一種宛氏擬青霉菌f1-23以及利用其處理含甲醛工業(yè)廢水的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于微生物及應用，特別是指一種宛氏擬青霉菌F1-23以及利用其處理含甲醛工業(yè)廢水的方法。將宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC?No.M2013471或將固定有宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC?No.M2013471的載體接入含甲醛工業(yè)廢水中，混合振蕩處理或充分接觸后降解含甲醛工業(yè)廢水中的甲醛；所述的工業(yè)廢水中甲醛的含量低于6.0g/L。本發(fā)明解決了現有微生物降解的甲醛濃度低等問題，具有微生物降解甲醛能力高、遺傳性好、可通過菌體固定和循環(huán)處理降解高濃度含甲醛的工業(yè)廢水等優(yōu)點。
【專利說明】一種宛氏擬青霉菌F1-23以及利用其處理含甲醛工業(yè)廢水的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微生物及應用，特別是指一種宛氏擬青霉菌F1-23以及利用其處理含甲醛工業(yè)廢水的方法。
【背景技術】
[0002]甲醛(HCH0)，常溫下為具有刺激性和窒息性的無色氣體，商品為其水溶液，世界上產量最高的十種化學品之一。其水溶液在農業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、生物學和醫(yī)藥中普遍用作消毒、防腐和熏蒸劑。甲醛對人體有害，主要是因為甲醛可以和人體中的蛋白質結合，改變蛋白質內部結構并使其凝固，因而具有殺傷力。目前，除甲醛的方法主要有化學反應方法、物理吸附技術、臭氧負離子技術、納米光催化技術、等離子技術等；這些方法都存在降解不徹底、降解時間長、成本高等缺點(Saeed M., 2005.World Journal of Microbiology andBiotechnology.21:1299-1301.)微生物法則以生態(tài)環(huán)境中的有益菌為材料降解甲醛，成本低，效果好，而且無二次污染。
[0003]本世紀初，采用微生物降解甲醛就日益受到廣泛的關注。在微生物中廣泛存在著一條甲醒氧化途徑(Barber RD., 1998.Journal of MolecularBiology.280 (5): 775-784.),作用于這條途徑的關鍵酶甲醒脫氫酶(formaldehydedehydrogenase, FADH，ECl.2.1.1)是中等鋅鏈醇脫氫酶家族中的一個，存在于絕大多數原核以及所有的真核微生物中(Barber RD., 1996.Journal of Bacteriology.178
(5):1386-1393.)。對 于微生物的甲醛解毒具有重要作用，也是目前研究微生物降解甲醛的關鍵性環(huán)節(jié)。目前已有報道的甲醒降解菌大部分為假單胞菌屬(Pseudomonas sp.)(SaeedM., 2005.World Journal of Microbiology and Biotechnology.21:1299-1301;AdroerN., 1990.Applied Microbiology and Biotechnology.33:217-220;謝文娟，等.2011.微生物學通報.38(11):1626-1631;徐云等.2010.環(huán)境科學.31 (10):2481-2486;李章良等.2011.環(huán)境工程學報.5 (11):2547-2551.)，這些微生物所能降解的濃度較低，一般為
0.1-ο.8g/L，而工業(yè)廢水的甲醛濃度含量一般為3g/L，這就需要選育耐受濃度更高、降解能力更強的菌株。
[0004]傳統(tǒng)的微生物人工選育方法有誘變育種、雜交育種(包括原生質體融合)和基因工程育種。其中誘變育種最為廣泛，是采用物理或化學因素處理微生物細胞群體，促使其中少數細胞中的遺傳物(DNA)結構發(fā)生變化，從而引起微生物遺傳性狀發(fā)生改變，然后從群體中篩選出優(yōu)良突變株的過程。通過現有的育種方法已經獲得部分降解高濃度甲醛的突變株，而這些方法仍將成為菌種選育的重要策略。
