[发明专利]一株粪产碱杆菌及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一株粪产碱杆菌（Alcaligenes faecalis）及其在废水处理中的应用。该菌株能在完全好氧的条件下独立完成将有机氮或NH₄⁺转化成氮气这一脱氮过程，同时可有效去除废水中的有机碳，特别适用于含氮有机废水的处理。

 

背景技术

废水中存在着有机氮、氨氮、硝态氮等形式的氮，其中以氨氮（NH₄⁺）和有机氮为主要形式。在传统的废水生物脱氮处理过程中，有机氮被氨氧化细菌分解，即通过氨化作用转化成为NH₄⁺，然后经过自养硝化细菌在好氧条件下的硝化作用将NH₄⁺转化成为亚硝态氮（NO₂^-）和硝态氮（NO₃^-），最后再通过异养反硝化细菌在厌（缺）氧条件下的反硝化作用使硝态氮转化成氮气（N₂）等气态产物逸入大气，从而最终达到脱除废水中氮素的目的。由此可见，生物脱氮可分为有机氮的氨化作用－氨氮的硝化作用－硝氮的反硝化作用三个步骤，是一个需要由多种细菌（氨氧化细菌、硝化细菌、反硝化细菌）序批协同完成的复杂生物处理过程。由于氨化反应速度很快，在一般废水处理设施中均能完成，故生物脱氮的关键步骤在于硝化作用和反硝化作用。这一过程存在着许多自身难以解决的缺点：硝化过程是好氧过程，反硝化是缺氧过程，这使得整个脱氮过程必须经过好氧和缺氧两个环节；硝化细菌为自养菌，生长速率缓慢，容易受异养菌的抑制，导致反应器启动时间长，水处理成本增加；硝化过程在低有机物负荷的条件下才能正常运行，大量有机物的存在可能会造成硝化细菌的流失，而反硝化过程中要求有机物含量较高，运行中往往需要补加碳源，从而增加了人力及资金的投入。可见，由于硝化细菌和反硝化细菌固有的生理差异，导致这一传统的生物脱氮工艺设备复杂、占地面积大，能耗高，且往往脱氮效果不佳。

对于废水的处理还在于去除废水中大量存在的有机碳。由于大量的有机碳的存在会导致以自养硝化细菌为主的硝化反应无法正常运行，废水处理中有机碳和氮素的去除往往是分开进行的。即先由独立的水处理构筑物实现废水中有机碳的去除，再将低有机碳浓度的废水引入硝化池以确保好氧硝化作用的顺利进行，最后进入反硝化池在厌（缺）氧条件下实现反硝化脱氮。可见，废水中有机碳和氮素的去除是一个十分复杂的过程，其基建费用高、运行中消耗大量的能源、运行费用也很高。因此，新型的废水生物处理理论及技术的发展，已成为越来越多的研究者关注的问题。

近年来，在废水生物处理的研究中，发现了一些极为特殊的异养硝化细菌，它们能利用有机碳为碳源，在好氧的条件下由单一菌种独立完成从氨氮到氮气的脱氮过程。这类新型异养细菌的发现，挑战了传统生物脱氮理论，大大简化脱氮工艺环节。而且，由于这类细菌是以有机碳为碳源的，因此，在脱氮的同时，兼具有去除有机碳的功能。这类菌株的发现突破了传统技术限制，可同步实现废水中有机碳去除和生物脱氮，从而大大简化处理工艺。

CN201010101218.8公开了一株具有异养硝化-好氧反硝化能力的红球菌（Rhodococuussp.）DN2.3。在处理以有机物（乙酸钠、葡萄糖）为碳源，氨氮为唯一氮源的废水时，氨氮的去除率分别为71.9% 和54.4% ，COD的去除率分别85.5%和 37.9%。刘芳芳等（农业环境科学学报，2010，29（11））从养猪场污水处理池中分离出4株具有异养硝化好氧反硝化功能的粪产碱杆菌（Alcaligenes faecalis），编号分别为79、84、L116、L117。当初始氨氮浓度为90 mg/L时，其对氨氮的去除率分别为44.4% 、47.9%、61.3%、56.4%，总氮的去除率为39.9%、38.5%、 43.4%、40.7%。魏巍等（生态环境学报2010，19（9））从水库底泥中分离出一株具有异养硝化好氧反硝化的根瘤菌（Rhizobium sp.），在以氨氮为唯一氮源时，对氨氮的去除率为58%。上述菌株对氨氮及总氮的去除能力需进一步提高，且未见其对有机氮去除能力的报道，对有机碳去除能力也缺乏关注。