申请日2019.11.22
公开(公告)日2020.03.06
IPC分类号C12N1/20; C02F3/34; B09C1/10; C12R1/365; C12R1/265; C12R1/38; C02F101/38; C02F101/34
摘要
本发明的目的是为了开发高效处理吡啶、喹啉或焦化废水的菌株，提供了一种用于降解废水的菌株及其复合菌剂和应用。发明类诺卡氏菌的保藏编号CGMCC NO.17038。复合菌剂类诺卡氏菌、微球菌和假单胞菌组成，类诺卡氏菌：微球菌：假单胞菌的个数比为1：(2～2.3)：(2～2.3)。该菌株通过以吡啶为唯一碳源和能量来源纯化分离所得，该菌株具有脱氮作用，并对酚类、含氮杂环化合物、苯系物及烷烃类化合物具有降解作用，实验表明其对吡啶、喹啉及焦化废水具有良好的降解效果。该复合菌剂与活性污泥的混合菌剂对焦化废水中的COD、杂环化合物和酚类物质具有良好的降解效果。
权利要求书
1.一种用于降解废水的菌株，其特征在于，所述菌株为类诺卡氏菌，保藏编号为CGMCCNO.17038。
2.一种用于降解废水的复合菌剂，其特征在于，由权利要求1的类诺卡氏菌、保藏编号为CGMCC No.13557的微球菌和假单胞菌组成;其中，类诺卡氏菌∶微球菌∶假单胞菌的个数比为1∶(2～2.3)∶(2～2.3)。
3.一种权利要求1所述的类诺卡氏菌的应用，其特征在于，所述应用为降解吡啶，具体方法为：
1)向含有吡啶的水中投入无机盐培养基MSM2和菌液，菌液投入体积为含有吡啶的水体积的4～6%，得到初始发酵液，初始发酵液中吡啶的浓度为200～400mg/L;
2)控制发酵液的pH为3.5±0.5、培养温度为35±1℃、摇床转速为170±20r/min，培养5～7天;
其中，投入的菌液浓度为0.2～0.3gDCW/L;
所述MSM2的投入量为：
每升含有吡啶的水中加入MnSO4·H2O 0.006～0.009g，NaMoO4·2H2O 0.001～0.003g，CuSO4·5H2O 0.006～0.009g，K2HPO4 0.3～1.0g，NaH2PO4 0.3～1.0g，MgSO4·7H2O 0.15～0.30g，CaCl2 0.005～0.013g，FeCl3·6H2O 0.015～0.23g。
4.一种权利要求1所述的类诺卡氏菌的应用，其特征在于，所述应用为降解喹啉，具体方法为：
1)向含有喹啉的水中投入无机盐培养基MSM1和菌液，菌液投入体积为喹啉的水体积的4～6%，得到初始发酵液，初始发酵液中喹啉的浓度为250～450mg/L;
2)控制发酵液的pH为3.5±0.5、培养温度为35±1℃、摇床转速为170±20r/min，培养5～7天;
其中，投入的菌液浓度为0.2～0.3gDCW/L;
所述MSM2的投入量为：
每升含有吡啶的水中加入MnSO4·H2O 0.006～0.009g，NaMoO4·2H2O 0.001～0.003g，CuSO4·5H2O 0.006～0.009g，K2HPO4 0.3～1.0g，NaH2PO4 0.3～1.0g，MgSO4·7H2O 0.15～0.30g，CaCl2 0.005～0.013g，FeCl3·6H2O 0.015～0.23g。
5.一种权利要求1所述的类诺卡氏菌的应用，其特征在于，所述应用为降解焦化废水，具体方法为：
1)向COD浓度为400～500mg/L、氨氮浓度≤70mg/L的焦化废水中投入菌液，并且在每升焦化废水中添加矿物元素，得到初始发酵液;
2)控制发酵液的pH为5.5～8、摇床温度35±1℃、转速150～190r/min，反应5～7天;
所述菌液的投入体积为焦化废水体积的10%～20%，菌液浓度为0.5gDCW/L～1.0gDCW/L;
矿物元素的添加量为：K2HPO4 0.3～1.0g，NaH2PO4 0.3～1.0g，MgSO4·7H2O 0.15～0.30g，CaCl2 0.005～0.013g，FeCl3·6H2O 0.015～0.23g。
6.一种权利要求2所述的复合菌剂的应用，其特征在于，所述应用为降解焦化废水，具体方法为：
1)将COD浓度为350～750mg/L、氨氮浓度≤80mg/L的焦化废水经预处理除菌后，再调节焦化废水的N∶P=5～7.3∶1，然后向焦化废水中接种复合菌剂和活性污泥，得到初始发酵液;
2)控制发酵液的pH为7±0.5、摇床温度30±1℃、转速110～140r/min，培养2～3天;
所述复合菌剂的接种体积为焦化废水体积的10～30%，复合菌剂的浓度为0.5～1.5DCW/L;
