本发明公开了一株螯台球菌在废水处理中的应用,该菌株为螯台球菌(Chelatococcus daeguensis)TAD1,保藏编号为CGMCC NO.5226,螯台球菌CGMCC5226用于同步去除废水中的氮素和六价铬。该菌株对温度的适应具有广谱性,在30-50°C均有较高的去除效率,菌株主要将Cr(VI)还原为毒性较小的Cr(III)、部分氮素还原为N
1.一株螯台球菌在废水处理中的应用,其特征在于,该菌株为螯台球菌(Chelatococcusxa0daeguensis)TAD1,保藏编号为CGMCCxa0NO.5226,螯台球菌CGMCC5226用于同步去除废水中的氮素和六价铬,所述废水中C/N为2~21。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述废水中C/N为12~18。
3.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述废水中的碳源为琥珀酸钠、乙酸钠、柠檬酸钠和废糖蜜中的一种或两种以上,氮源为硝态氮和/或氨氮。
4.根据权利要求1或2或3所述的应用,其特征在于,所述废水中初始六价Cr的浓度≤40mg/L。
5.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述废水中初始六价Cr的浓度为5~15mg/L。
6.根据权利要求1或2或3所述的应用,其特征在于,废水处理的温度为30~50°C。
7.根据权利要求6所述的应用,其特征在于,废水处理的温度为45~50°C。
8.根据权利要求1或2或3所述的应用,其特征在于,所述废水中初始六价Cr的浓度为5~15mg/L,废水处理的温度为45~50°C,pH为7.0~9.0。
9.根据权利要求1或2或3所述的应用,其特征在于,所述废水为垃圾渗沥液或电镀废水。技术领域
本发明涉及一株螯台球菌(Chelatococcusxa0daeguensis)TAD1在废水生物脱氮除Cr(VI)中的应用。该菌株可在不同条件下发挥好氧反硝化脱氮功能,并在脱氮的同时完成对Cr(VI)的去除,从而达到废水同步脱氮除六价铬的目的。
背景技术
随着人们对水需求量的增大,及水污染问题的加剧,水资源危机成为世界性的难题。中国水资源总储量,排名世界第四,人均水资源占有量仅为世界平均水平的1/4,排名110位,是世界上13个贫水国家之一。工业废气氮氧化物的沉降、固体废物的迁移下渗、废水的不合理排放、氮肥的过量施用及污水的回用灌溉等诸多因素,造成水体硝酸盐污染严重。国土资源部统计发现,我国各地区地下水都有硝酸盐污染情况发生,硝酸盐已成为水污染的普遍因子。硝酸盐在人体内容易转化成亚硝酸盐,亚硝酸盐能引起人体器官的癌变、畸变,对人体健康十分有害。六价铬化合物是一种常见工业原料,被广泛应用于电镀、印染、制革等行业。含铬废水的排放、铬渣的随意堆弃、粉尘的沉降,都造成环境中的六价铬浓度超出正常范围。六价铬是公认的致癌金属,尤其能引起鼻部、肺部发生癌变。我国最著名的铬公害事件是,云南曲靖铬污染事件,由于铬渣的随意倾泄,使得水体六价铬浓度超过正常值242倍,给当地人民造成巨大的财产损失和健康伤害。自从上世纪80年代,Robertsonxa0Lesley等报道发现了好氧反硝化酶,越来越多的研究者证实了好氧反硝化现象的存在,并成功分离获得多株好氧反硝化菌。相比其他脱氮技术,好氧反硝化具有快速、环保、低耗、高效等优点,是目前脱氮技术的研究热点。上世纪70年代,一株Cr(VI)还原功能菌在厌氧环境中分离得到,生物还原被认为是最具有潜力的Cr(VI)修复技术。污染水体中硝酸盐和重金属共存现象普遍存在,获得一种同时去除该两种污染物质的方法显得十分重要。国内的学者,大多是探讨重金属冲击对好氧反硝化脱氮的干扰作用,或者利用好氧污泥颗粒吸附去除重金属,对于同时去除两类污染物的生物治理技术鲜有报道。改性零价铁修复硝酸盐和重金属污染水体,该方法虽然较成熟,但投入成本较高、而且易造成二次污染。Cr(VI)污染严重的水体,如制革废水、垃圾渗沥液,人们均发现了好氧反硝化现象的存在,使得利用生物法同步去除该两种污染物提供了可能。本发明中的菌株能够在不同溶解氧条件下发挥好氧反硝化脱氮功能,具体发明内容已申请发明专利(申请公开号CN102373169A);通过对该菌在污水处理过程中的进一步研究发现,该菌在脱氮的同时表现出较强的Cr(VI)去除能力,在生物脱氮除六价铬的理论和实践应用上具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一株可同步脱氮和除Cr(VI)功能的螯台球菌(Chelatococcusxa0daeguensis)及其应用,很好地解决了水体氮素和六价铬复合污染问题。