專利名稱：一株兼具異養(yǎng)硝化-好氧反硝化與除磷功能的喹啉降解菌qg6及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一株兼具異養(yǎng)硝化-好氧反硝化與除磷功能的喹啉降解菌QG6及其應(yīng)用。該喹啉降解菌QG6屬于假單胞菌(Pseudomonas sp.),具有降解喹啉的功能，同時(shí)還兼有異養(yǎng)硝化-好氧反硝化的功能，并可以在同步硝化反硝化脫氮的過程中完成污水中含磷污染物的去除，從而達(dá)到污水中難降解有機(jī)物的去除和同步生物脫氮除磷的目的。
背景技術(shù)：
喹啉是典型的多環(huán)芳香含氮雜環(huán)化化合物，具有毒性大、致畸性和致癌性強(qiáng)等特點(diǎn)，難于生物降解，會(huì)通過土壤污染地下水資源，對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境具有巨大的潛在危害，已日益引起人們的關(guān)注。尋找有效去除喹啉的方法具有十分重要的意義。
生物處理法因其具有處理量大、成本較低、條件溫和及不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的青睞。近年來，在不改變現(xiàn)有處理設(shè)施的基礎(chǔ)上通過特定功能微生物的添加的生物強(qiáng)化技術(shù)，能夠大大提高原有生物處理系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)污染物的去除效果，污水處理能力大幅提高，因而越來越受到人們的重視。
國內(nèi)外研究者從20世紀(jì)70年代就開始分離降解喹啉的微生物，其中大多數(shù)為假單胞菌屬(Pseudomonas sp.)。有關(guān)喹啉的微生物降解途徑及其降解動(dòng)力學(xué)、遺傳學(xué)的研究也在深入，但到目前為止，此類化合物的生物降解過程研究仍相當(dāng)有限，而對(duì)于喹啉降解菌的其他功能研究則更少。
隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國各類水體富營養(yǎng)化污染日益嚴(yán)重，藍(lán)藻赤潮問題頻發(fā)，對(duì)水體安全和人體健康造成了巨大的損害。氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)過剩是引發(fā)水體富營養(yǎng)化的根本原因，當(dāng)水體中N濃度>0. 2mg/l, P濃度>0. 02mg/l時(shí)就會(huì)發(fā)生富營養(yǎng)化現(xiàn)象。
生物脫氮技術(shù)是應(yīng)用最廣的污水脫氮技術(shù)，基本原理是即在于通過硝化作用先將氨氮氧化為硝酸鹽，再通過反硝化過程將硝酸鹽還原成氣態(tài)氮。硝化過程中的主體菌是硝化細(xì)菌，反硝化過程中的主體菌是反硝化細(xì)菌，他們之間脫氮機(jī)制的差異直接導(dǎo)致基于硝化反硝化理論的污水脫氮技術(shù)工藝廠，能耗高，占地大，環(huán)境敏感性高，脫氮效率不高等一系列問題。
生物除憐的基本原理是聚憐菌(Poly-phosphate-AccumulatuingOrganisms, PAOs)的好氧吸磷-厭氧釋磷過程通過排泥的方式將被細(xì)菌過量攝取的磷隨剩余污泥排出系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)除磷的目的。近年來，有學(xué)者已研究證實(shí)除了聚磷菌PAOs，還存在另一種能夠在存在硝酸鹽條件下的缺氧環(huán)境過量吸磷的兼性厭氧反硝化聚磷菌DPBs，二者的除磷機(jī)制極為相似。但DPBs細(xì)菌能夠?qū)z磷和反硝化兩個(gè)過程同時(shí)完成，可以節(jié)省約50%C0D和 30%氧的消耗量，污泥量減少50%，CO2排放量明顯降低，因此基于反硝化除磷機(jī)理的相關(guān)工藝的研發(fā)已成為當(dāng)前脫氮除磷新技術(shù)的研究熱點(diǎn)。
