[发明专利]一株具有脱氮除磷效果的厌氧反硝化聚磷菌及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一株具有脱氮除磷效果的厌氧反硝化聚磷菌的培养及其应用，属于环境微生物领域。 

背景技术

随着我国经济的快速发展，水环境污染已成为社会各界关注的主要问题。目前对水体危害最大的为总氮和总磷，大量的氮磷进入水体会造成水环境的急剧恶化，其主要危害在于水体的富营养化，近十年来我国富营养化水体的比例从50％增长到了55％，而贫营养化的水体比例由3.2％减少到0.53％。水体富营养化促使藻类的大量繁殖，藻类在过度繁殖之后，又大量衰败死亡，为异养微生物的生长提供了丰富的基质，好氧微生物的大量繁殖，很快耗尽了水体中的溶解氧，严重影响鱼类的生长繁殖；藻类大量繁殖还能造成供水系统瘫痪和自来水水质恶化，近年来太湖水华最为典型，其造成了饮用水的短缺；同时许多藻类还能产生毒素，严重影响了人类健康生活；另外水体的富营养化将加速湖泊的衰亡，促进其向沼泽生态演变。因此，如何高效、经济的脱氮除磷已经成为目前水污染防治领域的热点研究方向。 

水环境中的氮磷污染主要因素归结为人类社会活动，其主要来源包括城市生活污水、工业废水以及农业灌溉残留废水等。氮在水体中主要有有机氮和无机氮两种存在形态：有机氮有蛋白质、多肤、氨基酸和尿素等，这一形态的氮主要来源于生活污水、农业废弃物(植物秸秆、牲畜粪便等)和某些工业废水(如羊毛加工、制革、印染、食品加工等)；无机氮形态主要为氨氮、硝态氮、亚硝态氮(统称氮化合物)，其主要来源为工业废水，以及无机氮之间的形态转换。磷在水体中存在的主要形态为磷酸盐(简称磷或总磷)，据其物理特性分为溶解性和颗粒性两类，按化学特性则可分成正磷酸盐、聚合磷酸盐和有机磷酸盐，其主要来源为生活污水和农业废水。 

污水生物脱氮的基本原理就是在将有机氮转化为氨态氮的基础上，先利用好氧段经硝化作用，由硝化细菌和亚硝化细菌的协同作用，将氨氮通过反硝化作用转化为亚硝态氮、硝态氮。在缺氧条件下通过反硝化作用将硝氮转化为氮气，溢出水面释放到大气，参与自然界氮的循环。水中含氮物质大量减少，降低出水的潜在危险性，达到从废水中脱氮的目的。废水在生物处理中,在厌氧条件下,聚磷菌的生长受到抑制,为了自身的生长便释放出其细胞中的聚磷酸盐,同时产生利用废水中简单的溶解性有机基质所需的能量,称该过程为磷的释放。进入好氧环境后,活力得到充分恢复,在充分利用基质的同时,从废水中摄取大量溶解态的正磷酸盐,从 而完成聚磷的过程。将这些摄取大量磷的微生物从废水中去除,即可达到除磷的目的。 

由于聚磷菌和反硝化细菌对有机碳源的竞争，目前很多脱氮除磷工艺不能同时达到脱氮与除磷的最佳效果，为此，许多研究者开发了各种新材料、新技术、新设备，衍生出许多新的生物脱氮除磷工艺以期同时实现最大程度的脱氮与除磷，然而始终不能从根本上解决这一难题。因此，要同时实现脱氮与除磷的最佳效果，必须转变思路，不仅只是从研发工艺以及调整运行参数等方面研究，还必须从微生物学的角度研究探讨生物脱氮除磷的机理和效能。 

目前已有研究者发现了具有同时脱氮与除磷效能的微生物菌群，统称为反硝化聚磷菌(DPB)，确定了这是一类能够在厌氧条件下，分解体内聚磷，并吸收易降解有机物以聚-β-羟丁酸(PHB)形式储存在菌体内，在缺氧条件下，分解体内PHB，并以硝酸盐氮为电子受体进行摄磷的微生物菌群，利用DPB的生物特性，成功地解决了传统生物脱氮除磷工艺中脱氮菌与聚磷菌竞争碳源的问题。然而此类菌及其特性研究都处于初级阶段，没有系统的鉴定方法，也没有方便快捷的培养驯化方式。探明反硝化聚磷细菌的种属及特性，明确它们的营养条件和环境条件，将有助于废水生物脱氮除磷工艺的研究、开发和应用。 

细菌的反硝化聚磷作用是在各种还原酶的催化作用下完成的，各反应酶系的活性高低受温度、pH值等条件的影响。废水生物处理中的反应温度，对微生物的生长、繁殖关系密切，温度支配着酶反应动力学、微生物生长速度以及化合物的溶解度等，因而对污染物的降解转化起着关键作用。考察温度、pH比等因素对反硝化菌株发挥高效反硝化活性的影响，进而获得高效反硝化聚磷菌株，实现废水高效经济的脱氮除磷，对解决日益严重的水环境氮磷污染问题具有重要意义。 

许多细菌具有将硝酸盐还原为亚硝酸盐的酶，可实现第一步转化，但要完成彻底脱氮，则要求细菌必须具有完整的反硝化酶系。探明反硝化聚磷细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艺脱氮除磷的先决条件。研究发现本发明细菌具有完整的反硝化酶系，能高效去除水体中的氮素，将硝态氮还原为氮气排出水体，实现废水的高效脱氮除磷，为解决日益严重的含氮磷废水对环境的污染问题作出贡献。 

发明内容