本发明提供的菌株具有以下特征:(1)菌落特征:菌落为规则圆形,表面光滑湿润透明,呈淡黄色;(2)细胞形态特征:细胞成短杆状,大小为(0.67~0.89)μm×(1.03~1.41)μm,周生鞭毛,革兰氏染色阴性;(3)鳌台球菌(Chelatococcusxa0daeguensis)TAD1的16Sxa0rDNA基因序列特征:其16Sxa0rDNA具有序列表所示的核苷酸序列,片段长度为1385bp,在GenBank中的登录号为HM000004,与GenBank数据库比对表明,该菌株与鳌台球菌(Chelatococcusxa0daeguensis)的同源性为99%,其中与模式菌株Chelatococcusxa0daeguensisxa0strainxa0K106最相似同源性达99%。应用MEGA软件采用Neighbor-Joining法绘制16Sxa0rDNA系统发育树,确定其进化地位,结合其形态特征和生理生化特征,该菌株最有可能是螯台球菌属(Chelatococcusxa0sp.),并命名为Chelatococcusxa0daeguensisxa0strainxa0TAD1。本发明鳌台球菌(Chelatococcusxa0daeguensis)TAD1,由中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏,地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,其简称为CGMCC,其保藏编号是CGMCCxa0No.5226,保藏日期为2011年9月6日,其保藏证明已在公告号为CN102373169的专利中提交。如上述提供的螯台球菌CGMCC5226可利用琥珀酸钠、乙酸钠、柠檬酸钠、废糖蜜等为唯一碳源,硝态氮或氨氮为唯一氮源进行生长代谢并发挥好氧反硝化作用,从而去除氮素。该菌株可利用琥珀酸钠、乙酸钠、柠檬酸钠、废糖蜜等为唯一碳源,硝态氮或氨氮为唯一氮源进行生长代谢并发挥好氧反硝化作用的同时还原水体中的六价铬,从而达到同步去除污染水体中氮素和六价铬等有害组分的目的。如上述提供的螯台球菌CGMCC5226不仅能以硝态氮等为电子受体,以好氧反硝化的方式转化氮素为氮气或一氧化二氮;而且能以六价铬为电子受体,将六价铬还原为毒性较小的三价铬,达到去除的目的,因此该菌株不仅适用于硝酸盐和重金属单独污染的水体或土壤,而且适用于二者复合污染的水体或土壤。该菌株对环境的适应性较强,可在C/N为2-21,初始六价铬浓度为0-40mg/L,温度为20-52°C,在缺氧、厌氧、微好氧及好氧等不同溶解氧浓度环境同步脱氮除六价铬。一株螯台球菌在废水处理中的应用,该菌株为螯台球菌(Chelatococcusxa0daeguensis)TAD1,保藏编号为CGMCCxa0NO.5226,螯台球菌CGMCC5226用于同步去除废水中的氮素和六价铬。所述废水中C/N为2~21。所述废水中C/N为12~18。所述废水中的碳源为琥珀酸钠、乙酸钠、柠檬酸钠和废糖蜜中的一种或两种以上,氮源为硝态氮和/或氨氮。所述废水中初始六价Cr的浓度≤40mg/L。所述废水中初始六价Cr的浓度为5~15mg/L。废水处理的温度为30~50°C。废水处理的温度为45~50°C。pH为7.0~9.0。所述废水为垃圾渗沥液或电镀废水。本发明的螯台球菌(Chelatococcusxa0daeguensis)菌株TAD1在脱除氮素和六价铬的应用中具有如下有益效果:(1)该菌株为好氧反硝化菌株,解决了传统脱氮工艺硝化和反硝化必须分开进行的难题,简约了工艺流程,减少了投入成本。(2)该菌株可实现同步脱氮还原六价铬,很好地解决了脱氮除铬过程中环境条件不统一及对电子供体竞争的问题,同时反硝化过程产生的中间产物及还原酶系能促进六价铬的还原,具有很好的经济性、环境友好性。(3)反硝化过程为产碱过程,不仅能弥补硝化过程产生的酸度,使得体系pH维持在中性左右,而且能够使得产生的三价铬易于沉淀分离,因此基本无需外加碱性物质,节约了工艺成本。(4)该菌株的适应范围较广,不仅可以制成菌剂强化已有的脱氮除铬工艺,而且可以与其他菌种或材料联合用于实际水体或土壤修复,最大限度节约工艺成本。
附图说明