[0005]目前，報道較多的是甲醛廢水可通過需氧(Hidalgo A.，2002.AppliedMicrobiology and Biotechnology.58 (2): 260-263.)或厭氧方式(Mingbo QU., 1997.Biotechnology and Bioengineering.55 (5-6): 727-736;OmiI F.,1991.EnzymeMicrobiol.24 (5-6):255-262.)進行生物降解，主要采用活性污泥對甲醛廢水進行處理(王志海等，2009.中國給水排水.25 (I):55-57;徐仲均等.2008.環(huán)境工程學報.2
(9): 1174-1176; Eiroa M., 2005.Bioresource Technology.96 (17): 1914-1918.),而關于應用微生物固定化技術降解甲醛廢水的報道幾乎沒有。用微生物固定化技術處理污水與其他治理技術相比，具有提高污染物的去除效率，減輕后續(xù)污泥處置的負擔，有利于沉淀過程的泥水分離，對有毒物質的承受能力強、穩(wěn)定性好等特點。因此，微生物固定化技術已成為國內外廢水處理領域的研究熱點(王里奧等，2004.重慶大學學報.27 (3):125-129;張蕾等，2009.湖北第二師范學院學報.26 (2):39-42.)。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的之一是提供一種宛氏擬青霉菌F1-23。
[0007]本發(fā)明的目的之二是提供利用宛氏擬青霉菌F1-23處理含甲醛工業(yè)廢水的方法。
[0008]本發(fā)明的整體技術構思是:
[0009]一種宛氏擬青霉菌 Fl-23 (paecilomyces variotii F1-23),其保藏編號為 CCTCCN0.M2013471。
[0010]利用宛氏擬青霉菌處理含甲醛工業(yè)廢水的方法，將宛氏擬青霉菌Fl-23 CCTCCN0.M2013471或將固定有宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.M2013471的載體接入含甲醛工業(yè)廢水中，混合振蕩處理或充分接觸后降解含甲醛工業(yè)廢水中的甲醛；所述的工業(yè)廢水中甲醛的含量低于6.0g/L。
[0011]甲醛濃度過高，也會抑制宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.M2013471的降解性能，因此甲醛溶液的濃度不能高于6.0g/L。
[0012]上述微生物已于2013年10月13日提交中國典型培養(yǎng)物保藏中心(簡稱CCTCCM^藏，其保藏編號為CCTCC N0.M2013471，該保藏單位的地址位于湖北省武漢市武漢大學內。
[0013]上述微生物的形態(tài)特征為:化能異養(yǎng)；嗜溫；趨酸。25°C培養(yǎng)5d，菌落平薄，粗糙，稍呈顆粒狀；外緣為白色，內部為棕黑色；干燥無滲出液，表面有不規(guī)則的輻射皺折溝紋。菌絲中沒有橫隔膜；孢囊孢子(4-5) X (2-3) ym，橢圓形，呈囊狀結構。
[0014]本發(fā)明的具體技術構思還有:
[0015]宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.M2013471的固體培養(yǎng)基采用如下單位質量的組分組成:
[0016]葡萄糖10-30 ;牛肉膏 2-4 ；KC10.5 ;MgS04.7Η201 ;FeS04.7Η200.I ;瓊脂 18-20 ;水1000 ；pH=7.2-7.5 ；
[0017]宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.Μ2013471的液體培養(yǎng)基采用如下單位質量份數的組分組成:
[0018]葡萄糖10-30 ;牛肉膏 2-4 ；KC10.5 ；MgS04.7H201 ；FeS04.7Η200.I ；水 1000 ；ρΗ=7.2-7.5。
[0019]所述的含甲醛工業(yè)廢水進行降解甲醛處理前，還包括一預處理步驟，該預處理步驟用于降低工業(yè)廢水中的COD、BOD及金屬離子的濃度。
[0020]所述的含甲醛工業(yè)廢水的預處理可以采用多種現有技術實現，考慮到應用和時間的成本，并且經活性污泥處理后的廢水對宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.M2013471的影響不大，預處理步驟優(yōu)選采用如下工藝實現:[0021]A、采集活性污泥
[0022]從污水處理廠采集活性污泥；
[0023]B、混合振蕩培養(yǎng)
[0024]將活性污泥與含甲醛的工業(yè)廢水混合，進行振蕩培養(yǎng)；