所述复合菌剂中类诺卡氏菌∶微球菌∶假单胞菌的个数比为1∶(2～2.3)∶(2～2.3);
所述活性污泥的接种量为焦化废水体积的25～30%;
矿物元素的添加量为：K2HPO4 0.3～1.0g，NaH2PO4 0.3～1.0g，MgSO4·7H2O 0.15～0.30g，CaCl2 0.005～0.013g，FeCl3·6H2O 0.015～0.23g。
说明书
一种用于降解废水的菌株及其复合菌剂和应用
技术领域
本发明属于环境污染治理技术领域，特别涉及一种用于降解废水的类诺卡氏菌株及其复合菌剂和应用。
背景技术
吡啶是六元氮杂环化合物，不易降解。吡啶广泛存在于印染废水、制药废水及工业废水中，由于其与水任意比互溶，极易通过扩散进入地下水系统，从而导致水环境或土壤环境的污染。吡啶危害水生生物及植物的生长，且对人类健康具有致癌、致畸、致突变的威胁。
喹啉是萘状氮杂环化合物，不易降解。喹啉是工业中经常使用的溶剂和原材料。因此，随着工业生产中废水的排放，喹啉已成为地表水、土壤及地下水中常见的污染物。喹啉能随水蒸气蒸发，其蒸汽对人的眼睛、鼻、喉和皮肤有刺激性，且对人类健康具有“三致”的威胁。
焦化废水是一种成分复杂的工业废水，其含有高浓度有机物如酚类、苯系物、杂环化合物、多环芳烃等，高浓度无机物如氨氮、氰化物、硫氰化物，焦化废水毒性大，危害人类健康。吡啶及喹啉就是焦化废水中常见的两种含氮杂环化合物。
目前对被吡啶、喹啉或焦化废水污染的水体治理方法主要有物理法、化学法和微生物法。与物理修复、化学修复相比较，微生物修复技术是一种发展较为成熟的修复技术，且此种修复技术具有安全、高效、低成本、操作简单且不产生二次污染的优势，是一种环境友好型的污染处理技术。针对吡啶废水污染的微生物修复技术，目前国内外研究者筛选出的申氏杆菌(Shinella zoogloeoides)BC026能在17小时内将浓度为400mg/L的吡啶完全降解;芽孢杆菌(Bacillus sp.)P38对浓度为505mg/L的吡啶废水具有92.7%的降解率;产硫酸杆菌(Thiobacillus sp.)和屈挠杆菌(Flexibacter)对浓度为1000mg/L的吡啶废水降解率分别为65.5%和64.1%;副球菌(Paracoccus sp.)KT-54能在0.5h内将1.150g/L以下的吡啶降解完全等。针对喹啉废水污染的微生物修复技术，目前筛选出的假单胞菌(Pseudomonas sp.)BW003能在3～8h内将浓度为192mg/L～911mg/L的喹啉有效地降解，降解率在96%～98%之间;恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)WS-5能将浓度为50mg/L～300mg/L的喹啉完全降解;皮氏伯克霍尔德氏菌(Burkholderia pickettii)浓度为100mg/L～350mg/L的喹啉完全降解等。对于焦化废水污染的微生物修复技术，目前国内外也已经筛选出了多种对其降解效果明显的微生物菌体或菌剂，如投加沈阳化工研究院有限公司研制的菌剂能对某厂好氧生化池焦化废水中COD、氰化物、总氮分别达到72.7%、82.5%、37.4%的降解率;一种由假单胞菌(Pseudomonas sp.)组成的菌剂对焦化废水中的挥发酚去除率达99.94%、COD去除率达85.60%;一株优势菌株B2对焦化废水的COD去除率对焦化废水中COD的降解率可达88.14%等。
但是，对于高效处理吡啶、喹啉或焦化废水的菌株还有待进一步开发。
发明内容
本发明的目的是为了开发高效处理吡啶、喹啉或焦化废水的菌株，提供了一种用于降解废水的菌株及其复合菌剂和应用。该菌株通过以吡啶为唯一碳源和能量来源纯化分离所得，该菌株具有脱氮作用，并对酚类、含氮杂环化合物、苯系物及烷烃类化合物具有降解作用，实验表明其对吡啶、喹啉及焦化废水具有良好的降解效果。该复合菌剂与活性污泥的混合菌剂对焦化废水中的COD、杂环化合物和酚类物质具有良好的降解效果。
为了实现本发明的目的，本发明的技术方案之一为，一种类诺卡氏菌(Nocardioides sp.)，保藏编号CGMCC NO.17038，保藏单位：中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏时间2018年12月27日，保藏单位地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。
