[發(fā)明專利]一株不同溶解氧條件下脫氮除磷的銅綠假單胞菌及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210395333.X
• 申請(qǐng)日: 2012-10-17
• 公開（公告）號(hào): CN102876616A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪晉仁;鄭茂盛;仝國(guó)平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): C12N1/20
• 分類號(hào): C12N1/20;C02F3/34;C12R1/385
• 代理公司: 北京金闕華進(jìn)專利事務(wù)所(普通合伙) 11224
• 代理人: 吳鴻維

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一株銅綠假單胞菌（Pseudomonas?aeruginosa）及其在廢水生物脫氮除磷中的應(yīng)用。該菌株可在不同溶解氧濃度下發(fā)揮異養(yǎng)硝化-好氧反硝化功能，并在脫氮的同時(shí)完成對(duì)磷酸鹽的去除，從而達(dá)到廢水同步脫氮除磷的目的。?

背景技術(shù)

目前，工業(yè)污水和生活廢水的大量排放使我國(guó)自然和生態(tài)環(huán)境遭到了嚴(yán)重破壞，也給人類生命和健康構(gòu)成了極大的威脅。廢水中存在的污染物主要包括有機(jī)物、重金屬以及氮磷營(yíng)養(yǎng)元素等物質(zhì)，其中水體中氮磷元素的大量存在會(huì)誘發(fā)富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，從而導(dǎo)致藻類大量繁殖、水體黑臭、魚蝦死亡等嚴(yán)重生態(tài)環(huán)境問題。為應(yīng)對(duì)日趨嚴(yán)重的水環(huán)境問題，我國(guó)也頒布制定了更加嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）將一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)分為A標(biāo)準(zhǔn)和B標(biāo)準(zhǔn)，其中A標(biāo)準(zhǔn)對(duì)總氮和總磷提出了更高的排放要求。因此，開發(fā)更加節(jié)能高效的脫氮除磷工藝成為目前研究的熱點(diǎn)問題。?

在目前眾多廢水脫氮除磷的處理方法中，生物脫氮除磷仍是去除廢水中氮磷元素的主要手段。傳統(tǒng)的生物脫氮理論基礎(chǔ)是微生物作用下的硝化和反硝化作用：首先，廢水中的有機(jī)氮在異養(yǎng)菌作用下被分解轉(zhuǎn)化為氨氮，這一過程較易進(jìn)行；其次，廢水中的氨氮在自養(yǎng)微生物亞硝化細(xì)菌的作用下被轉(zhuǎn)化為亞硝氮，然后在硝化細(xì)菌的作用下亞硝氮被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝氮，其中由亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌共同完成的將氨氮轉(zhuǎn)化為硝氮的過程統(tǒng)稱為硝化作用，該過程需要在好氧環(huán)境中進(jìn)行，一般要求溶解氧高于2.0mg/L，同時(shí)硝化作用需要以無機(jī)碳作為細(xì)菌生長(zhǎng)代謝的碳源；最后，廢水中的硝氮在反硝化細(xì)菌中的作用下被轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓罱K完成廢水脫氮過程，該過程稱為反硝化作用，而該過程中反硝化細(xì)菌需要以有機(jī)碳作為菌體生長(zhǎng)的碳源和能源，同時(shí)以硝氮和亞硝氮作為電子受體進(jìn)行代謝才可完成反硝化作用，因此該過程只能在缺氧環(huán)境下進(jìn)行，一般要求溶解氧低于0.5mg/L。由于硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和溶解氧的不同需求，根據(jù)傳統(tǒng)生物脫氮理論發(fā)展起來的生物脫氮工藝只能將硝化過程和反硝化過程分開進(jìn)行，從而導(dǎo)致廢水生物脫氮技術(shù)工藝冗長(zhǎng)，基建和運(yùn)行費(fèi)用高，脫氮效率難以達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)等問題。?

在廢水生物除磷工藝中，磷元素主要通過聚磷菌（PAOs）的作用得以去除，具體過程可分為厭氧釋磷和好氧吸磷兩個(gè)階段。在厭氧條件下，聚磷菌吸收周圍環(huán)境中的低分子脂肪酸（VFA）并轉(zhuǎn)化成聚β-羥基丁酸鹽（PHB）貯存到細(xì)胞內(nèi)，所需能量來源于細(xì)胞內(nèi)糖?元的酵解和聚磷酸鹽的水解，與此同時(shí)聚磷酸鹽水解產(chǎn)生的磷酸鹽釋放到細(xì)胞外；在好氧條件下，聚磷菌從周圍環(huán)境中吸收超出自身生長(zhǎng)需求的磷量并以聚磷酸鹽的形式貯存在細(xì)胞內(nèi)，所需能量來源于PHB的氧化代謝。這樣廢水中的磷元素就以聚磷酸鹽的形式貯存到聚磷菌體內(nèi)，然后通過剩余污泥的排放實(shí)現(xiàn)廢水除磷的目的。?

由生物脫氮除磷的作用機(jī)制可以看出，為充分發(fā)揮微生物的脫氮除磷功能，需要在廢水處理工藝中設(shè)置不同的溶解氧階段，分別完成厭氧釋磷、缺氧反硝化、好氧硝化和吸磷等多步生化過程。同時(shí)，在單一的活性污泥系統(tǒng)中，生物脫氮和除磷本身就存在著諸多矛盾，硝化作用需要時(shí)代周期較長(zhǎng)的硝化細(xì)菌，因此需要維持較高的污泥齡，而聚磷菌的時(shí)代周期較短，并且除磷的唯一渠道是排放剩余污泥，因此除磷過程需要維持較短的污泥齡。而且，由于反硝化過程與除磷過程均需要有機(jī)碳源來維持反硝化細(xì)菌和聚磷菌的生長(zhǎng)代謝，而廢水中的有機(jī)成分一般是非常有限的，這就導(dǎo)致脫氮和除磷過程存在著對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)。同時(shí)硝化過程產(chǎn)生的硝酸鹽對(duì)聚磷菌的釋放過程存在明顯的抑制作用。這些生物脫氮除磷過程中存在的固有矛盾，成為污水活性污泥處理工藝中提高脫氮除磷效率的瓶頸問題。?

針對(duì)傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝存在的諸多問題，近年來發(fā)展了許多新型的生物脫氮除磷理論與技術(shù)，比較有代表性的有短程硝化反硝化、厭氧氨氧化、反硝化除磷工藝等，這些新型生物脫氮除磷工藝在一定程度上解決了碳源不足、能量消耗大等問題，但仍需要交替的厭氧-缺氧-好氧階段，并對(duì)反應(yīng)裝置和操作條件提出了更高的要求。?