[0025]C、靜置沉降
[0026]將步驟B中振蕩培養(yǎng)后的產物靜置沉降，將沉淀物回收再利用，上清液用于甲醛的降解處理。
[0027]所述的載體是指對宛氏擬青霉菌CCTCC N0.M2013471的菌體具有高度吸附能力的多孔性材質。所述的載體優(yōu)選采用但不局限于中空纖維、高嶺土、多孔玻璃、活性炭、硅膠。
[0028]所述的宛氏擬青霉菌CCTCC N0.M2013471在載體上的固定包括如下步驟:
[0029]a、將載體置于含有宛氏擬青霉菌CCTCC N0.M2013471的液體培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)；
[0030]b、宛氏擬青霉菌CCTCC N0.M2013471吸附于載體上完成菌體的固定化。
[0031]降解甲醛能力的測定方法如下，利用此方法作為篩選宛氏擬青霉菌F1-23CCTCCN0.M2013471的評價基礎。
[0032]甲醛的測定，甲醛在pH=5.5-7.0條件下與乙酰丙酮及銨離子反應生成黃色物質，在波長414nm有吸收峰，與標準系列比較定量。
[0033](I)硫酸標準滴定溶液的標定(用無水碳酸鈉標定法):配置0.5mol/L的硫酸標準滴定溶液時，取98%的濃硫酸72ml，沿盛有蒸餾水的燒杯壁緩慢注入水中；待溶液溫度降至室溫，再加蒸餾水定容至1L，搖勻。標定濃度時，稱取經60°C烘至恒重的基準無水碳酸鈉
1.lg，置250ml碘量瓶中，加蒸餾水50ml使溶解。加甲基紅-溴甲酚綠混合指示液1_2滴，用配制的硫酸滴定液滴定。待溶液由綠色變?yōu)樽霞t色時，煮沸2min。冷卻至室溫，繼續(xù)滴定至溶液由綠色變?yōu)榘底仙珪r，記錄硫酸滴定液的用量。取三次平行測定結果的平均值為最終結果，平行樣間的誤差不得大于0.1%。
[0034]以摩爾質量表示的硫酸滴定液濃度C，按下式計算:
[0035]c (mol/L) =m/ (0.1060X Y )
[0036]式中:m——無水碳酸鈉質量，g ；
[0037]——硫酸滴定液體積，ml ；
[0038]0.1060-lmol/L硫酸滴定液Iml相當于0.1060g無水碳酸鈉。
[0039](2)甲醛標準溶液的標定:甲醛與過量的中性亞硫酸鈉溶液反應，生成氫氧化鈉，以百里香酚酞作為指示劑，用硫酸標準滴定液滴定。測定時，與250ml錐形瓶中加入50ml亞硫酸鈉溶液及2-3滴百里香酚酞指示液，用硫酸標準滴定溶液中和至藍色剛剛消失。用減量法稱取1.3-1.5g甲醛標準溶液，精確至0.0002g，放入上述錐形瓶中，用硫酸標準滴定溶液中和至藍色剛剛消失為終點。取三次平行測定結果的算術平均值為測定結果。三次平行測定結果的誤差不得高于0.1%。
[0040]以質量百分數表示甲醛含量X按下式計算:
[0041]X= y X c X 2 X 100 X 0.3003/m= Y X c X 6.006/m
[0042]式中:Y —滴定消耗硫酸標準滴定溶液的體積，ml ；
[0043]C—硫酸標準滴定溶液的試劑濃度，mol/L ；
[0044]m-試樣的質量，g ;[0045]0.03003——與 1.0Oml 硫酸標準滴定溶液[c (1/2H2S04) =1.000mol/L]相當的甲
醛質量(g)。
[0046](3)甲醛標準曲線的測定:取干凈試管6支，取0、0.05、0.10,0.15、0.20和0.25ml上述甲醛標準液于試管中，補加蒸餾水至5ml，添加乙酰丙酮lml，55°C水浴中煮沸15min，反應時間需嚴格控制。以空白管校正零點，于414nm處測定吸光值A，以濃度為橫坐標，A值為縱坐標，繪制出標準曲線。
[0047]檢測菌種時，將斜面菌體接入裝有50ml實驗培養(yǎng)基的250ml錐形瓶中，28°C、ISOrpm培養(yǎng)5d。發(fā)酵液過濾，濾液根據標準曲線測定剩余甲醛含量即可。
[0048]本發(fā)明所取得的實質性特點和顯著的技術進步在于:
[0049]1、本發(fā)明中的宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.M2013471在甲醛耐受性和降解能力上均有提高，分為提高了 22.2%和23.8%，遺傳穩(wěn)定性優(yōu)良。
[0050]2、本發(fā)明采用具備較強吸附能力的載體固定中空纖維固定宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.M2013471，能在短時間內(2h)降解甲醛(3.725g/L)，這一濃度高于常見工業(yè)廢水的甲醛含量(3%)。對于高濃度甲醛含量的工業(yè)廢水，可以通過循環(huán)處理的方式解決。