傳統(tǒng)生物脫氮除磷存在著硝化與反硝化和除磷過程對(duì)溶解氧的需求矛盾、聚磷菌與反硝化菌在碳源上的競爭和異氧菌與自養(yǎng)菌在泥齡上的矛盾等機(jī)理上的矛盾，這些問題會(huì)導(dǎo)致工藝運(yùn)行過程中的一次性造價(jià)高、能耗高、占地大、脫氮除磷效果不穩(wěn)定、出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率不夠等一系列問題。目前生物脫氮除磷工藝的發(fā)展是圍繞著解決在同一污水處理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)脫氮與除磷的矛盾展開的，開發(fā)節(jié)能高效的城鎮(zhèn)污水處理工藝已刻不容緩。本發(fā)明是從某鋼鐵廠焦化廢水生物處理系統(tǒng)中的曝氣池回流污泥中取樣，經(jīng)馴化、分離及純化得到的一株假單胞菌Pseudomonas sp. QG6,發(fā)現(xiàn)其具有降解喹啉的能力；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)菌株QG6具有異養(yǎng)硝化-好氧反硝化的能力且在單一好氧條件下兼有除磷的能力，能夠較好的克服上述提到的傳統(tǒng)工藝中存在的矛盾問題，由此完成了本發(fā)明
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一株可有效解決有機(jī)污染物喹啉并用于環(huán)境污染治理的新
菌株-假單胞菌Pseudomonas sp. QG6。本發(fā)明提供的菌株QG6能快速降解難降解有機(jī)
物，且在有其他碳源存在的情況下能達(dá)到同步脫氮除磷的目的，為污水處理同步去除難降解有機(jī)物和氮磷提供了新的思路。本發(fā)明所提供的喹啉降解菌QG6取自某鋼鐵廠焦化廢水生物處理系統(tǒng)中的曝氣池回流污泥。在含有喹啉的富集培養(yǎng)基中馴化培養(yǎng)，再在以喹啉為唯一碳源、氮源和能源的無機(jī)鹽培養(yǎng)基中進(jìn)行馴化培養(yǎng)，并通過平板劃線分離純化得到。其中，喹啉富集培養(yǎng)基成分為蛋白胨10.0g/L，葡萄糖1.5g/L，酵母膏3. 5g/L，NaCl 9. 5g/L。喹啉無機(jī)鹽培養(yǎng)基成分為=K2HPO4 · 3H20 O. 79g/L，MgSO4 · 7H20 O. 2g/L, FeSO4 · 7H20 0. 02g/L, CaCl2 · 2H20 0. 002g/L, NaCl I. 0g/L，0. 1% 備用微量元素溶液；微量元素儲(chǔ)備液組分為=MnSO4 · H2O O. 2g/L，CuSO4 · 5H20 O. lg/L，ZnS04 · 7H20 0. 2g/L，CoCl2 · 6H20 0. 09g/L, Na2MoO4 · 2H20 0. 12g/L, H3BO3 0. 006g/L。本發(fā)明所提供的菌株，具有以下表型特征在30_40°C下，LB培養(yǎng)基上培養(yǎng)16_32h后，菌落為規(guī)則的圓形，邊緣整齊，表面光滑，菌落顏色呈灰白色；通過革蘭氏染色后在顯微鏡下呈陰性，菌體呈桿狀，端生鞭毛，大小為(I. 4 I. 5) μ mX (O. 5^0. 7)ym,細(xì)胞單個(gè)出現(xiàn)。。該菌株QG6的16S rRNA基因序列特征其16S rRNA具有如序列表I所示的核苷酸序列，序列長度為1462bp, Genbank中的登錄號(hào)為EF079075。根據(jù)其形態(tài)特征和生理生化特征及其16S rRNA基因序列在Genbank中的檢索結(jié)果，鑒定該菌株QG6為假單胞菌(Pseudomonas sp.)。本發(fā)明通過的假單胞菌Pseudomonas sp. QG6.,于2012年11月09日，保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，其保藏號(hào)為CGMCC No. 6813。本發(fā)明所提供的假單胞菌Pseudomonas sp. QG6能夠以喹啉作為唯一碳源、氮源和能源進(jìn)行生長繁殖，在12h內(nèi)將100mg/L和150mg/L的喹啉降解完全。