[发明专利]一株不同溶解氧条件下脱氮除磷的铜绿假单胞菌及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一株铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）及其在废水生物脱氮除磷中的应用。该菌株可在不同溶解氧浓度下发挥异养硝化-好氧反硝化功能，并在脱氮的同时完成对磷酸盐的去除，从而达到废水同步脱氮除磷的目的。 

背景技术

目前，工业污水和生活废水的大量排放使我国自然和生态环境遭到了严重破坏，也给人类生命和健康构成了极大的威胁。废水中存在的污染物主要包括有机物、重金属以及氮磷营养元素等物质，其中水体中氮磷元素的大量存在会诱发富营养化现象，从而导致藻类大量繁殖、水体黑臭、鱼虾死亡等严重生态环境问题。为应对日趋严重的水环境问题，我国也颁布制定了更加严格的污水排放标准，《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）将一级排放标准分为A标准和B标准，其中A标准对总氮和总磷提出了更高的排放要求。因此，开发更加节能高效的脱氮除磷工艺成为目前研究的热点问题。 

在目前众多废水脱氮除磷的处理方法中，生物脱氮除磷仍是去除废水中氮磷元素的主要手段。传统的生物脱氮理论基础是微生物作用下的硝化和反硝化作用：首先，废水中的有机氮在异养菌作用下被分解转化为氨氮，这一过程较易进行；其次，废水中的氨氮在自养微生物亚硝化细菌的作用下被转化为亚硝氮，然后在硝化细菌的作用下亚硝氮被进一步转化为硝氮，其中由亚硝化细菌和硝化细菌共同完成的将氨氮转化为硝氮的过程统称为硝化作用，该过程需要在好氧环境中进行，一般要求溶解氧高于2.0mg/L，同时硝化作用需要以无机碳作为细菌生长代谢的碳源；最后，废水中的硝氮在反硝化细菌中的作用下被转化为氮气，最终完成废水脱氮过程，该过程称为反硝化作用，而该过程中反硝化细菌需要以有机碳作为菌体生长的碳源和能源，同时以硝氮和亚硝氮作为电子受体进行代谢才可完成反硝化作用，因此该过程只能在缺氧环境下进行，一般要求溶解氧低于0.5mg/L。由于硝化细菌和反硝化细菌对营养物质和溶解氧的不同需求，根据传统生物脱氮理论发展起来的生物脱氮工艺只能将硝化过程和反硝化过程分开进行，从而导致废水生物脱氮技术工艺冗长，基建和运行费用高，脱氮效率难以达到国家排放标准等问题。 

在废水生物除磷工艺中，磷元素主要通过聚磷菌（PAOs）的作用得以去除，具体过程可分为厌氧释磷和好氧吸磷两个阶段。在厌氧条件下，聚磷菌吸收周围环境中的低分子脂肪酸（VFA）并转化成聚β-羟基丁酸盐（PHB）贮存到细胞内，所需能量来源于细胞内糖 元的酵解和聚磷酸盐的水解，与此同时聚磷酸盐水解产生的磷酸盐释放到细胞外；在好氧条件下，聚磷菌从周围环境中吸收超出自身生长需求的磷量并以聚磷酸盐的形式贮存在细胞内，所需能量来源于PHB的氧化代谢。这样废水中的磷元素就以聚磷酸盐的形式贮存到聚磷菌体内，然后通过剩余污泥的排放实现废水除磷的目的。 

由生物脱氮除磷的作用机制可以看出，为充分发挥微生物的脱氮除磷功能，需要在废水处理工艺中设置不同的溶解氧阶段，分别完成厌氧释磷、缺氧反硝化、好氧硝化和吸磷等多步生化过程。同时，在单一的活性污泥系统中，生物脱氮和除磷本身就存在着诸多矛盾，硝化作用需要时代周期较长的硝化细菌，因此需要维持较高的污泥龄，而聚磷菌的时代周期较短，并且除磷的唯一渠道是排放剩余污泥，因此除磷过程需要维持较短的污泥龄。而且，由于反硝化过程与除磷过程均需要有机碳源来维持反硝化细菌和聚磷菌的生长代谢，而废水中的有机成分一般是非常有限的，这就导致脱氮和除磷过程存在着对碳源的竞争。同时硝化过程产生的硝酸盐对聚磷菌的释放过程存在明显的抑制作用。这些生物脱氮除磷过程中存在的固有矛盾，成为污水活性污泥处理工艺中提高脱氮除磷效率的瓶颈问题。 

针对传统生物脱氮除磷工艺存在的诸多问题，近年来发展了许多新型的生物脱氮除磷理论与技术，比较有代表性的有短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、反硝化除磷工艺等，这些新型生物脱氮除磷工艺在一定程度上解决了碳源不足、能量消耗大等问题，但仍需要交替的厌氧-缺氧-好氧阶段，并对反应装置和操作条件提出了更高的要求。