[0051]3、另外，本發(fā)明運用微生物降解作為降解甲醛主要方式，在運行過程中不會產生二次污染，能夠重復利用，節(jié)約生產成本，有利于規(guī)?；瘮U大。
[0052]本發(fā)明中所描述的已于2013年10月13日提交中國典型培養(yǎng)物保藏中心(簡稱CCTCC)保藏，其保藏編號為CCTCC N0.M2013`471。
【具體實施方式】
[0053]以下結合實施例對本發(fā)明做進一步描述，但不應理解為對本發(fā)明的限定，本發(fā)明的保護范圍以權利要求記載的內容為準，任何依據說明書所作出的等效技術手段替換，均不脫離本發(fā)明的保護范圍。
[0054]實施例1
[0055]一種宛氏擬青霉菌 Fl-23 (paecilomyces variotii F1-23),其保藏編號為 CCTCCN0.M2013471。
[0056]利用宛氏擬青霉菌處理含甲醛工業(yè)廢水的方法，將宛氏擬青霉菌F1-23CCTCCN0.M2013471或將固定有宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.M2013471的載體接入含甲醛工業(yè)廢水中，混合振蕩處理或充分接觸后降解含甲醛工業(yè)廢水中的甲醛；所述的工業(yè)廢水中甲醛的含量低于6.0g/L。
[0057]宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.M2013471的固體培養(yǎng)基采用如下單位質量的組分組成:
[0058]葡萄糖10-30 ;牛肉膏 2-4 ；KC10.5 ;MgS04.7Η201 ;FeS04.7Η200.I ;瓊脂 18-20 ;水1000 ；pH=7.2-7.5 ；
[0059]宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.Μ2013471的液體培養(yǎng)基采用如下單位質量份數的組分組成:
[0060]葡萄糖10-30 ;牛肉膏 2-4 ；KC10.5 ；MgS04.7H201 ；FeS04.7Η200.I ；水 1000 ；ρΗ=7.2-7.5。[0061]所述的含甲醛工業(yè)廢水進行降解甲醛處理前，還包括一預處理步驟，該預處理步驟用于降低工業(yè)廢水中的COD、BOD及金屬離子的濃度。
[0062]所述的含甲醛工業(yè)廢水的預處理可以采用多種現有技術實現，考慮到應用和時間的成本，并且經活性污泥處理后的廢水對宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.M2013471的影響不大，預處理步驟優(yōu)選采用如下工藝實現:
[0063]A、采集活性污泥
[0064]從污水處理廠采集活性污泥；
[0065]B、混合振蕩培養(yǎng)
[0066]將活性污泥與含 甲醛的工業(yè)廢水按照質量比為1:2的比例混合，在25 V、150rpm振蕩培養(yǎng)4-6小時；
[0067]C、靜置沉降
[0068]將步驟B中振蕩培養(yǎng)后的產物靜置沉降，將沉淀物回收再利用，上清液用于甲醛的降解處理。
[0069]采用上述方法制備的含有宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.M2013471的液體培養(yǎng)基對下列甲醛含量不同的工業(yè)廢水進行處理結果如下:
[0070]1、甲醛濃度1.12g/L，菌體接種量10%，混合振蕩12h，甲醛徹底降解。
[0071]2、甲醛濃度2.24g/L，菌體接種量10%，混合振蕩36h，甲醛徹底降解。
[0072]3、甲醛濃度3.73g/L，菌體接種量10%，混合振蕩36h，甲醛徹底降解。
[0073]4、甲醛濃度5.60g/L,菌體接種量10%，混合振蕩36h，甲醛降解率69% ;菌體接種量20%，混合振蕩36h，徹底降解甲醛。
[0074]實施例2
[0075]本實施例中菌種、菌種的培養(yǎng)及含甲醛工業(yè)廢水的預處理如實施例1，將10根長IOcm的中空纖維(孔徑為0.1 μ m)束成一捆，置入同一液體培養(yǎng)基中，在25°C、180轉/分鐘條件下培養(yǎng)3-5天，致使宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.M2013471吸附在中空纖維上，完成固定化過程。在無菌環(huán)境中，切碎附著有宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.M2013471 (生物量約為0.1g)的中空纖維，填充于中空的柱子(Ψ=13πιπι，L=IOcm)中；通過蠕動泵以0.45ml/min流速將濃度為3.725g/L的甲醛溶液注入柱子中，當液體流出柱子時，幾乎不含甲醛。