該菌可以對(duì)較高濃度喹啉工業(yè)廢水具有良好的降解效果，可以應(yīng)用于焦化廢水的生物強(qiáng)化處理，應(yīng)用前景廣闊。本發(fā)明所提供的假單胞菌Pseudomonas sp. QG6能夠利用有機(jī)碳為唯一碳源,氨氮為唯一氮源進(jìn)行新陳代謝，通過異養(yǎng)硝化-好氧反硝化作用把氨氮直接轉(zhuǎn)為氣體產(chǎn)物，完成脫氮；也能在好氧條件下將無機(jī)磷攝入體內(nèi)轉(zhuǎn)化為自身組分進(jìn)而實(shí)現(xiàn)除磷。該菌株的這種特性，實(shí)現(xiàn)了好氧條件下氮磷的同步去除，解決了傳統(tǒng)污水處理中生物脫氮除磷需要采取厭氧釋磷、缺氧反硝化、好氧硝化吸磷分段處理的瓶頸問題；另外，硝化反硝化偶聯(lián)和氮磷的同步去除最大限度的簡化了工藝流程，縮短了系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，節(jié)省了設(shè)備和投資的成本，因此，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。
本發(fā)明所提供的假單胞菌Pseudomonas sp. QG6在降解喹啉的過程中，以氨氮形式釋放出來的喹啉環(huán)N,在有可利用碳源的情況下,能夠被菌株QG6完全利用，同時(shí)伴隨著磷酸鹽的去除。本發(fā)明適用于含較高濃度喹啉的各種工業(yè)廢水中喹啉的生物降解，同時(shí)也適用于各種污水的脫氮除磷處理，應(yīng)用前景廣闊，具有很好的社會(huì)效益。
本發(fā)明所提供的假單胞菌Pseudomonas sp. QG6可用于降解喹啉和脫氮除磷,在實(shí)際應(yīng)用中，可將菌株置于廢水中實(shí)現(xiàn)去除難降解有機(jī)物喹啉和氮磷的目的。
所述廢水的pH可為7-9，優(yōu)選為8-9。
所述廢水的溫度可為25-35°C，優(yōu)選為25_30°C。
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，實(shí)施例僅僅是舉例說明的目的，本發(fā)明的范圍并不以具體實(shí)施方法為限，而是由權(quán)利要求的范圍加以限定。


附圖I假單胞菌Pseudomonas sp. QG6對(duì)喹啉的降解曲線
附圖2假單胞菌Pseudomonas sp. QG6對(duì)氨氮的降解曲線
附圖3假單胞菌Pseudomonas sp. QG6對(duì)磷酸鹽和氮素的降解曲線
附圖4假單胞菌Pseudomonas sp. QG6在單基質(zhì)和雙基質(zhì)條件下對(duì)喹啉的降解過程
在圖I 圖4中
Quinoline 為喹啉；
Quinoline control為喹啉的空白對(duì)照；
NH3-N 為氨氮；
N03-N 為硝氮；
P04-P為磷酸鹽。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例中各種污染物的監(jiān)測分析方法參考《水和污水監(jiān)測分析方法》(第四版，中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002)。0D_采用紫外分光光度計(jì)在600nm波長下檢測。
實(shí)施例中使用的各種單位，統(tǒng)一采用國家標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施實(shí)例I :假單胞菌Pseudomonas sp. QG6對(duì)喹啉的降解能力測定
將假單胞菌Pseudomonas sp. QG6(于2012年11月9日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心(簡稱CGMCC)，保藏號(hào)為CGMCC No. 6813，下同)接種于IOOml 的LB培養(yǎng)基(酵母膏5g/L，蛋白胨10g/L，NaCl 10g/L)中，加入100mg/L喹啉，防止雜菌侵入并保持菌體的生長活力，于30°C，120rpm，搖床振蕩進(jìn)行富集培養(yǎng)。振蕩培養(yǎng)48h后， 4000r/min 離心 lOmin，收集菌體，用無機(jī)鹽培養(yǎng)基(K2HPO4 · 3H20 0. 