图1中a、b分别为螯台球菌TAD1在不同C/N条件下对氮素和Cr(VI)的去除曲线。图2中a、b分别为螯台球菌TAD1在不同Cr(VI)浓度下对氮素和Cr(VI)的去除曲线。图3螯台球菌TAD1对COD、总氮、硝态氮和Cr(VI)的去除曲线。图4螯台球菌TAD1对总铬、Cr(VI)的去除曲线。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明进一步解释说明,但本发明的实施方式不限于此。实施例1螯台球菌(Chelatococcusxa0daeguensis)TAD1用于垃圾填埋场渗沥液处理将该菌用于处理某垃圾填埋场垃圾渗滤液,渗沥液水质检测数据为COD3104mg/L,NO₃-Nxa05.45mg/L,NH₄-Nxa01129mg/L,pHxa07.5~9,Cr(VI)6.32mg/L,水温45~50°C。将该菌按0.2%的投菌量(菌体干重为8g/L)添加到曝气生物池中,固定水力停留时间HRT=24h,曝气系统气体流量计的流速为3L/min,处理后水质为CODxa0135.21mg/L,NO₃-Nxa00mg/L,NH₄-Nxa012.09mg/L,Cr(VI)0mg/L相应的污染物去除率为95.64%、100.00%、98.92%、100.00%。与未投加该菌的对照组比较,COD、NO₃-N、NH₄-N、Cr(VI)的去除率分别为61%、55%、79%、20%。因此,该菌的投加明显提高了系统的脱氮能力。实施例2螯台球菌(Chelatococcusxa0daeguensis)TAD1用于工业废水处理处理将该菌用于处理某公司工业铬渣浸出液,浸出液中含六价铬浓度约为105.6mg/L,调节初始pH值为7-7.5,将该电镀废水引入生化处理池中,同时加入10%扩大培养的TAD1菌液,投加3%的废糖蜜,混合液在45-50°C搅拌处理,定期检测六价铬浓度,24h、48h、72h后,六价铬的还原率分别达到63.57%、84.21%、100%。实施例3氮源对菌株脱氮除Cr(VI)影响的实验取实验室甘油管保存菌种TAD1接种至50mL已灭菌种子培养基(每L培养基含1g蛋白胨,0.5g酵母提取粉,0.5gxa0NaCl,pH=7),在温度为50°C、转速为180r/min条件下恒温震荡活化培养12h,然后移取10mL扩大培养的菌液接种于100mL灭菌含Cr(VI)浓度为5mg/L反硝化培养基(每L培养基含9.4gxa0C₄H₄Na₂O₄,1.0gxa0KNO₃,7.9gxa0Na₂HPO₄,1.5gxa0KH₂PO₄,0.1gMgSO₄·7H₂O,微量元素1mL,pH=7),其中Cr(VI)是以K₂Cr₂O₇的形式加入,同时设置对照试验,保持培养基C/N比及其他成分不变,改变氮源为亚硝酸钠、氯化铵,在相同条件下培养24h。移取一定量的样品稀释10倍,测定菌体生长光密度值OD₆₀₀;以5000r/min离心所取样品15min,得上清液,测定Cr(VI)和氮素。实验结果如表1所示。以硝酸钾为氮源,菌体生长量最大,达到0.347,其次是铵态氮,而以亚硝酸钠为氮源,菌株生长最缓慢,只有0.074。24小时后,以硝态氮、铵态氮、亚硝碳氮为氮源,菌株TAD1对Cr(VI)去除率分别达到100%、100%、38.49%;24小时后,硝态氮、铵态氮、亚硝态氮脱除率分别为98.43%、19.04%、84.92%。说明菌株TAD1能够以硝态氮、铵态氮为氮源很好地实现脱氮除Cr(VI)。表1氮源对菌株脱氮除Cr(VI)的影响ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>实施例4C/N对菌株脱氮除Cr(VI)影响的实验配置初始Cr(VI)含量为15mg/L的反硝化培养基(每L培养基含9.4gC₄H₄Na₂O₄,1.0gxa0KNO₃,7.9gxa0Na₂HPO₄,1.5gxa0KH₂PO₄,0.1gxa0MgSO₄·7H₂O,微量元素1mL,pH=7),保持氮源的量不变,调整C/N为2、4、6、9、12、15、18七个梯度,从而改变C₄H₄Na₂O₄的加入量,其中Cr(VI)是以K₂Cr₂O₇的形式加入,灭菌后装入250mL锥形瓶,然后培养基接入10%扩大培养菌液,在50°C、150rpm条件下恒温震荡培养24h,取样测定硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、Cr(VI)浓度及OD₆₀₀。