[0076]采用上述裝置處理含甲醛的工業(yè)廢水2h后，用去離子水清洗柱子，之后可再次循環(huán)使用。
[0077]同時，試驗了含甲醛濃度低于3.725g/L的甲醛溶液，將其流經該裝置，在2h內均可以徹底降解溶液中的甲醛，且可以反復使用數次。
[0078]對于污染度較高的造紙廠廢水，其甲醛含量高達5g/L，用上述裝置處理該廢水，在2h內甲醛降解為70%，即流出的廢水中甲醛含量為1.5g/L ;再次將廢水流經裝置進行二次處理，即可徹底降解其甲醛。這一重復使用的優(yōu)勢是其他去除甲醛方法所不具備的。
[0079]菌體吸附的時間(即固定化時間)與載體種類有密切關系，具體參數如下表所示。
[0080]
【權利要求】
1.一種宛氏擬青霉菌F1-23，其特征在于其保藏編號為CCTCC N0.M2013471。
2.根據權利要求1所述的宛氏擬青霉菌F1-23，其特征在于宛氏擬青霉菌F1-23CCTCCN0.M2013471的固體培養(yǎng)基采用如下單位質量的組分組成:
葡萄糖 10-30 ;牛肉膏 2-4 ；KC10.5 ；MgS04.7H201 ；FeS04.7Η200.I ;瓊脂 18-20 ；水1000 ；pH=7.2-7.5 ； 宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC ΝΟ.Μ2013471的液體培養(yǎng)基采用如下單位質量份數的組分組成:
葡萄糖 10-30 ;牛肉膏 2-4 ；KC10.5 ；MgS04.7H201 ；FeS04.7Η200.I ；水 1000 ；ρΗ=7.2-7.5。
3.利用宛氏擬青霉菌F1-23處理含甲醛工業(yè)廢水的方法，其特征在于將宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.M2013471或將固定有宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.M2013471的載體接入含甲醛工業(yè)廢水中，混合振蕩處理或充分接觸后降解含甲醛工業(yè)廢水中的甲醛；所述的工業(yè)廢水中甲醛的含量低于6.0g/L。
4.根據權利要求3所述的利用宛氏擬青霉菌F1-23處理含甲醛工業(yè)廢水的方法其特征在于所述的含甲醛工業(yè)廢水進行降解甲醛處理前， 還包括一預處理步驟，該預處理步驟用于降低工業(yè)廢水中的COD、BOD及金屬離子的濃度。
5.根據權利要求4所述的利用宛氏擬青霉菌F1-23處理含甲醛工業(yè)廢水的方法其特征在于所述的預處理步驟包括如下步驟: A、采集活性污泥 從污水處理廠采集活性污泥； B、混合振蕩培養(yǎng) 將活性污泥與含甲醛的工業(yè)廢水混合，進行振蕩培養(yǎng)； C、靜置沉降 將步驟B中振蕩培養(yǎng)后的產物靜置沉降，將沉淀物回收再利用，上清液用于甲醛的降解處理。
6.根據權利要求3所述的利用宛氏擬青霉菌F1-23處理含甲醛工業(yè)廢水的方法其特征在于所述的載體是指對宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.M2013471的菌體具有吸附能力的多孔性材質。
7.根據權利要求3或6所述的利用宛氏擬青霉菌F1-23處理含甲醛工業(yè)廢水的方法其特征在于所述的載體選自中空纖維、高嶺土、多孔玻璃、活性炭、硅膠中的一種。
8.根據權利要求3所述的利用宛氏擬青霉菌F1-23處理含甲醛工業(yè)廢水的方法其特征在于所述的宛氏擬青霉菌F1-23CCTCC N0.M2013471在載體上的固定包括如下步驟: a、將載體置于含有宛氏擬青霉菌F1-23CCTCCN0.M2013471的液體培養(yǎng)基中進行培養(yǎng); b、宛氏擬青霉菌F1-23CCTCCN0.M2013471吸附于載體上完成菌體的固定化。
【文檔編號】C12N1/14GK103710273SQ201410012922
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月13日 優(yōu)先權日:2014年1月13日
【發(fā)明者】姚璐曄, 吳金男, 冀宏, 徐兵, 邢鋆, 高杏, 顧佳佳, 曹葉萍 申請人:常熟理工學院