0737g/L, MgSO4 · 7H20 0. 2g/L, FeSO4 · 7H20 0. 02g/L, CaCl2 · 2H20 0. 002g/L, NaCl I. 0g/L，0. 1% 備用微量元素溶液；微量元素儲(chǔ)備液組分為=MnSO4 · H2O O. 2g/L，CuSO4 · 5H20 O. lg/L, ZnS04 · 7H20 0. 2g/L，CoCl2 · 6H20 0. 09g/L，Na2MoO4 · 2H20 0. 12g/L，H3BO3 0. 006g/L)洗滌 3 次，去除殘留的底
物及中間產(chǎn)物。重懸于無機(jī)鹽培養(yǎng)基中，配成菌體質(zhì)量濃度在20g/L左右的菌懸液。4°C保存?zhèn)溆?。取菌懸液?%加入到新鮮含100mg/L喹啉的無機(jī)鹽培養(yǎng)基中，30°C、120rpm,振蕩培養(yǎng)24h，用作正式降解實(shí)驗(yàn)的活性接種液。取活性接種液按5%分別進(jìn)行2組實(shí)驗(yàn)，每組分別接入三個(gè)含有200ml測試培養(yǎng)基(不同濃度喹啉分別加入無機(jī)鹽培養(yǎng)基，其中喹啉的兩個(gè)初始濃度分別設(shè)定為100mg/L (測試培養(yǎng)基I)及150mg/L (測試培養(yǎng)基2))的錐形瓶中，用9層紗布封口，30° C，120rpm的搖床中振蕩培養(yǎng)。未接種菌懸液的培養(yǎng)基進(jìn)行同等條件下的實(shí)驗(yàn)作為空白對(duì)照。于 0h、4h、8h、12h、16h、20h、24h、28h、32h、36h、46h^P 50h 取少量反應(yīng)液，其中一部分直接用于測定菌體光密度，其余部分在8000rpm下離心5min,取上清液，用O. 22μπι濾膜過濾，測定喹啉的殘留濃度，繪制出降解曲線。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見附圖I。由圖可見,假單胞菌Pseudomonas sp. QG6對(duì)喹啉的降解能力很強(qiáng)，12h內(nèi)實(shí)驗(yàn)組I和實(shí)驗(yàn)2的喹啉均能被完全降解，去除率達(dá)100%。從菌體的生長曲線看，在接種后菌株QG6幾乎沒有出現(xiàn)遲緩期，直接進(jìn)入了快速增長的對(duì)數(shù)生長期，菌體含量迅速增加，以此同時(shí)實(shí)驗(yàn)組的喹啉呈現(xiàn)同步的快速降解趨勢，在12h內(nèi)被完全降解；12h后，菌株QG6從快速增長期進(jìn)入了穩(wěn)定期，菌體含量幾乎沒有發(fā)生變化。對(duì)照組中的喹啉沒有發(fā)生降解。在50h的實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)，實(shí)驗(yàn)組I的100mg/L喹啉和實(shí)驗(yàn)組2的150mg/L喹啉均在前12h內(nèi)就被菌株QG6降解完全，去除率達(dá)100%。由此說明，本發(fā)明的假單胞菌Pseudomonassp. QG6對(duì)喹啉有很高的降解效率。實(shí)施實(shí)例2 :假單胞菌Pseudomonas sp. QG6的異養(yǎng)硝化一好氧反硝化性能測定取5mL按照實(shí)例I的方法所制備的假單胞菌Pseudomonas sp.QG6菌懸液分別進(jìn)行2組實(shí)驗(yàn)，每組分別加入三個(gè)含有200mL測試培養(yǎng)基(測試培養(yǎng)基I :5. 628g/L 丁二酸鈉六水，0. 382g/L NH4Cl (C/N=10),0. 79g/L K2HPO4 · 3H20，0. 2g/L MgSO4 · 7H20，0. 02g/LFeSO4 · 7H20,0. 002g/L CaCl2 · 2H20,1. 0g/LNaCl,0. 1% 實(shí)例 I 中的備用微量元素溶液；測試培養(yǎng)基 2 11. 256g/L 丁二酸鈉六水，0. 764g/LNH4Cl (C/N=10)，0. 79g/L K2HPO4 · 3H20，0. 