本发明的技术方案之二为，一种复合菌剂，由上述的类诺卡氏菌(Nocardioidessp.)，保藏号为CGMCC No.13557的微球菌(Micrococcus sp.)和假单胞菌(Pseudomonassp.)组成;其中，类诺卡氏菌：微球菌：假单胞菌的个数比为1∶(2～2.3)∶(2～2.3)。
本发明的技术方案之三为，上述类诺卡氏菌应用于降解吡啶的方法为：
1)向含有吡啶的水中投入无机盐培养基MSM2和菌液，菌液投入体积为含有吡啶的水体积的4～6%，得到初始发酵液，初始发酵液中吡啶的浓度为200～400mg/L;
2)控制发酵液的pH为3.5±0.5、培养温度为35±1℃、摇床转速为170±20r/min，培养5～7天。
进一步的，上述类诺卡氏菌应用于降解吡啶的方法中，投入的菌液浓度为0.2～0.3gDCW/L;
进一步的，上述类诺卡氏菌应用于降解吡啶的方法中，所述MSM2的投入量为：
每升含有吡啶的水中加入MnSO4·H2O 0.006～0.009g，NaMoO4·2H2O 0.001～0.003g，CuSO4·5H2O 0.006～0.009g，K2HPO4 0.3～1.0g，NaH2PO4 0.3～1.0g，MgSO4·7H2O0.15～0.30g，CaCl2 0.005～0.013g，FeCl3·6H2O 0.015～0.23g。
本发明的技术方案之四为，上述类诺卡氏菌应用于降解喹啉的方法为：
1)向含有喹啉的水中投入无机盐培养基MSM2和菌液，菌液投入体积为含有喹啉的水体积的4～6%，得到初始发酵液，初始发酵液中喹啉的浓度为250～450mg/L;
2)控制发酵液的pH为3.5±0.5、培养温度为35±1℃、摇床转速为170±20r/min，培养5～7天。
进一步的，上述类诺卡氏菌应用于降解喹啉的方法中，投入的菌液浓度为0.2～0.3gDCW/L;
进一步的，上述类诺卡氏菌应用于降解喹啉的方法中，所述MSM2的投入量为：
每升含有喹啉的水中加入MnSO4·H2O 0.006～0.009g，NaMoO4·2H2O 0.001～0.003g，CuSO4·5H2O 0.006～0.009g，K2HPO4 0.3～1.0g，NaH2PO4 0.3～1.0g，MgSO4·7H2O0.15～0.30g，CaCl2 0.005～0.013g，FeCl3·6H2O 0.015～0.23g。
本发明的技术方案之五为，上述类诺卡氏菌应用于降解焦化废水的方法为：
1)向COD浓度为400～500mg/L、氨氮浓度≤70mg/L的焦化废水中投入菌液，并且在每升焦化废水中添加矿物元素，得到初始发酵液;
所述菌液的投入体积为焦化废水体积的10%～20%，菌液浓度为0.5gDCW/L～1.0gDCW/L;
矿物元素的添加量为：K2HPO4 0.3～1.0g，NaH2PO4 0.3～1.0g，MgSO4·7H2O 0.15～0.30g，CaCl2 0.005～0.013g，FeCl3·6H2O 0.015～0.23g;
2)控制发酵液的pH为5.5～8、摇床温度35±1℃、转速150～190r/min，反应5～7天。
发明的技术方案之六为，上述复合菌剂应用于降解焦化废水的方法为：
1)将COD浓度为350～750mg/L、氨氮浓度≤80mg/L的焦化废水经预处理除菌后，再调节焦化废水的N∶P=5～7.3∶1，然后向焦化废水中接种复合菌剂和活性污泥，得到初始发酵液;
所述复合菌剂的接种体积为焦化废水体积的10～30%，复合菌剂的浓度为0.5～1.5DCW/L;
复合菌剂中类诺卡氏菌：微球菌：假单胞菌的个数比为1∶(2～2.3)∶(2～2.3);
所述活性污泥的接种量为焦化废水体积的25～30%;
矿物元素的添加量为：K2HPO4 0.3～1.0g，NaH2PO4 0.3～1.0g，MgSO4·7H2O 0.15～0.30g，CaCl2 0.005～0.013g，FeCl3·6H2O 0.015～0.23g;
2)控制发酵液的pH为7±0.5、摇床温度30±1℃、转速110～140r/min，培养2～3天。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、本发明的类诺卡氏菌具有脱氮作用，尤其对吡啶和喹啉具有较好的降解效果，可应用于含吡啶和/或喹啉的废水和土壤的处理。
2、本发明的类诺卡氏菌在好氧生化降解焦化废水的过程中发挥明显的作用，对焦化废水中的挥发酚类、含氮杂环类化合物降解效果显著，且对废水中的苯系物及烷烃类化合物也有明显降解效果。
3、本发明的复合菌剂对处理焦化废水具有更好的降解作用和更短的降解时间。（发明人金文杰;李圆;杨爽）