 养化的进程;高盐废水渗入土壤系统后也会造成土壤生物、植物因脱水而死亡，进而破坏 土壤生态系统。
传统的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，包 括硝化和反硝化两个反应过程。另一方面，生物除磷工艺则通过释/吸磷过程，最终通过将 被细菌过量摄取的磷随剩余污泥排出系统而达到除磷目的。生物脱氮除磷机制的差异使得 这两个过程本身就难以统一，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。但是，因高盐度对 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，在高盐条件下除磷脱氮效率都会大大降低,生物脱氮与除磷过 程中存在的问题也变得更加复杂，围绕高盐条件下脱氮除磷新工艺的探索也一直广受重 视。
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。
本发明分离出一株小短杆菌(Brachybacterium)，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。
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。
本发明提供的小短杆菌(Brachybacterium)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.5947。
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，浅黄色;通过革兰氏染色后在显微镜下呈阳性，菌体呈短杆状， 大小为(0.6-1.2)μm×(1.5-6.0)μm，菌落较小，扁平。
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， 鉴定该菌株为小短杆菌(Brachybacterium)。根据该菌株耐盐性能实验结果，小短杆菌 (Brachybacterium)耐盐范围(以NaCl计)为1-13%。
本发明所提供的小短杆菌(Brachybacterium)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。
本发明所提供的小短杆菌(Brachybacterium)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。
本发明的小短杆菌(Brachybacterium)及其应用与现有技术相比较有如下有益效果：
(1)本发明的小短杆菌(Brachybacterium)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，在传统活性污泥法的二级生化处理系统，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。