2g/L MgSO4 · 7Η20，0· 02g/L FeSO4 · 7Η20，0· 002g/L CaCl2 · 2H20,1. Og/L NaCl，0. 1% 實(shí)例I中的備用微量元素溶液；pH 7. 5 8. 0)的錐形瓶中，用9層紗布封口，30°C，150rpm的搖床中振蕩培養(yǎng)。未接種菌懸液的測試培養(yǎng)基進(jìn)行同等條件下的實(shí)驗(yàn)作為空白對(duì)照。于0h、4h、9h、12h、16h、25h、28h、32h、36h、40h、48h和50h取少量反應(yīng)液，其中一部分直接用于測定菌體光密度，其余部分在8000rpm下離心5min,取上清液測定各種含氮化合物的濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見附圖2。如圖所示,假單胞菌Pseudomonas sp. QG6在前9h內(nèi)均處于遲緩期，生長較為緩慢，此時(shí)實(shí)驗(yàn)組I和2中的氨氮濃度都基本保持不變；菌株QG6在隨后的9-32h內(nèi)，菌體生長進(jìn)入對(duì)數(shù)生長期，菌體含量快速增長，與此同時(shí)兩組實(shí)驗(yàn)組的氨氮濃度降解都非常迅速，其降解曲線幾乎呈直線下滑，實(shí)驗(yàn)組I氨氮的去除率達(dá)100%，實(shí)驗(yàn)組2氨氮的去除率達(dá)66. 7%，在此期間實(shí)驗(yàn)組I的硝酸鹽濃度一直保持很低的水平，幾乎沒有變化，實(shí)驗(yàn)組2的硝酸鹽濃度在開始進(jìn)入對(duì)數(shù)生長期時(shí)有所升高，隨后隨著菌體生長又被菌株所利用，最后硝酸鹽濃度仍然保持在一個(gè)很低的水平；32h后，菌株QG6開始進(jìn)入穩(wěn)定期，主要進(jìn)行內(nèi)源生長代謝，菌體含量保持在一定水平，實(shí)驗(yàn)組I的氨氮和硝酸鹽濃度基本沒有變化，實(shí)驗(yàn)組2氨氮的濃度仍然呈現(xiàn)出下降趨勢，最終去除率達(dá)到87. 6%，硝酸鹽濃度基本沒有變化。實(shí)驗(yàn)組I和2氨氮濃度下降的同時(shí)均為出現(xiàn)硝酸鹽的積累。由此可見，假單胞菌Pseudomonas sp. QG6對(duì)氨氮具有很強(qiáng)的降解能力，異養(yǎng)硝化速率很高。
兩組實(shí)驗(yàn)的初始氨氮濃度不同，但在50h的實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)最終氨氮的去除率均能達(dá)到很高，分別為100%和87. 6%，并且?guī)缀醵紱]有發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的積累，說明發(fā)生了異養(yǎng)硝化-好氧反硝化現(xiàn)象。其可能的降解途徑是將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮進(jìn)而將硝酸鹽氮直接還原為氣體產(chǎn)物，與傳統(tǒng)理論不同的是這兩個(gè)過程由同一株菌株獨(dú)立完成。
由此可以看出假單胞菌Pseudomonas sp. QG6具有較強(qiáng)的異養(yǎng)硝化-好氧反硝化能力。
實(shí)施實(shí)例3 :假單胞菌Pseudomonas sp. QG6的同步脫氮除磷能力測定
取5mL按照實(shí)例I的方法所制備的假單胞菌Pseudomonas sp. QG6菌懸液分別進(jìn)行2組實(shí)驗(yàn)，每組分別加入三個(gè)含有200mL測試培養(yǎng)基(測試培養(yǎng)基I :5. 628g/L 丁二酸鈉六水，0. 382g/L NH4CIjO. 0737g/L K2HPO4 · 3Η20，0· 2g/L MgSO4 · 7Η20，0· 02g/LFeS04 · 7H20, 0. 002g/L CaCl2 · 2H20,1. Og/L NaCl，0. 1%實(shí)例I中的備用微量元素溶液；測試培養(yǎng)基2 5. 628g/L 丁二 酸鈉六水，0. 382g/LNH4Cl，0. 1474g/L K2HPO4 · 3Η20，0· 2g/LMgS04 · 7H20, 0. 