由图1可看出,当C/N为2、4、6、9、12时,139mg/L的NO₃^--N去除率分别为13.68%、18.86%、30.23%、66.83%、91.04%,C/N为15、18时NO₃^--N去除率大于95%,且过程中均无亚硝氮积累;当初C/N为2、4、6、9、12、15、18时,在最初12h内,Cr(VI)平均去除速率分别为0.51、0.63、0.69、0.80、0.88、1.00、1.06mg/(L·h),而且C/N超过12后,Cr(VI)在24小时内实现全部去除。说明菌株TAD1在低碳和富碳环境均可以对NO₃^--N和Cr(VI)发挥一定的去除作实施例5初始Cr(VI)浓度对菌株脱氮除Cr(VI)影响的实验配置反硝化培养基(每L培养基含11.75gxa0C₄H₄Na₂O₄,1.0gxa0KNO₃,7.9gNa₂HPO₄,1.5gxa0KH₂PO₄,0.1gxa0MgSO₄·7H₂O,微量元素1mL,pH=7),向灭菌反硝化培养基加入不同量的K₂Cr₂O₇贮备液,调整培养基初始Cr(VI)含量为0、5、10、15、20、30、40mg/L七个梯度。培养基接入10%扩大培养菌液,在50°C、150rpm条件下恒温震荡培养24h,每隔4h,取样测定硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、Cr(VI)浓度及OD₆₀₀。由图2可看出,初始Cr(VI)浓度为0、5、10、15、20、30、40mg/L时,在最初12小时内,NO₃^--N降解速率分别为10.35、10.44、7.64、6.76、5.16、4.34、3.48mg/(L·h),Cr(VI)还原速率分别为0.42、0.73、1.01、0.95、0.79、0.78mg/(L·h)。24h后,NO₃^--N去除率分别为98.52%、99.19%、98.32%、94.52%、76.31%、56.39%、37.35%,Cr(VI)还原率分别为100%、100%、100%、100%、84.81%、57.27%、42.01%。说明菌株TAD1用于处理低含量Cr(VI)污染水体更占优势,对高含量Cr(VI)污染水体也可发挥去除效果,但需要花费更长时间。实施例6温度对菌株脱氮除Cr(VI)影响的实验将初始Cr(VI)浓度为15mg/L的灭菌反硝化培养基(每L培养基含11.75gC₄H₄Na₂O₄,1.0gxa0KNO₃,7.9gxa0Na₂HPO₄,1.5gxa0KH₂PO₄,0.1gxa0MgSO₄·7H₂O,微量元素1mL,pH=7),接入10%扩大培养菌液,调整培养温度为30、35、40、45、50°C五个梯度,在150rpm条件下恒温震荡培养24h,测定硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、Cr(VI)浓度及OD₆₀₀。表2不同温度对TAD1脱氮效果的影响ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>表3不同温度对TAD1除Cr(VI)效果的影响ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>由表2、表3得知,当温度为30、35、40、45、50°C时,24小时后,脱氮率分别为63.68%、74.20%、87.23%、90.18、94.53,Cr(VI)可全部被去除,且在最初12h内,Cr(VI)还原速率分别为0.71、0.87、0.95、1.03、1.00mg/(L·h)。说明菌株TAD1对温度的适应具有广谱性,非常适合工业应用,比化学方法如吸附等更具有应用潜力。实施例7培养过程中COD、氮素、铬变化配置初始Cr(VI)浓度为15mg/L的反硝化培养基(每L培养基含11.75gC₄H₄Na₂O₄,1.0gxa0KNO₃,7.9gxa0Na₂HPO₄,1.5gxa0KH₂PO₄,0.1gxa0MgSO₄·7H₂O,微量元素1mL,pH=7),接入10%扩大培养菌液,在温度为50°C、180rpm条件下恒温震荡培养24h,每隔4h,取样测定COD、总氮、总铬。由图3、图4可看出,TAD1在整个脱氮除Cr(VI)过程中,COD降解率为86.99%,总氮脱除率为37.50%,总铬脱除率为14.28%。说明菌株TAD1可以实现碳素、氮素、Cr(VI)的同步去除,且部分硝氮可还原为N₂或N₂O;与大多数Cr(VI)还原菌相同,菌株TAD1主要将毒性较大的Cr(VI)还原为Cr(III),而不是简单的将Cr(VI)进行物相转移,十分具有市场应用前景。