[發明專利]一株具有脫氮除磷效果的厭氧反硝化聚磷菌及其應用

有效

• 申請號: 201310033056.2
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103103153A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 裴海燕;李政;胡文容;邵媛媛;孟盼盼
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20;C02F3/28;C02F3/34;C12R1/01
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 楊琪

技術領域

本發明涉及一株具有脫氮除磷效果的厭氧反硝化聚磷菌的培養及其應用，屬于環境微生物領域。?

背景技術

隨著我國經濟的快速發展，水環境污染已成為社會各界關注的主要問題。目前對水體危害最大的為總氮和總磷，大量的氮磷進入水體會造成水環境的急劇惡化，其主要危害在于水體的富營養化，近十年來我國富營養化水體的比例從50％增長到了55％，而貧營養化的水體比例由3.2％減少到0.53％。水體富營養化促使藻類的大量繁殖，藻類在過度繁殖之后，又大量衰敗死亡，為異養微生物的生長提供了豐富的基質，好氧微生物的大量繁殖，很快耗盡了水體中的溶解氧，嚴重影響魚類的生長繁殖；藻類大量繁殖還能造成供水系統癱瘓和自來水水質惡化，近年來太湖水華最為典型，其造成了飲用水的短缺；同時許多藻類還能產生毒素，嚴重影響了人類健康生活；另外水體的富營養化將加速湖泊的衰亡，促進其向沼澤生態演變。因此，如何高效、經濟的脫氮除磷已經成為目前水污染防治領域的熱點研究方向。?

水環境中的氮磷污染主要因素歸結為人類社會活動，其主要來源包括城市生活污水、工業廢水以及農業灌溉殘留廢水等。氮在水體中主要有有機氮和無機氮兩種存在形態：有機氮有蛋白質、多膚、氨基酸和尿素等，這一形態的氮主要來源于生活污水、農業廢棄物(植物秸稈、牲畜糞便等)和某些工業廢水(如羊毛加工、制革、印染、食品加工等)；無機氮形態主要為氨氮、硝態氮、亞硝態氮(統稱氮化合物)，其主要來源為工業廢水，以及無機氮之間的形態轉換。磷在水體中存在的主要形態為磷酸鹽(簡稱磷或總磷)，據其物理特性分為溶解性和顆粒性兩類，按化學特性則可分成正磷酸鹽、聚合磷酸鹽和有機磷酸鹽，其主要來源為生活污水和農業廢水。?

污水生物脫氮的基本原理就是在將有機氮轉化為氨態氮的基礎上，先利用好氧段經硝化作用，由硝化細菌和亞硝化細菌的協同作用，將氨氮通過反硝化作用轉化為亞硝態氮、硝態氮。在缺氧條件下通過反硝化作用將硝氮轉化為氮氣，溢出水面釋放到大氣，參與自然界氮的循環。水中含氮物質大量減少，降低出水的潛在危險性，達到從廢水中脫氮的目的。廢水在生物處理中,在厭氧條件下,聚磷菌的生長受到抑制,為了自身的生長便釋放出其細胞中的聚磷酸鹽,同時產生利用廢水中簡單的溶解性有機基質所需的能量,稱該過程為磷的釋放。進入好氧環境后,活力得到充分恢復,在充分利用基質的同時,從廢水中攝取大量溶解態的正磷酸鹽,從?而完成聚磷的過程。將這些攝取大量磷的微生物從廢水中去除,即可達到除磷的目的。?

由于聚磷菌和反硝化細菌對有機碳源的競爭，目前很多脫氮除磷工藝不能同時達到脫氮與除磷的最佳效果，為此，許多研究者開發了各種新材料、新技術、新設備，衍生出許多新的生物脫氮除磷工藝以期同時實現最大程度的脫氮與除磷，然而始終不能從根本上解決這一難題。因此，要同時實現脫氮與除磷的最佳效果，必須轉變思路，不僅只是從研發工藝以及調整運行參數等方面研究，還必須從微生物學的角度研究探討生物脫氮除磷的機理和效能。?

目前已有研究者發現了具有同時脫氮與除磷效能的微生物菌群，統稱為反硝化聚磷菌(DPB)，確定了這是一類能夠在厭氧條件下，分解體內聚磷，并吸收易降解有機物以聚-β-羥丁酸(PHB)形式儲存在菌體內，在缺氧條件下，分解體內PHB，并以硝酸鹽氮為電子受體進行攝磷的微生物菌群，利用DPB的生物特性，成功地解決了傳統生物脫氮除磷工藝中脫氮菌與聚磷菌競爭碳源的問題。然而此類菌及其特性研究都處于初級階段，沒有系統的鑒定方法，也沒有方便快捷的培養馴化方式。探明反硝化聚磷細菌的種屬及特性，明確它們的營養條件和環境條件，將有助于廢水生物脫氮除磷工藝的研究、開發和應用。?

細菌的反硝化聚磷作用是在各種還原酶的催化作用下完成的，各反應酶系的活性高低受溫度、pH值等條件的影響。廢水生物處理中的反應溫度，對微生物的生長、繁殖關系密切，溫度支配著酶反應動力學、微生物生長速度以及化合物的溶解度等，因而對污染物的降解轉化起著關鍵作用。考察溫度、pH比等因素對反硝化菌株發揮高效反硝化活性的影響，進而獲得高效反硝化聚磷菌株，實現廢水高效經濟的脫氮除磷，對解決日益嚴重的水環境氮磷污染問題具有重要意義。?

許多細菌具有將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽的酶，可實現第一步轉化，但要完成徹底脫氮，則要求細菌必須具有完整的反硝化酶系。探明反硝化聚磷細菌是否具有完整又高效的反硝化酶系是采用生物反硝化工藝脫氮除磷的先決條件。研究發現本發明細菌具有完整的反硝化酶系，能高效去除水體中的氮素，將硝態氮還原為氮氣排出水體，實現廢水的高效脫氮除磷，為解決日益嚴重的含氮磷廢水對環境的污染問題作出貢獻。?

發明內容