02g/L FeSO4 ·7Η20，0· 002g/L CaCl2 ·2Η20，I. Og/L NaCl，0. 1%實(shí)例 I 中的備用微量元素溶液；pH 7. 5 8. 0)的錐形瓶中，用9層紗布封口，30°C，150rpm的搖床中振蕩培養(yǎng)。未接種菌懸 液的測試培養(yǎng)基進(jìn)行同等條件下的實(shí)驗(yàn)作為空白對(duì)照。于Oh、4h、8h、12h、16h、20h、24h、 32h、36h和40h取少量反應(yīng)液，其中一部分直接用于測定菌體光密度，其余部分在8000rpm 下離心5min，取上清液測定各種含氮化合物和磷酸根的濃度。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果見附圖3。如圖所示,假單胞菌Pseudomonas sp. QG6在前4h均處于遲緩期，生長較為緩慢，此時(shí)實(shí)驗(yàn)組I和2內(nèi)的磷酸鹽和氨氮濃度基本保持不變；菌株QG6在隨后4-20h內(nèi)，菌體生長進(jìn)入對(duì)數(shù)生長期，菌體含量快速增長，與此同時(shí)氨氮和磷酸鹽濃度也呈同步快速直線下降趨勢，實(shí)驗(yàn)組I的磷酸鹽去除率達(dá)100%，氨氮去除率達(dá)83. 0%，實(shí)驗(yàn)組2的磷酸鹽去除率達(dá)到85. 9%，氨氮去除率達(dá)99. 7% ;2(T40h，菌株進(jìn)入穩(wěn)定生長期，主要進(jìn)行內(nèi)源代謝，菌體出現(xiàn)了死亡的現(xiàn)象，菌體含量有所下降，在此期間實(shí)驗(yàn)組I的氨氮濃度有一定下降，氨氮最終的去除率達(dá)到86. 7%，；磷酸鹽的濃度有小范圍的波動(dòng)，最終去除率仍為100%，實(shí)驗(yàn)組2的磷酸鹽和氨氮濃度都有一定程度的波動(dòng)，可能由于菌體死亡釋放出了內(nèi)源的氮素和磷素，磷酸鹽最終的去除率為57. 3%，氨氮最終的去除率為92. 0%。
在40h的實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)，實(shí)驗(yàn)組I和2的氨氮的最大去除率達(dá)到86. 7%和99. 7%， 并且?guī)缀鯖]有發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的積累，說明發(fā)生了異養(yǎng)硝化好氧反硝化現(xiàn)象。 此夕卜，實(shí)驗(yàn)組I和2磷酸鹽的最大去除率達(dá)到100%和85. 9%,說明假單胞菌Pseudomonas sp. QG6在具有異養(yǎng)硝化-好氧反硝化能力的同時(shí)兼有較強(qiáng)的除磷功能。由此可見，假單胞菌Pseudomonas sp. QG6在單一好氧條件下具有較強(qiáng)的同步脫氮除磷能力。
實(shí)施實(shí)例4 :假單胞菌Pseudomonas sp. QG6在喹啉降解過程中的脫氮除磷能力測定
取5mL按照實(shí)例I的方法所制備的假單胞菌Pseudomonas sp. QG6菌懸液分別進(jìn)行2組實(shí)驗(yàn)，每組分別加入三個(gè)含有200mL測試培養(yǎng)基(測試培養(yǎng)基I為單基質(zhì)培養(yǎng)基150mg/L喹啉(C/N=7. 7)加入實(shí)例I中的無機(jī)鹽培養(yǎng)基；測試培養(yǎng)基2為雙基質(zhì)培養(yǎng)基150mg/L喹啉和I. 125g/L 丁二酸鈉六水(C/N=20)，一起加入實(shí)例I中的無機(jī)鹽培養(yǎng)基；pH7. 5^8. O)的錐形瓶中，用9層紗布封口，30°C，120rpm的搖床中振蕩培養(yǎng)。未接種菌懸液的測試培養(yǎng)基進(jìn)行同等條件下的實(shí)驗(yàn)作為空白對(duì)照。于Oh、4h、8h、12h、16h、20h和24h取少量反應(yīng)液，其中一部分直接用于測定菌體光密度，其余部分在8000rpm下離心5min,取上清液，一部分用于測定各種含氮化合物和磷酸根的濃度，一部分用O. 22 μ m濾膜過濾，測定喹啉的殘留濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見附圖4。圖4(A)顯示在單基質(zhì)條件下,假單胞菌Pseudomonas sp. QG6對(duì)喹啉的降解很迅速，在12h內(nèi)就將喹啉降解完全，去除率達(dá)100%。菌株QG6接種到單基質(zhì)培養(yǎng)基后，幾乎沒有遲緩期，很快就進(jìn)入對(duì)數(shù)生長期，菌體含量快速增長，與此同時(shí)喹啉呈現(xiàn)出同步快速降解趨勢，12h內(nèi)的去除率達(dá)100%，喹啉降解過程中釋放出的NH3-N的濃度隨著喹啉的不斷降解而逐漸升高，磷酸鹽的濃度在此期間呈現(xiàn)出了下降趨勢；12h后，菌株、QG6進(jìn)入穩(wěn)定期，進(jìn)行內(nèi)源代謝，菌體含量變化不大，在此期間NH3-N的濃度仍有一定程度的上升，可能由于菌株QG6能將喹啉降解的中間產(chǎn)物分解為氨氮，也可能由于一部分菌體死亡釋放出氨氮，磷酸鹽的濃度沒有發(fā)生大的變化，其最終去除率為33. 1%。圖4 (B)顯示在雙基質(zhì)條件下,假單胞菌Pseudomonas sp. QG6接種后也幾乎沒有遲緩期，很快就進(jìn)入到對(duì)數(shù)生長期，在前12h內(nèi)菌體含量快速增長，在此期間喹啉被完全降解，降解率達(dá)100%，喹啉降解過程中釋放出的NH3-N濃度有一定上升，最大值為4. 838mg/L,同時(shí)磷酸鹽的濃度下降迅速，幾乎呈直線下降，去除率達(dá)70. 2%，；在12 24h內(nèi)，菌株進(jìn)入穩(wěn)定期，菌體含量有一定增加，但增加幅度不大，喹啉降解過程中釋放的NH3-N很快就被菌株所完全利用，與此同時(shí)培養(yǎng)基中的磷酸鹽的濃度有下降趨勢，最終的去除率達(dá)86. 1%。在24h的實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)，假單胞菌Pseudomonas sp. QG6在不同基質(zhì)條件下均能對(duì)喹啉進(jìn)行快速降解，在12h內(nèi)就能達(dá)到去除率100%，對(duì)喹啉的降解效果明顯。在單基質(zhì)條件下，喹啉降解過程中釋放出的NH3-N不能被利用而積累，而在雙基質(zhì)條件下，NH3-N在有可利用碳源的情況下被菌株QG6完全利用，說明菌株QG6能利用由喹啉降解過程中釋放出的NH3-N作為氮源，同時(shí)利用丁二酸鈉作為碳源來維持自身的生長，有一定的脫氮能力。磷酸鹽在不同基質(zhì)條件下均能被利用，去除率分別為33. 1%和86. 1%。這些結(jié)果表明，假單胞菌Pseudomonas sp. QG6在外加碳源的情況下能同時(shí)降解喹啉、氨氮和磷酸鹽。實(shí)施實(shí)例5 :假單胞菌Pseudomonas sp. QG6降解喹啉過程中同步脫氮除磷最佳條件的確定采用搖瓶實(shí)驗(yàn)的模式,依據(jù)正交實(shí)驗(yàn)原理，以pH值、搖床培養(yǎng)溫度、搖床轉(zhuǎn)速和初始喹啉濃度四個(gè)因素為影響因子，建立了 4因素3水平共計(jì)9次正交試驗(yàn)以確定假單胞菌Pseudomonas sp. QG6的降解喹啉最佳條件。實(shí)驗(yàn)中選用的培養(yǎng)基中的碳氮比恒定為20,由喹啉和丁二酸鈉六水根據(jù)需要配置，其余組分和濃度一律與實(shí)施例I相同。正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表I所示。表I正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種兼具異養(yǎng)硝化-好氧反硝化與除磷功能的假單胞菌Pseudomonas sp. QG6,其特征是所述的QG6菌株能降解喹啉，同時(shí)能在單一好氧條件下實(shí)現(xiàn)碳、氮、磷的同步去除。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的假單胞菌Pseudomonassp. QG6,其特征在于該假單胞菌Pseudomonas sp. QG6的16S rRNA基因如序列表I所不，序列長度為1462bp,Genbank中的登錄號(hào)為EF079075,所述的假單胞菌Pseudomonas sp. QG6保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，保藏號(hào)為=CGMCC No. 6813，保藏日期為2012年11月9日。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的假單胞菌Pseudomonassp. QG6,其特征在于該假單胞菌QG6是從某鋼鐵廠焦化廢水生物處理系統(tǒng)中的曝氣池回流污泥中取樣，經(jīng)馴化、分離及純化得到的一株革蘭氏陰性細(xì)菌。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的假單胞菌Pseudomonassp. QG6,其特征在于在30_40°C下，LB培養(yǎng)基上培養(yǎng)16-32h后，菌落為規(guī)則的圓形，邊緣整齊，表面光滑，菌落顏色呈灰白色；通過革蘭氏染色后在顯微鏡下呈陰性，菌體呈桿狀，端生鞭毛，大小為(I. 4 I. 5) y mX(0. 5 0.7) Pm，細(xì)胞單個(gè)出現(xiàn)。
5.權(quán)利要求I所述的假單胞菌Pseudomonassp. QG6的應(yīng)用，其特征在于利用所述的假單胞菌Pseudomonas sp. QG6用于生物降解工業(yè)廢水中的喹啉。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于在有機(jī)碳為唯一碳源，氨氮為唯一氮源的條件下，通過異養(yǎng)硝化-好氧反硝化作用把氨氮直接轉(zhuǎn)為氣體產(chǎn)物，達(dá)到脫氮的目的；在好氧條件下將無機(jī)磷攝入體內(nèi)轉(zhuǎn)化為自身組分進(jìn)而實(shí)現(xiàn)去除污水中磷元素。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于該假單胞菌QG6在喹啉降解過程中喹啉環(huán)上的N是以氨氮的形式釋放出的，在有可利用碳源的情況下，能將釋放出的氨氮完全利用，同時(shí)還能同步去除污水中的磷酸鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于其所述的廢水的初始pH范圍為7 9，優(yōu)選8-9 ;其所述的廢水的溫度范圍為25 35°C，優(yōu)選25 30°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征是降解喹啉的最佳條件組合為pH為8，溫度為25°C，搖床轉(zhuǎn)速為120r/min，初始喹啉濃度為200mg/L ;最佳脫氮條件組合為pH為9，溫度為25°C，搖床轉(zhuǎn)速為100r/min，初始喹啉濃度為100mg/L ;最佳除磷條件組合為pH為9，溫度為25°C，搖床轉(zhuǎn)速100r/min，初始喹啉濃度為150mg/L。
全文摘要
本發(fā)明涉及一株兼具異養(yǎng)硝化-好氧反硝化與除磷功能的喹啉降解菌QG6及其應(yīng)用。本發(fā)明的喹啉降解菌屬于假單胞菌(Pseudomonas sp.)，命名為QG6。該菌株可以利用喹啉作為唯一碳源、氮源和能源進(jìn)行生長繁殖，能將100mg/L和150mg/L的喹啉在12h內(nèi)降解完全；還可以利用有機(jī)碳為唯一碳源，氨氮為唯一氮源，通過異養(yǎng)硝化-好氧反硝化作用把氨氮直接轉(zhuǎn)為氣體產(chǎn)物，完成脫氮；還能在好氧條件下將無機(jī)磷攝入體內(nèi)轉(zhuǎn)化為自身組分進(jìn)而實(shí)現(xiàn)除磷。該菌株可以高效地降解喹啉，且在單一好氧條件下有其他可利用碳源存在時(shí)降解喹啉的同時(shí)能同步去除氮磷，可獨(dú)立完成污水中難降解有機(jī)物的去除和生物脫氮除磷的目的。
文檔編號(hào)C02F3/02GK102978145SQ201210566589
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者倪晉仁, 段明君 申請人:北京大學(xué)